【導(dǎo)讀】通過(guò)對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信方面的研究，介紹了當(dāng)前各種總線方式。行了詳細(xì)的分析，比較了各種方式的性?xún)r(jià)比。并且對(duì)此前景進(jìn)行了簡(jiǎn)介。將變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的繼電保護(hù)和綜自設(shè)備的設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。文并冒，最后是將一些關(guān)于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的英文文章進(jìn)行漢語(yǔ)翻譯，這對(duì)了解變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的最新科技有著很大的幫助。

　　

【正文】 絡(luò)負(fù)載極低，即使在各臺(tái)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作的情況下，通信效率仍很高。而當(dāng)信息傳到主干網(wǎng)時(shí)，由于主干網(wǎng)的帶寬很寬，所以站內(nèi)的流量對(duì)于其而言仍屬輕負(fù)載， 以太 網(wǎng)在輕負(fù)載時(shí)效率極高，因此方案 2 能滿(mǎn)足變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，并且留有余地。 (2)： 故障錄波數(shù)據(jù)上傳輸速度大大加快。 LONWORKS 網(wǎng)主要支持偵長(zhǎng)為幾十 B 的短偵，當(dāng)傳送錄波數(shù)據(jù)時(shí)，效率較低，耗費(fèi)時(shí)間較多，以太網(wǎng)支持最長(zhǎng)可達(dá) 1500B 的長(zhǎng)偵，因此方案 2 的錄波數(shù)據(jù)傳輸速率大大的增強(qiáng)。 (3)： 與 PC 機(jī)接口。 PC 機(jī)必須用 PCLTA 卡等專(zhuān)用卡與 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)接口，這些板卡由于是專(zhuān)用品所以?xún)r(jià)格較高， PC 機(jī)臺(tái)數(shù)增多時(shí)，很不劃算。而 PC 機(jī)用廉價(jià)的以太網(wǎng)卡也可以聯(lián)到以太網(wǎng)上。所以方案 2 中更方便，更經(jīng)濟(jì)。 (4)： 易于廣域網(wǎng)相連。 由于以太網(wǎng)使用開(kāi)放式的 TCP/IP 協(xié)議，所以可以較為方便的與廣域網(wǎng)相聯(lián)。 基于 CANBUS 總線的通信系統(tǒng)方案： 圖 1 所示為 變電站綜合自動(dòng)化基于 CANBUS 總線的分層結(jié)構(gòu)圖。 在整個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，變電站內(nèi)部各單元之間以及變電站與遠(yuǎn)方調(diào)度中心之間的通信都通過(guò)通信管理機(jī)來(lái)處理，所以通信管理機(jī)在整個(gè)變電站自動(dòng)化中占有重要地位。具體的方式如下圖所示 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中通信管理機(jī)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部的變電站子層和單元子層之間的通信 。以及本地的變電站系統(tǒng)和遠(yuǎn)程調(diào)度中心的通信。 ：通 信管 理機(jī) 系統(tǒng) 的C P UR O M 實(shí) 時(shí) R A MM A X 2 3 2鍵 盤(pán) 輸 入液 晶 顯 示工 業(yè) M O D E MC A N 總線 接口C A N 總線 接口P CC A N 卡監(jiān) 控 主機(jī)遠(yuǎn) 方 通 信備 用 串 口至 監(jiān) 控 保 護(hù) 單 元 變電站內(nèi)部的通信基于 CAN 總線，包含兩層通信網(wǎng)絡(luò)：站級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)。其中站級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控主機(jī)和通信管理機(jī)之間的通信?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)通信管理機(jī)和監(jiān)控保護(hù)單元之間的信息傳送。變電站和遠(yuǎn)程調(diào)度中心的信息傳輸基于公用電話網(wǎng)，通過(guò)終端的modem 實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)和公用電話網(wǎng)上的模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，通信管理機(jī)的外圍設(shè)備包括鍵盤(pán)輸入，液晶顯示，程序存儲(chǔ)器 EPROM，實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RAM,以及備用的 RS232 串口 內(nèi)部通信網(wǎng)的傳輸實(shí)時(shí)性分析 方案一中的 LONWORKS 現(xiàn)場(chǎng)總線方式中由于帶寬有限，特別是當(dāng)多個(gè)保護(hù)共同動(dòng)作時(shí)，網(wǎng)上沖突加劇，重發(fā)次數(shù)增多，通信效率降低。所以這種方案的傳輸實(shí)時(shí)性不好。 方案二中的嵌入式以太網(wǎng)方案要從間隔內(nèi)部的 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)和間隔外部的以太網(wǎng)兩方面來(lái)分析。 首先分析間隔內(nèi)部 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的通信，不同的網(wǎng)絡(luò)變量可以設(shè)置成不同的優(yōu)先級(jí)，這樣開(kāi)關(guān)變位等重要信息就可以用優(yōu)先級(jí)高的網(wǎng)絡(luò)優(yōu) 先傳輸。 