【導(dǎo)讀】重任務(wù)，對(duì)電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著舉足輕重的作用。為了提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。動(dòng)化技術(shù)開(kāi)始興起并得到廣泛應(yīng)用。多個(gè)獨(dú)立的功能系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)化，組合為一套智能化的綜合系統(tǒng)。這一技術(shù)的應(yīng)用，提高。護(hù)，控制的可靠性和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。１０ＫＶ變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主體的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究。限于作者水平有限，論文中難免存在錯(cuò)誤和不當(dāng)之處，敬請(qǐng)專(zhuān)家和讀者批評(píng)指正，監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，隨著電壓等級(jí)的提高，供電范圍的擴(kuò)大，取消傳統(tǒng)的前置處理機(jī)環(huán)節(jié)，從而徹底。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)安全體系不斷升級(jí)。絡(luò)技術(shù)密切相關(guān)。從國(guó)內(nèi)外變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。在所分的三層中，變電站層稱(chēng)為2層，間隔。成該單元線路或變壓器或電容器的保護(hù)、故障記錄等功能。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要位于1層和2. 以減少控制電纜長(zhǎng)度。

　　

【正文】 信單元的解釋、整理和傳送。當(dāng)上位機(jī)想得到下面的實(shí)時(shí)信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)適配器從下位機(jī)那里取得數(shù)據(jù)，進(jìn)行解釋、整理后，然后上發(fā)給上位機(jī)；上位機(jī)在下達(dá)遙控、遙調(diào)命令時(shí)，先將指令發(fā)到網(wǎng)絡(luò)適配器，網(wǎng)絡(luò)適配器再按照下位機(jī)的協(xié)議下發(fā)到指定單元， 從而實(shí)現(xiàn)這些命令。 網(wǎng)絡(luò)適配器 主要有以下三方面的功能：一是提供 CAN 總線的接口；二是提供 PC 機(jī)即當(dāng)?shù)乇O(jiān)控機(jī)的接口；另外 還要與調(diào)度中心的通信接口，即與 MODEM 對(duì)接。本系統(tǒng)采用了 NSC200 系列 網(wǎng)絡(luò)適配器。它可以采用單機(jī)和雙機(jī)冗余這兩種配置方式。 第 3 章 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò) 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展： 目前，國(guó)內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)用的通信網(wǎng)絡(luò)主要是總線式網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)最初使用 RS232總線，后來(lái)用到 RS485總線。近年來(lái)隨著新型現(xiàn)場(chǎng)總線 CANBUS和 LONWORKS的推出，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信得到了新的發(fā)展，新型現(xiàn)場(chǎng)總線 CANBUS 是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)性價(jià)比最 好的一種。 RS232， RS422 和 RS485 總線： RS232 串口通信標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)于 1969 年公布的，該標(biāo)準(zhǔn)定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間按位串行傳輸?shù)慕涌谕ㄐ?。通常用于近距離傳輸，此時(shí)可將兩臺(tái)具有 RS232 接口的通信設(shè)備直接相連，如果要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，可以再加調(diào)制器即可。 RS422 為全雙工，可以同時(shí)接收和發(fā)送。采用 RS422 標(biāo)準(zhǔn)，可以削弱干擾的影響，獲得更長(zhǎng)的傳輸距離和允許更大的信號(hào)衰減。采用 RS422 標(biāo)準(zhǔn)通信時(shí)位率可達(dá)到10Mbit/s。 RS485 為半雙工通信方式，在某一時(shí)刻，一個(gè)發(fā)送一個(gè)接受，當(dāng)用于多站互連時(shí)，可節(jié)省信號(hào)線，便于高速遠(yuǎn)距離的傳送。 LONWORKS 總線 LONWORKS 是美國(guó) Echeton 公司推出的一種新型現(xiàn)場(chǎng)總線。