【正文】 太網(wǎng) ”和 “現(xiàn)場總線 ”兩種不同的做法。但在實(shí)際應(yīng)用中，還有許多共同的疑問。現(xiàn)場總線有多種標(biāo)準(zhǔn)有兩個原因，首先是技術(shù) 上的原因，即適用場合和用戶習(xí)慣原因。而狹義的現(xiàn)場總線僅指后者。對價格和技術(shù)完善性有不同要求，再有是不同的總線標(biāo)準(zhǔn)往往和某些公司或公司集團(tuán)有內(nèi)在的商業(yè)利益關(guān)系。就 目前 情況來看，在過程控制領(lǐng)域，基金會總線 FF 將占有最大的份額，而在其它離散控制領(lǐng)域尚不十分明朗。 LonWorks在可靠性和傳輸速率上顯然達(dá)不到要求， HART 用戶支持較少，不宜選擇；作為傳輸最快的總線 Profibus 在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?shù)據(jù)吞吐量均表現(xiàn)出色，但其作為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，在世界范圍特別 是 中國 的支持不夠，尚不能普遍采用， FF 雖然得到世界范圍內(nèi)的廣泛認(rèn)同，但所欠標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程仍遙遙無期。隨著適合于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的嵌入式以太網(wǎng)微處理器的發(fā)展，以太網(wǎng)已可十分便利的應(yīng)用于變電站自動化場合。在自動化系統(tǒng)升級時可將系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及媒介稍加改動甚至不改動的情況下平滑地使通信系統(tǒng)升級，節(jié)省開支，如升為 100M快速以太網(wǎng)。 現(xiàn)代 的變電站智能設(shè)備通過局域網(wǎng)建立了一個規(guī)模較大的變電站控制系統(tǒng)，以太網(wǎng)由于其優(yōu)越的性能被用做變電站 LAN，變電站內(nèi)不同制造商的 IED 產(chǎn)品可以通過規(guī)約轉(zhuǎn)換器（ work interface modules NIM）進(jìn)行連接，還有一部分 IED 產(chǎn)品可以直接掛網(wǎng)運(yùn)行。 智能電子設(shè)備的發(fā)展目標(biāo)和變電站自動化的趨勢展望 變電站自動化系統(tǒng)與其它 工業(yè) 自動化領(lǐng)域一樣，正沿著 “分布化、智能化、集成化、可視化和協(xié)調(diào)化 ”的方向發(fā)展。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 2）、即插即用：所有連在 LAN 上 的設(shè)備將由系統(tǒng)自動識別。 4）、開放性：提供一個變電站自動化系統(tǒng)的平臺。 6）、智能化：提供一個人工智能的 應(yīng)用 平臺；通過這個功能實(shí)現(xiàn)故障 分析 、選擇性的數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)配合。對于繼電保護(hù)設(shè)備，可通過用戶自定義的 計(jì)算 方法 和動作次序支持未來的自適應(yīng)繼電保護(hù)功能。 智能電子設(shè)備的采用，將徹底改變常規(guī)繼電保護(hù)、自動裝置及測量儀表等的單 一功能結(jié)構(gòu)，變?yōu)榘ɡ^電保護(hù)、過程自動化、錄波、計(jì)量、測控等多功能智能化設(shè)備的變電站自動化系統(tǒng)。 由分布式的智能設(shè)備構(gòu)成的變電站自動化系統(tǒng)帶來的另一個好處是可以取消常規(guī)變電站所使用的控制屏、中央信號屏等集中控制設(shè)備。 現(xiàn)代 技術(shù)已解決了電磁干擾、振動、溫度、灰塵等對 IED 的影響，只需用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò) 把它們聯(lián)起來再與變電站層的主系統(tǒng)連接，這樣做可大量減少控制信號電纜，也減少了組屏建筑面積。如果把現(xiàn)場智能設(shè)備的控制 保護(hù)的一次設(shè)備對象的 CT、 PT，開關(guān)、刀閘等的操作機(jī)構(gòu)箱、主變壓器等設(shè)備也采用網(wǎng)絡(luò)通信方式相連，就可以取消控制信號電纜，僅僅保留開關(guān)操作機(jī)構(gòu)跳、合閘所需的高壓交、直流電源的動力電纜，從而可以使現(xiàn)場智能設(shè)備采用低壓電源，提高了設(shè)備的抗干擾能力；另外通信網(wǎng)還可以將設(shè)備豐富的信息及數(shù)據(jù)上傳，便于事故分析和狀態(tài)監(jiān)視，平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 還可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)式的防誤閉鎖和安全保障系統(tǒng)，從而提高整個分布式變電站自動化系統(tǒng)的可靠性、先進(jìn)性和優(yōu)越性。