LONWORKS 以這樣的方式來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)站內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)不超過(guò) 40 時(shí)， LONWORKS 總線的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性是很好的。在方案2 中，內(nèi)部間隔的 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)一般不超過(guò) 10 個(gè)，所以在這種情況下內(nèi)部間隔的網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性是有保證的。 以太網(wǎng)雖然沒(méi)有 LONWORKS 或CAN 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置，但其帶寬高達(dá) 10MB/S，因此可以承受的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很大。實(shí)際應(yīng)用中表明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不超過(guò)帶寬的 37%時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的沖突率很低，以太網(wǎng)的傳輸效率是有保障的。事實(shí)上 10MB/S 的以太網(wǎng)完全可以滿(mǎn)足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性保障。 方案三中的 CANBUS 總線網(wǎng)絡(luò)也同樣設(shè)有優(yōu)先級(jí)傳輸，而且 CANBUS 網(wǎng)絡(luò) 中的帶寬，負(fù)荷率，通信效率等也完全可以滿(mǎn)足變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求。 國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品的比較 國(guó)外變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要是由西門(mén)子公司生產(chǎn)的 LSA678，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為完全分散和集中與分散相結(jié)合式，后者由于價(jià)格和靈活性上的優(yōu)勢(shì)而在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多。除了西門(mén)子公司外，還有 ABB 公司生產(chǎn)的 SCS100和 SCS200。德國(guó) AEG 公司的 ILS 系統(tǒng)，美國(guó)通用電氣，美國(guó)西屋電氣，法國(guó)的阿爾斯通和瑞士的 LANDIS 公司都有該類(lèi)產(chǎn)品 。 國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家主要有南京自動(dòng)化研究所，北京自動(dòng)化研究所，以及珠海的拓普公司，煙臺(tái)的東方電子，許昌繼電器廠等公司。它們相繼開(kāi)發(fā)了一系列產(chǎn)品，并在全國(guó)各個(gè)省市的變電站中得到了應(yīng)用。與國(guó)外產(chǎn)品相比，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品雖然在技術(shù)性能上存在一定的差距，但是也有其本身的特點(diǎn)。首先站控級(jí)的軟件開(kāi)發(fā)具有一定的水平，尤其是在漢化方面比國(guó)外公司更具優(yōu)勢(shì)，其次價(jià)格上也有一定的優(yōu)勢(shì)。再者國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在工程組織，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，售后服務(wù)等方面比國(guó)外產(chǎn)品更具有優(yōu)勢(shì)。 通信協(xié)議的作用 要實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站綜合自動(dòng)化并與上 一級(jí)控制中心實(shí)現(xiàn) “四遙 ”，必須保證工作站，主機(jī)，工程師站，現(xiàn)場(chǎng)各 CPU 單元與控制設(shè)備間的實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確通信。而通信協(xié)議就是整個(gè)系統(tǒng)通信部分的核心。電力系統(tǒng)中所采集的信息需要很高的實(shí)時(shí)性，可靠性，所以認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)通信協(xié)議對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的影響就比較重要。在變電站控制系統(tǒng)中， CPU 采集控制單元不僅要采集各類(lèi)信號(hào)（開(kāi)關(guān)位置，保護(hù)信號(hào)，有功，無(wú)功，電壓，電流，功率因數(shù)，電量等），還要對(duì)各單元的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制和完成邏輯判斷等功能，這占用了很多 CPU 負(fù)荷以及內(nèi)存空間等資源。同時(shí)采集來(lái)的信號(hào)要往主站送，承擔(dān)和主站通信的功能。如果單純 采用擴(kuò)大計(jì)算機(jī)內(nèi)存的數(shù)量的方式不僅是不經(jīng)濟(jì)的，也是有限的?，F(xiàn)在工業(yè)上用的采集器為了達(dá)到實(shí)時(shí)性，一般較少采用讀寫(xiě)硬盤(pán)的方式，而多采用沒(méi)有硬盤(pán)的內(nèi)存。但這在變電站中也是不可行的，所以采用一個(gè)好的通信協(xié)議就能達(dá)到事辦功倍的效果。 