【正文】 WORKS 是美國(guó) Echeton 公司推出的一種新型現(xiàn)場(chǎng)總線。采用 RS422 標(biāo)準(zhǔn)通信時(shí)位率可達(dá)到 10Mbit/s。 RS422 為全雙工，可以同時(shí)接收和發(fā)送。 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?。該系統(tǒng)最初使用 RS232 總線，后來用到 RS485 總線。介紹了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)以及主要的配置，為下一章的通信協(xié)議做好了鋪墊。為中低壓變電站廣為采用。使用 “一對(duì) N”方式實(shí)現(xiàn)時(shí)，一套裝置負(fù)責(zé)多條線路或變壓器的測(cè)量，保護(hù)和控制。 ③ 低壓線路的微機(jī)保護(hù)： 這種類型的保護(hù) 裝置可以分為兩種：一種為 “一對(duì)一 ”方式，即一套裝置實(shí)現(xiàn)一條線路的保護(hù)；另一種為 “一對(duì) N”方式，即一套裝置實(shí)現(xiàn)多條線路保護(hù)。工控機(jī)總線接口簡(jiǎn)單，模塊化程度高，容易結(jié)合，使用維護(hù)方便，系統(tǒng)功能容易擴(kuò)展。為適合變電站自動(dòng)化的發(fā)展，新型微機(jī)變壓器保護(hù)也提供了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的通信接口功能。許多廠家得宜于線路微機(jī)保護(hù)的成功開發(fā)和應(yīng)用中的成功經(jīng)驗(yàn)，推出了許多與微機(jī)線路保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)相似的單片機(jī)型微機(jī)元件保護(hù)。由于以上的原因，在高壓和超高壓輸變電線路中，不但主保護(hù)必須雙重化配置，后備保護(hù)也必須雙重化配置。廣泛的使用多 CPU 微機(jī)保護(hù)裝置中，距離保護(hù)三段和零序保護(hù)三段，都具有遠(yuǎn)后備的功能。因此整個(gè)保護(hù)裝置并不因?yàn)椴捎昧硕?CPU 技術(shù)而使可靠性大幅度的提高。保護(hù)輸入和輸出通道不采用冗余技術(shù)，而只是在信號(hào)處理器部分采用。 3 個(gè)保護(hù)插件啟動(dòng)元件按三取二的原則啟動(dòng)各套保護(hù)裝置的出口回路，從而大大的提高了保護(hù)裝置的可靠性。監(jiān)控 CPU主要負(fù)責(zé)人機(jī)接口，保護(hù)定值管理。這種類型的微機(jī)保護(hù)裝置的基本特點(diǎn)是：電壓頻率轉(zhuǎn) 換原理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為整套裝置的公共部分 ,其頻率輸出信號(hào)分別傳送給各個(gè)保護(hù)插件，再由各個(gè)保護(hù)插件完成相應(yīng)的測(cè)頻，采樣值標(biāo)度變換，保護(hù)功能計(jì)算。 (3) 微機(jī)保護(hù)硬件的一般結(jié)構(gòu)： 微機(jī)保護(hù)的硬件類型分為三種：高壓線路微機(jī)保護(hù)，微機(jī)元件繼點(diǎn)保護(hù)，低壓線路的微機(jī)保護(hù) . ① 高壓線路微機(jī)保護(hù)： 目前我國(guó)的高壓線路微機(jī)保護(hù)裝置的原理，性能，主要指標(biāo)以及制造工藝方面以達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，微機(jī)保護(hù)的動(dòng)作正確率也已經(jīng)超過了常規(guī)保護(hù)。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，一些半導(dǎo)體廠家將完整的數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)集成到一塊芯片中，能夠自動(dòng)完成所有輸入通道的數(shù)據(jù)采集而無須 CPU 干預(yù)。 保護(hù)裝置使用公控機(jī)時(shí)，通常采用工控機(jī)智能同步數(shù)據(jù)采集模板完成采樣，再將采樣數(shù)據(jù)通過雙口 RAM， FIFO 等方式傳送給主 CPU 進(jìn)行處理，因此并不占用主 CPU 的處理時(shí)間。采樣率的提高導(dǎo)致了采樣間隔的縮短，從而留給 CP U 進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理，保護(hù)啟動(dòng)計(jì)算，主保護(hù)計(jì)算的時(shí)間大大縮短。以 ANN 為代表的人工智能技術(shù)和小波分析理論，以及行波保護(hù)，暫態(tài)保護(hù)等概念逐步引入繼電保護(hù)領(lǐng)域，對(duì)采樣速度提出了更高的要求。主要優(yōu)點(diǎn)是：通過光電耦合器與 CPU 接口，因此抗干擾能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)多單片機(jī)系統(tǒng)的多 CPU 接口。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)。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 CP U控制，而經(jīng) DMA 控制直接存入本插件的 RAM 中。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 CP U 插件上的定時(shí)器輸出端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各通道的同時(shí)采樣。隨著數(shù)字信號(hào)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(hào)處理器將會(huì)在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中發(fā)揮重要的作用。將數(shù)字信號(hào)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?？焖俚闹噶钪芷冢鸾Y(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。 數(shù)字信號(hào)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。 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 CP U 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。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(jiǎn)潔。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)。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(duì)其功能進(jìn)行補(bǔ)充和外部擴(kuò)展。 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(jiǎn)單，運(yùn)行速度快，功耗低，性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。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)。 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(duì)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(dòng)和誤動(dòng)的措施。 滿足在強(qiáng)電場(chǎng)，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。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)。 (2): 軟硬件模塊化，方便維護(hù)和擴(kuò)展。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。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。微機(jī)臺(tái)內(nèi)裝主機(jī)和微機(jī)電源， 微機(jī)臺(tái)上放 CRT，打印機(jī)和鍵盤。 主 控 室 前 部 的控 制 臺(tái)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(tái)式 ： 在主控室前部設(shè)微機(jī)臺(tái)，無模擬憑，無控制臺(tái)。打印機(jī)和鍵盤。在控制臺(tái)對(duì)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。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。 4： 母線保護(hù)：包括完全電流差動(dòng)母線保護(hù)和電流比相式 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件配置 綜合自動(dòng)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(tái)，臺(tái)內(nèi)裝微機(jī)及 UPS 電源，臺(tái)上放主機(jī)顯示器 CRT，鍵盤和打印機(jī)。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。 (2): 變壓器保護(hù) ： 包括差電流速斷保護(hù)，帶二次諧波制動(dòng)的比例差動(dòng)保護(hù)。 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)。 (3) : 具備實(shí)時(shí)自檢功能。 (2) : 具有事故追憶功能。 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。當(dāng)電容器檢修時(shí)，不應(yīng)參與控制。電容器。以使無功和電壓滿足要求。運(yùn)行人員按照提示，用人工檢除方法跳開開關(guān)自動(dòng)重合，驗(yàn)證主機(jī)的判斷。為了保證可靠性，應(yīng)多次采樣后才能確定。 (2) ：接地選相：對(duì)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。 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)。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)。手動(dòng)操作分為三種方式：鍵盤操作，把手操作，保護(hù)柜操作。 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。 監(jiān)控 ： 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供方便可靠的人機(jī)對(duì)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。 (2) 開關(guān)量 ： 變電站內(nèi)需要監(jiān)測(cè)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(dòng)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。所采集的數(shù)據(jù)分為三大類：模擬量，開關(guān)量和脈沖量。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要包括監(jiān)測(cè)，監(jiān)控，遠(yuǎn)傳，保護(hù)四部分。這種結(jié)構(gòu)方式具有分散式結(jié)構(gòu) 的全部?jī)?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。這種結(jié)構(gòu)方式介于集中式和分散式之間。 集中和分散結(jié)合式綜合自動(dòng)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(chǎng)總線和局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，一種發(fā)展趨勢(shì)是按每個(gè)電網(wǎng)元件，比如一臺(tái)變壓器，一臺(tái)斷路器等為對(duì)象，集測(cè)量，保護(hù)，控制為一體，設(shè)計(jì)在同一機(jī)箱內(nèi)。變電站層設(shè)現(xiàn)場(chǎng) 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。單元層本身就是兩級(jí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。單元層一般按斷路器間隔劃分，具有測(cè)量，控制部件或繼電保護(hù)部件。設(shè)備層為 0 層，單元層為 1 層，變電站層為 2 層。缺點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)仍不是很穩(wěn)定。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。缺點(diǎn)是組屏多，占地面積大，而且需要鋪設(shè)大量的電纜，投資量和工程量大，接線復(fù)雜，獨(dú)立單元較多，維護(hù)工作量大，運(yùn)行不可靠。它的特點(diǎn)是將變電站中所有的信息統(tǒng)一集中處理，形成一個(gè)系統(tǒng)，并符合傳統(tǒng)的變電站運(yùn)行模式。各進(jìn)出線以及其他電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) 通過 ct,pt，開關(guān)輔助觸點(diǎn)有電纜傳送到變電站的中央控制室的保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置內(nèi)。 集中式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)： 它是按功能要求配置相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置并安裝在變電站的中央控制室內(nèi)。