變電站自動化系統(tǒng)適應(yīng) Inter/Intra 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，就可以逐步實(shí)現(xiàn)開放式的通信體系結(jié)構(gòu)。其中有些建議和設(shè)計(jì)目標(biāo)還只是在設(shè)想階段，但相信現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展一定會為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)提供最大的支持。各類保護(hù)應(yīng)具有下列功能： １）．故障記錄 ２）．存儲多套定值 ３）．顯示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ? ４）．與監(jiān)控系統(tǒng)通信。當(dāng)前整定 值及自診斷信號。通信應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。 ２）．模擬量采集 常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。此外還有變壓器油溫，變電站室溫等非電量的采集。 ３）．脈沖量 脈沖量主要是脈沖電度表的輸出脈沖，也采用光電隔離方式與系統(tǒng)連接，內(nèi)部用計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)脈沖個數(shù)，實(shí)現(xiàn) 電能測量。其 SOE 分辨率一般在 1~10ms之間，以滿足不同電壓等級對 SOE 的要求。另一種是分散型，即由微機(jī)保護(hù)裝置兼作記錄及測距計(jì)算，再將數(shù)字化的波型及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲和 分析 。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)保留人工直接跳合閘手段?？蛇x擇獨(dú)立的同期設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可以由微機(jī)保護(hù)軟件模 塊實(shí)現(xiàn)。操作方式可手動可自動，人工操作可就地控制或遠(yuǎn)方控制。 數(shù)據(jù)處理和紀(jì)錄 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 歷史 數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級調(diào)度中心，變電管理和保護(hù)專業(yè)要求的數(shù) 據(jù)，主要有： １）．?dāng)嗦菲鲃幼鞔螖?shù) ２）．?dāng)嗦菲髑谐收蠒r截?cái)嗳萘亢吞l操作次數(shù)的累計(jì)數(shù) ３）．輸電線路的有功、無功，變壓器的有功、無功、母線電壓定時記錄的最大，最小值及其時間。 人機(jī)聯(lián)系 系統(tǒng)的自診斷功能 系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，自診斷信息也象被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往后臺機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心或操作控制中心。 根據(jù)現(xiàn)場的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性，同時應(yīng)具備同多個調(diào)度中心不同方式的通信接口，且各通信口及 MODEM 應(yīng)相互獨(dú)立。 變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)具有同調(diào)度中心對時，統(tǒng)一時鐘的功能，還應(yīng)具有當(dāng)?shù)剡\(yùn)行維護(hù)功能。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)及模式 目前從國內(nèi)、外變電站綜合自動化的開展情況而言 ,大致存在以下幾種結(jié)構(gòu) ： １）．分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺 計(jì)算 機(jī)單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的 網(wǎng)絡(luò) 上實(shí)現(xiàn)分布式處理。