目前用于電力系統(tǒng)的通信協(xié)議品種繁多，有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，也有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)甚至是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前我們主要使用的有以下通信協(xié)議 : IEC8705101 通信協(xié)議（遠(yuǎn)動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)）， IEC8705102 通信協(xié)議（電量采集通信標(biāo)準(zhǔn)）， IE87051103 通信協(xié)議（保護(hù)傳輸通信標(biāo)準(zhǔn)）。 IE8705104網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)）， 通信協(xié)議 ,MODBUS 通信協(xié)議，CDT 循環(huán)通信協(xié)議， SC1801 通信協(xié)議， M4F 通信協(xié)議等。 光纖通信技術(shù) 光纖通信 優(yōu)點(diǎn) 光纖通信是以光波做為信息載體，以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)的先進(jìn)通信手段。與其它通信技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) ： 傳輸頻帶很寬，通信容量大。 (2) ： 傳輸衰耗少，適合長(zhǎng)距離傳輸。 (3) ： 體積小，重量輕，可繞性強(qiáng)，利用電纜溝道和電力線桿，鋪設(shè)方便。 (4) ： 輸入和輸出間 電隔離，不怕電磁干擾。 (5) ： 保密性好。無(wú)漏信號(hào)和串音干擾。 (6) ： 抗腐蝕和抗酸堿，可直接埋與地下。 缺點(diǎn)是強(qiáng)度不如金屬線，連接比較困難，分路和耦合不方便，彎曲半徑不易太小。 光纖通信的類(lèi)型以及在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用如下 (1) ： SDH（同步數(shù)字體系）和 PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字體系）。其中 SDH光端機(jī)具有自愈功能，并可以支持多個(gè)光方向，通常用 SDH 光纖網(wǎng)組成主干通信通道， PDH 用于信息量不大的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。與光端機(jī)配合使用的電端機(jī)PCM 可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)傳送。 (2) : 光調(diào)制解調(diào)器。它是一種用于低速傳輸數(shù)字信號(hào)的光電合一產(chǎn)品。通常實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉所 RTU 至主站信息的傳輸，同時(shí)用于建設(shè)饋線 FTU 信息向配電子站集結(jié)的信息通道，但不能傳語(yǔ)音。 (3) ： 其他通信設(shè)備 光纖收發(fā)器主要用于實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程連接。 長(zhǎng)距離光傳輸模塊是內(nèi)置與交換機(jī)或路由器的光設(shè)備。 配電自動(dòng)化 專(zhuān)用數(shù)據(jù)光傳輸設(shè)備具有傳輸距離遠(yuǎn)，組網(wǎng)靈活，接口豐富等特點(diǎn)的光電合一最新產(chǎn)品。 總之，光纖通信已經(jīng)成為了主要的通信方式，應(yīng)用于主干層及饋線終端層傳輸通道建設(shè)。 現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù) 現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)，也被稱(chēng)為開(kāi)放式，數(shù)字化，多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。傳輸介質(zhì)主要是雙絞線。 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)： (1): 系統(tǒng)的開(kāi)放性，即標(biāo)準(zhǔn)的一致性，公開(kāi)性。 (2)： 互可操作性和互用性：設(shè)備和設(shè)備間，不同生產(chǎn)廠家之間。 (3)： 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。 (4)： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。 (5): 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。 在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣。 無(wú)線通信技術(shù) 在配電自動(dòng)化中常用以下 幾種無(wú)線通信方式： (1): 無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)：遠(yuǎn)程監(jiān)控，監(jiān)測(cè)常常利用無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。提供了豐富的外圍接口，具有安裝維護(hù)方便，繞射能力強(qiáng)，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活，大范圍覆蓋等特點(diǎn) (2): 一點(diǎn)多址 微波通信技術(shù)：具有傳輸距離長(zhǎng)（站內(nèi) 50KM），容量大，配置靈活等特點(diǎn)。 (3): 無(wú)線擴(kuò)頻通信技術(shù)：具有抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)誤碼率低，建設(shè)方便，投資少等特點(diǎn)。 