它的基本思想是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡(luò)的方式構(gòu)造，用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)代替局域網(wǎng)中的工作站，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安裝在監(jiān)控 現(xiàn)場(chǎng)，直接于各種傳感器和控制器相連。 LONWORKS 總線的技術(shù)特性有以下 9 點(diǎn)： (1): 開(kāi)放性。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開(kāi)放，對(duì)任何用戶平等。 (2)：通信介質(zhì)開(kāi)放。可以在任何通信介質(zhì)條件下通信，包括雙絞線，電 力線，光纖，同軸電纜，射線電纜，紅外線等，并且多種介質(zhì)可以在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用。 (3)：互操作性。 Lonworks 通信協(xié)議符合 OSI 模型，任何制造商的產(chǎn)品都可以實(shí)現(xiàn)互操作。 (4)： Lonworks 通信采用了 “網(wǎng)絡(luò)變量 ”，使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化成為參數(shù)設(shè)置增加了通信技術(shù)的可靠性。 (5)：它的通信每楨有效字節(jié)可以達(dá)到 0 到 228 個(gè)字節(jié)。 (6)：它的通信速度可達(dá) ，此時(shí)的有效距離為 130m (7)： Lonworks 技術(shù)的一個(gè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá) 32021 個(gè)。 (8)： Lonworks 直接通信 距離長(zhǎng)達(dá) 2700m (9)： Lonworks 技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片。該芯片內(nèi)部裝有 3 個(gè)微處理器； MAC 處理器完成介質(zhì)訪問(wèn)控制。網(wǎng)絡(luò)處理器完成 OSI 的 36 層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。應(yīng)用處理器完成用戶現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用。它們之間通過(guò)公共存儲(chǔ)器傳遞數(shù)據(jù)。 CANBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線 CANBUS 德國(guó) BOSCH 公司設(shè)計(jì)的，它是一種基于優(yōu)先級(jí)的高速?？垢蓴_能力強(qiáng)并具有檢錯(cuò)功能的現(xiàn)場(chǎng)總線，可采用多種媒體通信，比如光纜和雙絞線。 CANBUS 通信設(shè)備本身又具有較低的造價(jià)，從而它的應(yīng)用范圍很廣，特別是在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域。 CANBUS 的主要技術(shù)特性如下： (1)： CANBUS 可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)接點(diǎn)均可以在任何時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。 (2)： CANBUS 網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)可分為不同的優(yōu)先級(jí)，并可滿足不同的實(shí)時(shí)要求。 (3)： CANBUS 采用非破壞性總線裁決技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)別低的自動(dòng)的主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不受任何影響繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，大大的節(jié)省了總線沖突裁決時(shí)間。 (4)： CANBUS 可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)全局廣播幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。 (5)： CANBUS 直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km， CANBUS 的通信速率最高可達(dá) 1Mbit/s. (6)： CANBUS 上的節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際上可達(dá) 110 個(gè)，理論上可達(dá) 2021 多個(gè)。 (7)： CANBUS 采用短砧結(jié)構(gòu)，每一砧的有效字節(jié)數(shù)為 8 個(gè)，這樣傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送時(shí)間短，尤其適合在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下工作。 (8)： CANBUS 每砧信息都有 CRC 校驗(yàn)及其它檢驗(yàn)措施，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 (9)： CANBUS 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它和總線的聯(lián)系，以使總線的其操作不受影響。 (10): NZR 編碼 /解碼方式，并采用位填充技術(shù)。 各種總線技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) RS232 總線通信速度快，距離短。 RS422 和 RS485 雖然在傳輸速度和距離上有所提高，但存在以下缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)上只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，無(wú)法構(gòu)成多主冗余系統(tǒng)，系統(tǒng)可靠性差，數(shù)據(jù)通信方式為命令響應(yīng)方式，從節(jié)點(diǎn)只有在接到主節(jié)點(diǎn)命令后才能響應(yīng)，重要信息得不到及時(shí)傳送，致使靈活性和實(shí)時(shí)性差，糾錯(cuò)能力差。 LONWORKS 總線性能較強(qiáng)，但系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)較高。因而實(shí)用性較差。 CANBUS 總線是基于優(yōu)先級(jí)的多主從節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，克服了 RS422，和 RS485 總線的缺點(diǎn)，而與 LONWORKS 總線相比，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此 CANBUS 是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一種性價(jià)比最優(yōu)的選擇。 現(xiàn)場(chǎng)總線在變電站綜合自動(dòng)化內(nèi)部網(wǎng)的應(yīng)用 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)主要可以分為三種 ： LONWORKS 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)方案，嵌入式以太網(wǎng)方案，基于 CANBUS 總線的通信系統(tǒng)方案。 LONWORKS 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)方案 ： 如圖所示， 變電站內(nèi)部有兩個(gè) LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)，分別為監(jiān)控網(wǎng)和錄波網(wǎng)。監(jiān)控網(wǎng)用來(lái)傳送各種控制和狀態(tài)信息。錄波網(wǎng)則傳送電力系統(tǒng)故障錄波信息。網(wǎng)絡(luò)的通信速率為 78kb/s,最大通信距離為 2km。通信介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纖。每個(gè)保護(hù)裝置都帶有 LONWORKS網(wǎng)絡(luò)接口，后臺(tái)機(jī)，工程師站，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)等 pc 機(jī)上均有 PCLTA 卡，于是保護(hù)裝置和 PC 機(jī)就可以連接到 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)上。這種方案適用于中低壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，當(dāng)用于220KV 及以上的大型高壓變電站時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)增多，網(wǎng)絡(luò)流量增大，網(wǎng)絡(luò)帶寬就顯得不夠了，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，因此這種方案只使用于中小 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。 嵌入式以太網(wǎng)方案： 如圖 2 所示， 站內(nèi)有 3 個(gè)相互獨(dú)立的光纖以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò) 1， 2 為監(jiān)控網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò) 3 為錄波網(wǎng)。將站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)分為兩層。間隔以上和間隔內(nèi)部。 間隔以上用 10MB/S 的嵌入式以太網(wǎng)構(gòu)成站內(nèi)通信的主干網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)后臺(tái)機(jī)，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)等 PC 機(jī)和各間隔進(jìn)行通信。在間隔內(nèi)部使用 LONWORKS 總線，網(wǎng)上的信息通過(guò)間隔層的測(cè)控單元上傳到主干網(wǎng)上。最低層的各種設(shè)備保護(hù)可不做任何改動(dòng)，保持了向下的兼容性。這種方案實(shí)際上是將嵌入式以太網(wǎng)和LONWORKS 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮了各自的優(yōu) 勢(shì)。 測(cè)控單元是整個(gè)方案的核心和關(guān)鍵。