下來介紹了國(guó)內(nèi)外變 電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過程和巨大的前景應(yīng)用。應(yīng)用前景十分的巨大。雖然變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在 80 年代后才被開發(fā)應(yīng)用。 5：提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的 發(fā)展前景 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力工業(yè)作為很重要的國(guó)家戰(zhàn)略企業(yè)，十分重視電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化，這是電力工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。 變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的優(yōu)越性 （ 1） ：提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率 （ 2） ： 提高變電站的安全，可靠運(yùn)行水平。 第三階段：面向間隔和對(duì)象 (objectoriented)的分層分布式結(jié)構(gòu)模式 90 年代中期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對(duì)計(jì)算機(jī)保護(hù)與測(cè)控技術(shù)不斷爭(zhēng)論和探討達(dá)成了一致的認(rèn)識(shí)，采用面向設(shè)備或間隔為對(duì)象設(shè)計(jì)的保護(hù)及測(cè)控單元，采用分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成了真正意義上的分層分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的出現(xiàn)是由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)分屬于不同部門和專業(yè)，另外對(duì)繼電保護(hù)與測(cè)控裝置在技術(shù)上如何融和沒有達(dá)成一致的認(rèn)識(shí)，故相當(dāng)一部分尤其是 110KV 及以下電壓等級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)采用此類模式。此類系統(tǒng)特點(diǎn)是功能簡(jiǎn)單，整體性能指標(biāo)較低，系統(tǒng)聯(lián)結(jié)復(fù)雜，不便于運(yùn)行管理與維護(hù)，為自動(dòng)化系統(tǒng)的初級(jí)階段。五大類產(chǎn)品的不斷發(fā)展及其功能相互滲透，推動(dòng)了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種多樣的系統(tǒng)模式，按系統(tǒng)模式出現(xiàn)的時(shí)間順序可將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展分為三個(gè)階段： 第一階段：面向功能設(shè)計(jì)的集中式 RTU 加常規(guī)繼電保護(hù)模式 80 年代是以 RTU 為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控為代表。目前，日本日立、三菱、東芝公司，德國(guó)西門子公司（ S IEMENS）、 AEG 公司，瑞士 ABB 公司，美國(guó)通用電氣公司（ GE）、西屋電氣公司（ Westing house），法國(guó)阿爾斯通公司（ ALS THOM），瑞士 Landisamp。 隨著微處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，人們可以利用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備來組成一個(gè)自動(dòng)化的控制和保護(hù)系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)二次設(shè)備模式，做到設(shè)備簡(jiǎn)化，信息共享，減少變電站的造價(jià)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。因此，各級(jí)調(diào)度中心需要更多的信息，以便及時(shí)掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況。光電式電流電壓互感器的應(yīng)用，必將給數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)帶來全新的模式。其實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫可通過嚴(yán)密的安全防護(hù)措施與整個(gè)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連在一起 (6) 數(shù)據(jù)采集和一次設(shè)備一體化 除了常規(guī)的電流電壓，有功無功，開關(guān)狀態(tài)等信息采集外，對(duì)一些設(shè)備的在線狀態(tài)檢測(cè)量化值，直接采集到監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。 (5) 全站數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 變電站的智 能監(jiān)控裝置將無電壓等級(jí)劃分，只是下載參數(shù)設(shè)置版本不同。 (3) 人機(jī)操作界面接口統(tǒng)一化，運(yùn)行操作無線化 無人無建筑小室的變電站，變電運(yùn)行人員如果在就地查看設(shè)備和控制操作，將通過一個(gè)手持式可視無線終端 ，邊監(jiān)視一次設(shè)備邊進(jìn)行控制操作，所有相關(guān)的量化數(shù)據(jù)將顯示在可視無線終端上。這將極大的減少整個(gè)變電站的二次電纜，使變電站的建設(shè)簡(jiǎn)化，快速，設(shè)備調(diào)試簡(jiǎn)單。隨著高電壓等級(jí)的推廣，其設(shè)備都將就地安裝在戶外的端子箱上，對(duì)環(huán)境條件要求高。 (2) 設(shè)備安裝就地化，戶外化 綜合自動(dòng)化裝置將和一次設(shè)備整合在一起，其電氣的抗干擾性能，設(shè)備抗熱，抗寒，抗雨雪，防腐蝕等各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)將達(dá)到極高的地步。它的缺點(diǎn)是對(duì)運(yùn)行的可靠性要求極高，任何形式的檢修維護(hù)都將迫使一次設(shè)備的停止。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) （ 1） 保護(hù)監(jiān)控一體化 這種方