【文章內(nèi)容簡介】 器保護(hù)遙控遙調(diào)遙脈遙測遙信C TP T開關(guān)量狀態(tài)模擬量脈沖量出口繼電器變壓器分接頭 分散式綜合自動化系統(tǒng)： 該系統(tǒng)按回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，每一個(gè)開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備上就地安裝微機(jī)保護(hù)單元和單回路的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控單元，這樣不但可以節(jié)省大量的光電纜，同時(shí)也提高了抗干擾能力。微機(jī)保護(hù)單元和單回路的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控單元與I/O 通信控制器相互之間用網(wǎng)絡(luò)電纜連接起來，僅做數(shù)據(jù)信息的傳送。分布式綜合自動化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)除了減少了大量的電纜，抗干擾能力增強(qiáng)，并大大的簡化了二次設(shè)備，減小了占地面積。缺點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)仍不是很穩(wěn)定。 當(dāng) 地 監(jiān) 控 后 臺 機(jī)I / O 通 信 控 制 器 1 I / O 通 信 控 制 器 2單 回 路 保 護(hù) 裝 置單 回 路數(shù) 采 和 監(jiān) 控單 元開 關(guān)柜 1 … … … …單 回 路 保 護(hù) 裝 置 保 護(hù) 裝 置單 回 路數(shù) 采 和 監(jiān) 控單 元數(shù) 采 和 監(jiān) 控單 元開 關(guān) 柜 n其 它 電 氣 設(shè)備送 遠(yuǎn) 方 調(diào) 度中 心饋 線 間 隔 級網(wǎng) 絡(luò) 電 纜分 布 式 綜 合 自 動 化 系 統(tǒng) 原 理 圖 分布集中式綜合自動化系統(tǒng)： 整個(gè)變電站的一，二次設(shè)備分為三層，變電站層，單元層和設(shè)備層。設(shè)備層為 0 層，單元層為 1 層，變電站層為 2 層。 設(shè)備層主要是指變電站內(nèi)的變壓器，斷路器，隔離開關(guān)以及輔助接點(diǎn)，電流，電壓互感器等一次設(shè)備。單元層一般按斷路器間隔劃分，具有測量，控制部件或繼電保護(hù)部件。單元層本身是有各種不同的單元裝置組成，這些獨(dú)立的單元裝置直接通過局域網(wǎng)絡(luò)或串行總線與變電站層聯(lián)系，也有可能設(shè)有數(shù)據(jù)采集管理機(jī)或保護(hù)管理機(jī)，分別管理各測量，監(jiān)視單元和 各保護(hù)單元，然后集中由數(shù)采管理機(jī)和保護(hù)管理機(jī)與變電站層通信。單元層本身就是兩級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。變電站層包括全站性的監(jiān)控主機(jī)，遠(yuǎn)動通信機(jī)等。變電站層設(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)和單元層之間交換信息。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要集中在單元層和變電站層。 集中和分散結(jié)合式綜合自動化系統(tǒng)： 隨著單片機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，一種發(fā)展趨勢是按每個(gè)電網(wǎng)元件，比如一臺變壓器，一臺斷路器等為對象，集測量，保護(hù)，控制為一體，設(shè)計(jì)在同一機(jī)箱內(nèi)。至于高壓線路保護(hù)裝置和變壓器保 護(hù)裝置，仍然可以按照集中組屏安裝在主控室內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)方式介于集中式和分散式之間。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的是分散式結(jié)構(gòu)集中式組屏 。這種結(jié)構(gòu)方式具有分散式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點(diǎn)，并且由于采用了集中式組屏，有利于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝以及維護(hù)管理。但是這種結(jié)構(gòu)比較適合用于中低壓變電站。 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能主要包括監(jiān)測，監(jiān)控，遠(yuǎn)傳，保護(hù)四部分。 監(jiān)測： 綜合自動化系統(tǒng)通過對變電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，處理，顯示和打印，使運(yùn)行人員了解變電站的 運(yùn)行工況，并采取相應(yīng)的措施。所采集 的數(shù)據(jù)分為三大類：模擬量，開關(guān)量和脈沖量。 (1) 模擬量：變電站需要監(jiān)測的各種模擬量包括主變一次，二次和各線路的電流，各段母線及重要線路的電壓，各線路零序電流，母線零序電壓，主變溫度和室溫。 (2) 開關(guān)量 ： 變電站內(nèi)需要監(jiān)測的各種開關(guān)量，包括各個(gè)開關(guān)，刀閘，變壓器分接頭，繼電保護(hù)動作信息，開關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)，交直流電源運(yùn)行狀態(tài)，各微機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。 (3) 脈沖量：變電站需要監(jiān)測的各種脈沖量，包括線路，主變一次和二次的有功電度量 和無功電度量，電容器的無功電度量，所用電的有功電度量等。 監(jiān)控： 綜合自動化系統(tǒng)提供方便可靠的人機(jī)對話，運(yùn)行人員利用鍵盤和顯示器操作開關(guān)，刀閘和變壓器分接頭。該系統(tǒng)還可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況自動控制開關(guān)或變壓器分接頭。所有操作的可靠性在軟硬件設(shè)計(jì)中都應(yīng)符合雙重化原則。 操作方式分為手動操作和遙控執(zhí)行。手動操作分為三種方式：鍵盤操作，把手操作，保護(hù)柜操作。正常時(shí)利用鍵盤操作，非正常時(shí)通過模擬屏把手操作或保護(hù)柜操作。保護(hù)柜操作可通過保護(hù)機(jī)鍵盤或柜上按扭實(shí)現(xiàn)。遙控執(zhí)行： 當(dāng)調(diào)度端發(fā)出遙控開關(guān)或遙調(diào) 變壓器分接頭的命令后，該系統(tǒng)能可靠的執(zhí)行。 變電站監(jiān)控的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面： (1) ： 跳閘統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)開關(guān)跳閘次數(shù)。分為有事故跳閘次數(shù)和手動跳閘次數(shù)兩種。 (2) ：接地選相：對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)利用零序電壓，零序電流增量以及壓降可判斷接地線路及相別，也可以利用功率方向等其它方法來判別。 也可利用功率方向法等其他方法來判別。為了保證可靠性，應(yīng)多次采樣后才能確定。確定后，主機(jī)報(bào)警，并顯示和打印。運(yùn)行人員按照提示，用人工檢除方法跳開開關(guān)自動重合，驗(yàn)證主機(jī)的判斷。 (3) : 無功電壓自動控制：根據(jù)電網(wǎng)無功，電壓計(jì)算和判斷是投切電容器，還是調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置。以 使無功和電壓滿足要求。在變壓器。電容器?；螂娋W(wǎng)故障時(shí)不應(yīng)該誤動。當(dāng)電容器檢修時(shí)，不應(yīng)參與控制。 遠(yuǎn)傳： 當(dāng)變電站正常運(yùn)行或發(fā)生事故及報(bào)警等事件時(shí)，遠(yuǎn)傳機(jī)會實(shí)時(shí)的向上級調(diào)度傳送該站信息，使調(diào)度人員了解該站的運(yùn)行情況。 保護(hù)： 微機(jī)保護(hù)不僅有較高的可靠性和靈敏性，而且使用方便。其特點(diǎn) ： (1) : 用鍵盤和八段顯示器（ LED）顯示采樣值（電流，電壓，和開關(guān)狀態(tài)）和整定值，并可修改整定值。 (2) : 具有事故追憶功能。能夠記錄事故前后的線路電流和母線電壓。 (3) : 具備實(shí)時(shí) 自檢功能。能夠?qū)ΡＷo(hù)柜包括主機(jī)在內(nèi)的各元件進(jìn)行在線檢查。 變電站保護(hù)分為以下幾種類型： (1): 線路保護(hù)：包括電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)，方向性電流保護(hù)，零序電壓，電流及方向保護(hù)，反時(shí)限過流保護(hù)，高頻保護(hù)，距離保護(hù)。雙回線方向橫差保護(hù)和低周減載保護(hù)。 (2): 變壓器保護(hù) ： 包括差電流速斷保護(hù)，帶二次諧波制動的比例差動保護(hù)。本體保護(hù)（重瓦斯，輕瓦斯，有載重瓦斯，有載輕瓦斯等），過流保護(hù)（包括低壓啟動，復(fù)合電壓啟動），過負(fù)荷保護(hù)。零序保護(hù)，高壓側(cè)備用電源自投和低壓側(cè)備電源自投。 (3): 電容器保護(hù) ：包括電流速斷保護(hù)，過流保護(hù)，反時(shí)限過流保護(hù)，相間過電壓保護(hù)，相間低電壓保護(hù)和零序過電壓保護(hù)。 4： 母線保護(hù)：包括完全電流差動母線保護(hù)和電流比相式 變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件配置 綜合自動化系統(tǒng)變電站主控室的結(jié)構(gòu)分為三類： (1) 模擬屏式 ： 在主控室模擬屏前設(shè)微機(jī)臺，臺內(nèi)裝微機(jī)及 UPS 電源，臺上放主機(jī)顯示器 CRT，鍵盤和打印機(jī)。模擬屏主接線圖上安裝儀表和操作把手。其他如保護(hù)柜，變送器柜，電度表柜， 監(jiān)控柜，交直流電源柜等均放在模擬屏后，或分置于其他房間。 模 擬 屏主 接 線 圖 上 安 裝 儀 表 和操 作 把 手微 機(jī) 臺 ， 顯 示 器 ， 鍵 盤 ， 打 印機(jī)保 護(hù) 柜 ， 變 送 器 柜 ， 電 度 表柜 ， 監(jiān) 控 柜前部后部 (2) 控制臺式 ： 再主控室前部設(shè)控制臺，無模擬屏。