圖 3 中詳細(xì)的介紹了測(cè)控單元的工作原理。 其中 Neuron 芯片作為 CPU 的通信處理器完成了 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù)，利用它可和保護(hù)裝置通信。 CPU 采用 32b 單片機(jī)， CPU 部分采用了嵌入式軟件設(shè)計(jì)，利用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)及 TCP/IP 模塊，完成以太網(wǎng)的通信和測(cè)控任務(wù) 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 由主機(jī)和作為控制單元的人機(jī)接口 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。 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。或者電容器本身元件全部擊穿形成相間短路。 ≥ 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 . s e tI c I t . s e tI b I t . s e tH 1H 2 H 3 S W 1S W 2S W 3t 1t 1t 1000跳 閘三 段 式 相 間 電 流 保 護(hù) 原 理 圖 (2) ：過(guò)電壓保護(hù) ： 為避免使用相電壓在單相接地時(shí)引起過(guò)電壓保護(hù)誤動(dòng)，過(guò)電壓保護(hù)采用相電壓。過(guò)電壓保護(hù)取母線電壓是為了防止母線電壓過(guò)高時(shí)損壞電容器，且切除電容器可降低母線電壓。為防止電容器未投時(shí)誤發(fā)信號(hào)或保護(hù)動(dòng)作后裝置不復(fù)歸，過(guò)電壓保護(hù)中加有斷 路器位置判斷≥ 1amp。amp。amp。U a b U s e t 1U b c U s e t 1U c a U s e t 1H 1t 10k t ps w 1K BY Y Y 2 跳 閘 Y 3 跳 閘過(guò) 電 壓 保 護(hù) 原 理 圖 (3) ：欠電壓保護(hù)： 如果母線失去電源而造成失壓，當(dāng)母線電壓恢復(fù)時(shí)，可能因電容器組未放完電而使電容器承受過(guò)電壓，為此設(shè)置低電壓保護(hù)，發(fā)現(xiàn)母線電壓低于定值后帶延時(shí)，切除電容器組。 amp。amp。amp。U a b U s e tU b c U s e tU c a U s e tI a I s e tI b I s e tI c I s e tt0跳 閘k t p欠 電 壓 保 護(hù) 原 理 圖 在電容器組中過(guò)電壓和欠電壓保護(hù)均可通過(guò)延時(shí)來(lái)判別穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓和欠電壓。 (4): 不平衡電流保護(hù)： 反映了電容器組內(nèi)部的故障。做為雙星性接線電容器組的內(nèi)部故障保護(hù)。當(dāng)同相的兩電容器組 C1 和 C2 中發(fā)生多臺(tái)電容器故障時(shí)，即 C1 的電抗 不等于 C2 的電抗，此時(shí)流過(guò) C1 和 C2 的電流不相等，因此流過(guò)不平衡電流 Iund，而當(dāng) IunbIset 時(shí)保護(hù)系統(tǒng)動(dòng) 作。 amp。I u n b I s e t零 序 電 流 保護(hù) 投 入s wt0跳 閘不 平 衡 電 流 保 護(hù) 原 理 圖 (5): 不平衡電壓保護(hù)： 當(dāng)雙星型接線采用不平衡電壓保護(hù)時(shí)，可用電壓互感器的一次繞組串在中性線中，當(dāng)某電容器組發(fā)生多臺(tái)電容器故障時(shí)，故障電容器組所在星型的中性點(diǎn)電位發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生不平衡電壓，當(dāng) UunbUset 時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。 X 1U u n b U s e t零 序 電 壓 保護(hù) 投 入s wt0跳 閘不 平 衡 電 壓 保 護(hù) 原 理 圖 (6)：兩段式零序過(guò)流保護(hù)： 配有兩 段式零序過(guò)流保護(hù)，可選擇投退。當(dāng) IunbIset 時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。 ≥ 1I I s e t 1零 序 電 流 保 護(hù)投 入I I s e t 2 零 序 電 流 保 護(hù)投 入S w 1S w 2t 1t 100跳 閘兩 段 零 序 過(guò) 電 流 保 護(hù) 原 理 圖 (7)：橋差電壓保護(hù)： 三相橋差電壓保護(hù)為反映橋式接線電容器組中電容器內(nèi)部短路而設(shè)置。如圖所式 ：c 1c 2橋 差 電 壓 接 線 原 理 圖 TV 的一次繞組可以兼做電容器組的放電回路，二次繞組接成壓差式即反極性相串聯(lián)。正常運(yùn)行時(shí) C1=C2，壓差為 0。當(dāng)電容器組 C1 或 C2中有多臺(tái)電容器組被損壞時(shí)，由于 C1 和 C2 容抗不等，因此兩只 TV 的一次繞組分壓不等，壓差接線的 二次繞組中將出現(xiàn)差電壓，當(dāng)壓差超過(guò)定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。 ≥ 1amp。U a U s e tU b U s e tU c U s e t橋 差 投 入s wH 1T 10跳 閘橋 差 電 壓 保 護(hù) 原 理 框 圖 (8)：橋差電流保護(hù)：