配電線載波通信技術(shù) 配電通信載波是以 6—10KV 配電線路為傳輸通道，采用移頻監(jiān)控和跳頻技術(shù)相結(jié)合的調(diào)制方式，應(yīng)用先進(jìn)的 DSP 數(shù)字信號(hào)處理技 術(shù)和集成電路技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)話同傳的通信方式。具有實(shí)施方便，組網(wǎng)靈活，開(kāi)放透明的通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿撸瑢?shí)時(shí)性強(qiáng)，信道可靠等特點(diǎn)。 小結(jié) 本節(jié)介紹了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)通信總線進(jìn)行了比較。通過(guò)具體的 3 種方法將變電站內(nèi)的設(shè)備用通信協(xié)議連接了起來(lái)。最后探討了光纖通信技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)，無(wú)線通信技術(shù)，配電載波通信技術(shù)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用前景。 第 4 章 繼電保護(hù)設(shè)備和綜自設(shè)備的設(shè)置 35KV 開(kāi)關(guān)柜智能保護(hù)單元 本變電站中 35KV 開(kāi)關(guān)柜采用的是 ABB 公司的 SF6 開(kāi)關(guān)柜 ZX2，它的保護(hù)和控制單元柜為柜上安裝的 口 HMI 兩部分組成， HMI 可于一個(gè)運(yùn)行 WINDOWS NT 的 PC 機(jī)相連接。 REF542plus 具有保護(hù)，測(cè)量，控制，監(jiān)測(cè)的功能。 REF542plus 中的數(shù)字處理器 DSP 執(zhí)行測(cè)量和保護(hù)的功能，電流傳感器適用于距離保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)。 10KV 開(kāi)關(guān)柜智能保護(hù)單元 本變電站 10KV 開(kāi)關(guān)柜選用的是 LG 公司的 LV1 真空開(kāi)關(guān)，配置的是SIEMENS 系列產(chǎn)品 NSP7 系列保護(hù)及測(cè)控裝置。 變壓器后備保護(hù) (1)： 三段式復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)： 配有三段共九時(shí)限（每段三時(shí)限 ）的復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)，每段都有獨(dú)立的電流定值，時(shí)間定值和方向定值。通過(guò)定植的整定，每段過(guò)流保護(hù)可以選擇是否經(jīng)過(guò)復(fù)壓元件閉鎖，是否經(jīng)過(guò)方向元件閉鎖以及方向元件的設(shè)定。 復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù) 的復(fù)壓閉鎖元件，有本側(cè)復(fù)壓閉鎖和外部接入的復(fù)壓開(kāi)入閉鎖或門(mén)構(gòu)成。外部接入的復(fù)壓開(kāi)入閉鎖方式配合復(fù)壓出口功能，可實(shí)現(xiàn)各側(cè)復(fù)合電壓的并聯(lián)方式。在 PT 斷線期間，可以選擇復(fù)壓閉鎖或不閉鎖。 (2): 三段式 零壓閉鎖零序過(guò)流保護(hù)： 配有三段共九時(shí)限（每段三時(shí)限 ）的 零壓閉鎖零序過(guò)流保護(hù)，作為變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式下的接地保護(hù)。每段可獨(dú)立投退，并且保護(hù)可以選擇是否經(jīng)過(guò)零壓元件閉鎖，是否經(jīng)過(guò)方向元件閉鎖以及方向元件的設(shè)定。 零壓閉鎖元件的零序電壓，采用三相電壓計(jì)算自產(chǎn)零序電壓 3Uz 零序電流 可選擇取自變壓器中性點(diǎn)零序電流或三相電流計(jì)算自產(chǎn)零序電流 。 (3): 二段式間隙零序過(guò)流保護(hù)： 配有二段兩時(shí)限間隙零序電流保護(hù)。作為變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式下的接地保護(hù)，每段都可以獨(dú)立投退。 (4): 過(guò)復(fù)合保護(hù)： 包 括過(guò)復(fù)合警告，啟動(dòng)風(fēng)冷，閉鎖有載調(diào)壓，各一段一時(shí)限。每個(gè)時(shí)限都可獨(dú)立投退，采用最大相電流判別。 啟動(dòng)風(fēng)冷，過(guò)負(fù)荷告警觸點(diǎn)為常開(kāi)觸點(diǎn)。閉鎖有載調(diào)壓可選擇常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)。 (5) ：復(fù)合電壓出口功能： 為實(shí)現(xiàn)各側(cè)復(fù)合電壓并聯(lián)的方式，本裝置配有復(fù)合電壓出口功能，有獨(dú)立的低電壓和負(fù)序電壓定值，當(dāng)復(fù)合電壓滿(mǎn)足條件，接通復(fù)壓出口觸點(diǎn)，并異常告警。 (6) : PT 斷線告警： 三相電壓均小于 16V，某相電流大于 0。 2A，判為三相失壓。 三相電壓和大于 8V， 最大線電壓小于 16V，判為二相 PT 斷線。 三相電壓和大于 8V， 最大線電壓和最小線電壓差大于 16V，判為單相PT 斷線。 恢復(fù)正常以后，告警自動(dòng)消失。 電容器保護(hù) (1) ：三相式相間電流保護(hù)： 裝置設(shè)三段相間電流保護(hù)，每段均可獨(dú)立投退。三段相間電流保護(hù)可以反映的故障類(lèi)型有： 電容器組引接母線，電流互感器，放電線圈電壓互感器，串聯(lián)電抗器等回路發(fā)生相間短路?；蛘唠娙萜鞅旧碓繐舸┬纬上嚅g短路。 ≥ 1≥ 1≥ 1≥ 1I a I t . s e tI b I t . s e tI c I t . s e tI a I t . s e tI b I t . s e tI c I t . s e tI a I t