在控制臺對面設(shè)保護(hù)柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜和交直流電源柜等設(shè)備?？刂婆_上或旁邊放主機(jī)顯示器 CRT。打印機(jī)和鍵盤。模擬主接線，操作把手，必要的儀表和光字均安裝在控制臺面上。 主 控 室 前 部 的控 制 臺上 面 安 裝 顯 示 器 ， 打 印 機(jī) ，鍵 盤 ， 模 擬 主 接 線 ， 操 作 把手 ， 必 要 儀 表保 護(hù) 柜 ， 變 送器 柜 ， 監(jiān) 控柜 ， 電 度 表柜 ， 電 流 柜O P P O S I T E (3)微機(jī)臺式 ： 在主控室前部設(shè)微機(jī)臺，無模擬憑，無控制臺。主控室后部設(shè)保護(hù)柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜，交直流電源柜等設(shè)備。微機(jī)臺內(nèi)裝主機(jī)和微機(jī)電源， 微機(jī)臺上放 CRT，打印機(jī)和鍵盤。 主 控 室前 部 微 機(jī) 臺內(nèi) 設(shè) 有 主 機(jī) 和 微 機(jī) 電 源 ， 打 印 機(jī) ， 鍵 盤后 部保 護(hù) 柜 ， 變 送 器 柜 ， 監(jiān) 控 柜 ， 電 度 表柜 ， 交 直 流 電 流 柜 硬件的配 置原則 綜合自動化系統(tǒng)硬件配置應(yīng)遵循下列原則： (1):各自獨(dú)立，相互配合。不同功能的硬件之間只能有信息交換，不應(yīng)有電的直接聯(lián)系。采用光電隔離和繼電器接點(diǎn)閑離的方法實(shí)現(xiàn)。保護(hù)柜內(nèi)各單元應(yīng)有獨(dú)立的交流輸入，獨(dú)立電源，獨(dú)立出口，應(yīng)有可靠的抗干擾措施。監(jiān)控部分在監(jiān)控機(jī)，電度機(jī)，采樣機(jī)，遠(yuǎn)傳機(jī)任一故障情況下，應(yīng)不影響其他機(jī)正常工作。 (2): 軟硬件模塊化，方便維護(hù)和擴(kuò)展。各單元應(yīng)具有模塊化的主機(jī)板，開出板。開 入板，模入板等，方便維護(hù)，并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)。 (3)： 具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 滿足在強(qiáng)電場，高頻影響和諧波沖擊等環(huán)境下可靠工作，并能防止雷電沖擊。 微機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展大致可以分為以下幾個(gè)階段： 第一階段是以單 cpu 的硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，硬件和軟件的設(shè)計(jì)符合四統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其代表產(chǎn)品為微機(jī)高壓輸電線路保護(hù)裝置。 第二階段以多單片機(jī)構(gòu)成的多 cpu 硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，硬件軟件的設(shè)計(jì)吸取了第一代微機(jī)保護(hù)裝置的成功運(yùn)行經(jīng) 驗(yàn)，利用多 cpu 的特點(diǎn)，強(qiáng)化了自檢和互檢功能，使硬件故障可以定位，對保護(hù)的跳閘出口回路，具有完善的抗干擾措施以及防止拒動和誤動的措施。 第三階段以高性能的 16 位單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主，具有總線不需引出芯片，電路結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，抗干擾能力進(jìn)一步加強(qiáng)，并且完善了通信功能，為實(shí)現(xiàn)變電站自動化提供了方便。再現(xiàn)階段，在一些微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，個(gè)別產(chǎn)品也采用了性能更好，功能更強(qiáng)大的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 變電站綜合自動化系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu) (1) 處理器分為單片機(jī)和數(shù)字信號處理器兩種。 單片機(jī)通過大規(guī)模集 成電路技術(shù)將 CPU ,ROM, RAM, 和 I/O 接口電路封裝在一塊芯片中，具有可靠性高，接口設(shè)計(jì)簡單，運(yùn)行速度快，功耗低，性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。 使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)具有較強(qiáng)的針對性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，整體性能和可靠性高，但通用性和可擴(kuò)展性相對較差。而且某些保護(hù)算法需要使用乘法，除法或是開平方運(yùn)算，而早期的片內(nèi)資源有限，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常需要對其功能進(jìn)行補(bǔ)充和外部擴(kuò)展。 新型高性能的單片機(jī)性能得到了很大的提高。