這是一種較為理想的結(jié)構(gòu)，要做到完全分布式結(jié)構(gòu)，在可擴(kuò)展性、通用性及開放性方面都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，然而在實(shí)際的工程 應(yīng)用 及技術(shù)實(shí)現(xiàn)上就會遇到許多目前難以解決的問題，如在分散安裝布置時，惡劣運(yùn)行環(huán)境、抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上存在的問題等等，就目前技術(shù)而言還不夠 十分成熟，一味地追求完全分布式結(jié)構(gòu)，忽略工程實(shí)用性是不必要的。目前國內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式，這種結(jié)構(gòu)有以下不足：前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多，是一個信息 “ 瓶頸 ” ，降低了整個系統(tǒng)的可靠性，即在前置機(jī)故障情況下，將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能，另外仍不能從工程設(shè)計(jì)角度上節(jié)約開支，仍需鋪設(shè)電纜，并且擴(kuò)展一 些自動化需求的功能較難。 ３）．分層分布式結(jié)構(gòu) 按變電站的控制層次和對象設(shè)置全站控制級（站級）和就地單元控制級（段級）的二層式分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 站監(jiān)視系統(tǒng)（ SMS）：應(yīng)對站內(nèi)所有運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，為站控系統(tǒng)提供運(yùn)行狀態(tài)及異常信息，即提供全面的運(yùn)行信息功能，如擾動記錄、站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、二次設(shè)備投入 /退出狀態(tài)及設(shè)備的額定 參數(shù)等。 上面是按大致功能基本分塊，硬件可根據(jù)功能及信息特征在一臺站控計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)，也可以兩臺雙備用，也可以按功能分別布置，但應(yīng)能夠共享數(shù)據(jù)信息，具有多任務(wù)時實(shí)處理功能。 這種結(jié)構(gòu)相比集中式處理的系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可靠性提高，任一部分設(shè)備故障只 影響 局部，即將 ?危險 ?分散，當(dāng)站級系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，只影響到監(jiān)控部分，而最重要的保護(hù)、控制功能在段級仍可繼續(xù)運(yùn)行；段級的任一智能單元損壞不應(yīng)導(dǎo)致全站的通信中斷，比如長期霸占全站的通信網(wǎng)絡(luò)。 （ 3） 站內(nèi)二次設(shè)備所需的電纜大大減少，節(jié)約投資也簡化了調(diào)試維護(hù)。 （２） 分布處理集中布置：將分布式單功能設(shè)備集中組屏仍集中布置在主控制室。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 ２）．基本模式： （１） 對于新建變電站的自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式： Ａ．對于容量較大、設(shè)備進(jìn)出線回路數(shù)較多、供電地位重要且投資較好的變電站，可采用分層分布式結(jié)構(gòu)的雙機(jī)備用系統(tǒng)，輔之相應(yīng)的保護(hù)、測量、控制及監(jiān)測功能，并完成遠(yuǎn)方ＲＴＵ的功能。 （２） 對于擴(kuò)建及改造現(xiàn)有的按常規(guī)二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式： Ａ．改造項(xiàng)目可采用新配置的具有三遙（或四遙）功能的 RTU,完成對老站保護(hù)動作信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及部分功能的測量，并對原有的常規(guī)二次設(shè)備進(jìn)行必要的改造或ＲＴＵ增加數(shù)據(jù)采集板，使之能與增設(shè)的自動化設(shè)備構(gòu)成整體。 幾個問題的認(rèn)識及探討 變電站自動化的基本概念 變電站自動化是指應(yīng)用自動控制技術(shù)、信息處理和傳輸技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工進(jìn)行各種運(yùn)行作業(yè)，提高變電站運(yùn)行、管理水平的一種自動化系統(tǒng)。其具有以下特征： １）．