運(yùn)行能力也得到了大大的加強(qiáng)，出現(xiàn)了無須進(jìn)行外部擴(kuò)展的所謂總線不出芯片的新型微機(jī)保護(hù)。此保護(hù)采用了高集成度 16 位單 片機(jī)，其內(nèi)部包含了 124KEPROM， 4KRAM，接近10 個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器，定時(shí)器和中斷口， 2 個(gè)全雙工的串行口，以及整個(gè)內(nèi)部 A/D轉(zhuǎn)換器。其高效豐富的指定系統(tǒng)使得編程及其應(yīng)用即靈活又簡潔。高性能單片機(jī)包含了微機(jī)保護(hù)所需要的各種硬件功能，使新型微機(jī)保護(hù)的電路設(shè)計(jì)異常簡單可靠。 由于單片機(jī)價(jià)格低廉，因此，微機(jī)保護(hù)由當(dāng)初的單 CPU 的硬件結(jié)構(gòu)為主發(fā)展到為多單片機(jī)構(gòu)成的多 CPU 硬件結(jié)構(gòu)為主。大量使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用，也由于新型單片機(jī)的卓越性能，現(xiàn)階段使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)仍將是我國微機(jī)保護(hù)的主 流產(chǎn)品。 數(shù)字信號處理器 DSP：它與目前通用的 CPU 不同，是一種為了達(dá)到快速運(yùn)算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。 DSP 具有強(qiáng)大的處理功能，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進(jìn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)快 10—50 倍?？焖俚闹噶钪芷?，哈佛結(jié)構(gòu)，流水操作，專用的乘法器，特殊的指令，加上集成電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以使DSP 的指令周期達(dá)到 200ns。 DSP 的突出特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)，精度高，總線速度快，吞吐量大，尤其是采用專用硬件實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)和浮點(diǎn) 加乘運(yùn)算，速度非常的快。將數(shù)字信號處理器應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)，極大的縮短了數(shù)字濾波。濾序和傅立葉變換算法 的主要時(shí)間，不但可以完成數(shù)據(jù)采集，信號處理的功能，還可以完成以往主要由 COU完成的運(yùn)算功能，甚至完成獨(dú)立的繼電保護(hù)功能。隨著數(shù)字信號處理器芯片和開發(fā)工具的價(jià)格下降，可以預(yù)期數(shù)字信號處理器將會在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中發(fā)揮重要的作用。 (2) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 變電站綜合自動化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為三種：逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ， 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ① 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 早期的微機(jī)保護(hù)線路中，考慮到 A/D 轉(zhuǎn)換器價(jià)格昂貴，因此采用多個(gè)通道共 用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器的方案。每個(gè)通道各有一個(gè)采樣保持器，其采樣脈沖輸入端并聯(lián)后聯(lián)到 CPU 插件上的定時(shí)器輸出端，以實(shí)現(xiàn)對各通道的同時(shí)采樣。模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采用硬件電路控制記數(shù)自動進(jìn)位切換通道號。為了節(jié)省 CPU的工作時(shí)間，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在變化完成后的得到的數(shù)字輸出不需要經(jīng)過 CPU控制，而經(jīng) DMA 控制直接存入本插件的 RAM 中。再同一時(shí)刻采樣的全部通道轉(zhuǎn)換完成并存入 RAM 后，才由 DMA 請求中斷，由 CPU 做出相應(yīng)的處理。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的芯片比較多，電路復(fù)雜，抗干擾能力差，因此，在其改進(jìn) 型產(chǎn)品中使用了電壓頻率轉(zhuǎn)換原 理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 ② 電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 第 2 代微機(jī)線路保護(hù)的 VFC (電壓頻率保護(hù)