功 能綜合化：是按變電站自動化系統(tǒng)的運(yùn)行要求，將二次系統(tǒng)的功能綜合考慮，在整個的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案指導(dǎo)下，進(jìn)行優(yōu)化組合設(shè)計(jì)，以達(dá)到協(xié)調(diào)一致的繼電保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)。表現(xiàn)在： 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 （１） 簡化變電站二次設(shè)備的硬件配置，盡量避免重復(fù)設(shè)計(jì)。 （２） 簡化變電站各二次設(shè)備之間的互聯(lián)線，節(jié)省控制電纜，減少ＰＴ、ＣＴ的負(fù)載。 （３） 保護(hù)模塊相對獨(dú)立，網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測系統(tǒng)的故障不應(yīng)影響保護(hù)功能的正常工作；對于110kV 及以上電壓等級變電站，由于其重要程度，應(yīng)考慮保護(hù)、測量系統(tǒng)分開設(shè)置；而對于 110kV 以下低壓變電站，就目前的技術(shù)應(yīng)用水平及工程應(yīng)用角度而言，可以考慮將保護(hù)與測控功能合為一體的智能單元，這樣不但利于運(yùn)行管理及工程組合，而且降低投資成本。 （５） 提高運(yùn)行的可靠性和 經(jīng)濟(jì) 性，保證電能質(zhì)量。 ２）．系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)字化及模塊化：保護(hù)、控制、測量裝置的數(shù)字化（即采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)，并具有數(shù)字化通信能力），利于把各功能模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，便于接口功能模塊的擴(kuò)充及信息的共享。 ３）．操作監(jiān)視屏幕化：當(dāng)變電站有人值班時，人機(jī)聯(lián)系在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機(jī)（或主機(jī)）上進(jìn)行，當(dāng)變電站無 人值班時，人機(jī)聯(lián)系功能在遠(yuǎn)方的調(diào)度中心或操作控制中心的主機(jī)或工作站上進(jìn)行，不管那種方式，操作維護(hù)人員面對的都是ＣＲＴ屏幕，操作的工具都是鍵盤或鼠標(biāo)。 變電站綜合自動化站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的建立 變電站內(nèi)傳送或交換的基本信息有：測量及 狀態(tài)信息；操作信息；參數(shù)信息。對于不同的數(shù)據(jù)亦有不同的安全性要求，站內(nèi)通信網(wǎng)聯(lián)系站內(nèi)各個智能單元、后臺監(jiān)控及遠(yuǎn)方通信裝置，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工程實(shí)際需要，大致按以下原則考慮： 1 ）． 電力生產(chǎn)的連續(xù)性和重要性，通信網(wǎng)的可靠性應(yīng)放在第一位 。 2 ）．站內(nèi)通信網(wǎng)應(yīng)根據(jù)通信負(fù)荷的特點(diǎn)合理分配，保證不出現(xiàn) ?瓶頸 ?現(xiàn)象，通訊負(fù)荷不過載，對于大型變電站考慮 100~256 個負(fù)載節(jié)點(diǎn)，一般中小型變電站考慮不超過 60~100個負(fù)載節(jié)點(diǎn)。 3 ）．站內(nèi)通信網(wǎng)應(yīng)滿足組合靈活、可擴(kuò)展性好、具有較好的開放性以及調(diào)試維修方便的要求。 ４）．通信媒介的選用原則是盡量采用光纖，考慮到工程的經(jīng)濟(jì)性，仍可采用電纜作 為主要的通信媒介，但電纜接口一般設(shè)有隔離變壓器， 以抑制共模干擾 。 6 ）．站內(nèi)通信網(wǎng)的站級通信網(wǎng)由于處于較佳的運(yùn)行環(huán)境，其信息流較大（分布式集中布置），故可采用高速網(wǎng)；段級通信網(wǎng)根據(jù)實(shí)際工程需要，并且可能處于運(yùn)行環(huán)境比較惡劣（分布式分散布置），因?qū)嶋H的信息量不是很大，可考慮慢速網(wǎng)（如現(xiàn)場總線或４８５通信方式）的環(huán)境。 1 ）． 前置智能單元 前置智能單元是系統(tǒng)的基層，執(zhí)行 系統(tǒng)最基本的功能，如保護(hù)、測量、控制等。 為了提高基層功能模塊的質(zhì)量，盡量采用通用化的模塊，因此硬件平臺的模塊化設(shè)計(jì)，平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ）