【正文】 。該模式?jīng)]有做到面向?qū)ο笤O計，信息共享程度不高，另外系統(tǒng)的二次電纜互聯(lián)較多，擴展性不好，不利于運行管理和維護。該系統(tǒng)特點是針對110KV以下電壓等級的設備或間隔采用保護測控一體化設計的裝置，針對110KV及以上電壓等級的設備或間隔采用繼電保護裝置與測控裝置分別獨立設計但共同組屏的原則，故障錄波功能下放至各間隔或設備的繼電保護裝置中去，采用先進的網(wǎng)絡通信技術(shù)，系統(tǒng)配置靈活，擴展方便，非常方便運行管理和維護。（3）：減少維護工作時間，減少值班人員的勞動強度，并達到減員增效（4）：縮小變電站占地面積，減少總投資。對電力技術(shù)的發(fā)展來說，具有重要的意義，也是電力工業(yè)發(fā)展的顯著標志。但由于在技術(shù)性能上的潛在能力，必將被廣泛的應用于祖國各個城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)中。 小結(jié)本章先是介紹了什麼是電力系統(tǒng)綜合自動化，以及變電站綜合自動化系統(tǒng)研究的意義和發(fā)展趨勢。第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，功能與保護配置 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 變電站綜合自動化系統(tǒng)的組成在結(jié)構(gòu)上主要可以分成：集中式，分布集中式，集中和分散式，分散式四種。變壓器。經(jīng)初步處理后送到I/O通信控制器進行數(shù)據(jù)格式的變換，并將變電站所有保護，測量，信號和控制信息統(tǒng)一處理，與當?shù)氐暮笈_機和遠方調(diào)度中心進行信息交換。它實際上是微機保護和微機遠動的系統(tǒng)集成。如圖所示： 分散式綜合自動化系統(tǒng)：該系統(tǒng)按回路進行設計，每一個開關(guān)柜上或其他一次設備上就地安裝微機保護單元和單回路的數(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，同時也提高了抗干擾能力。分布式綜合自動化系統(tǒng)的優(yōu)點除了減少了大量的電纜，抗干擾能力增強，并大大的簡化了二次設備，減小了占地面積。 分布集中式綜合自動化系統(tǒng)：整個變電站的一，二次設備分為三層，變電站層，單元層和設備層。設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，電流，電壓互感器等一次設備。單元層本身是有各種不同的單元裝置組成，這些獨立的單元裝置直接通過局域網(wǎng)絡或串行總線與變電站層聯(lián)系，也有可能設有數(shù)據(jù)采集管理機或保護管理機，分別管理各測量，監(jiān)視單元和各保護單元，然后集中由數(shù)采管理機和保護管理機與變電站層通信。變電站層包括全站性的監(jiān)控主機，遠動通信機等。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要集中在單元層和變電站層。至于高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置，仍然可以按照集中組屏安裝在主控室內(nèi)。目前國內(nèi)應用較多的是分散式結(jié)構(gòu)集中式組屏。但是這種結(jié)構(gòu)比較適合用于中低壓變電站。 監(jiān)測：綜合自動化系統(tǒng)通過對變電站的數(shù)據(jù)進行采集，處理，顯示和打印，使運行人員了解變電站的運行工況，并采取相應的措施。(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。(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。該系統(tǒng)還可以根據(jù)電網(wǎng)運行情況自動控制開關(guān)或變壓器分接頭。操作方式分為手動操作和遙控執(zhí)行。正常時利用鍵盤操作，非正常時通過模擬屏把手操作或保護柜操作。遙控執(zhí)行：當調(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。分為有事故跳閘次數(shù)和手動跳閘次數(shù)兩種。也可利用功率方向法等其他方法來判別。確定后，主機報警，并顯示和打印。(3) : 無功電壓自動控制：根據(jù)電網(wǎng)無功，電壓計算和判斷是投切電容器，還是調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置。在變壓器?；螂娋W(wǎng)故障時不應該誤動。 遠傳： 當變電站正常運行或發(fā)生事故及報警等事件時，遠傳機會實時的向上級調(diào)度傳送該站信息，使調(diào)度人員了解該站的運行情況。其特點：(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。能夠記錄事故前后的線路電流和母線電壓。能夠?qū)ΡＷo柜包括主機在內(nèi)的各元件進行在線檢查。雙回線方向橫差保護和低周減載保護。本體保護（重瓦斯，輕瓦斯，有載重瓦斯，有載輕瓦斯等），過流保護（包括低壓啟動，復合電壓啟動），過負荷保護。(3): 電容器保護：包括電流速斷保護，過流保護，反時限過流保護，相間過電壓保護，相間低電壓保護和零序過電壓保護。模擬屏主接線圖上安裝儀表和操作把手。(2) 控制臺式：再主控室前部設控制臺，無模擬屏。控制臺上或旁邊放主機顯示器CRT。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。主控室后部設保護柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜，交直流電源柜等設備。 硬件的配置原則綜合自動化系統(tǒng)硬件配置應遵循下列原則：(1):各自獨立，相互配合。采用光電隔離和繼電器接點閑離的方法實現(xiàn)。監(jiān)控部分在監(jiān)控機，電度機，采樣機，遠傳機任一故障情況下，應不影響其他機正常工作。各單元應具有模塊化的主機板，開出板。(3)： 具有較強的抗干擾能力。微機保護裝置的發(fā)展大致可以分為以下幾個階段： 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，硬件和軟件的設計符合四統(tǒng)一設計標準，其代表產(chǎn)品為微機高壓輸電線路保護裝置。第三階段以高性能的16位單片機構(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，抗干擾能力進一步加強，并且完善了通信功能，為實現(xiàn)變電站自動化提供了方便。 變電站綜合自動化系統(tǒng)微機保護的硬件結(jié)構(gòu)(1) 處理器分為單片機和數(shù)字信號處理器兩種。使用單片機的微機保護具有較強的針對性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，整體性能和可靠性高，但通用性和可擴展性相對較差。新型高性能的單片機性能得到了很大的提高。此保護采用了高集成度16位單片機，其內(nèi)部包含了124KEPROM， 4KRAM，接近10個內(nèi)部計數(shù)器，定時器和中斷口，2個全雙工的串行口，以及整個內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器。高性能單片機包含了微機保護所需要的各種硬件功能，使新型微機保護的電路設計異常簡單可靠。大量使用單片機的微機保護在電力系統(tǒng)中得到了成功的應用，也由于新型單片機的卓越性能，現(xiàn)階段使用單片機的微機保護仍將是我國微機保護的主流產(chǎn)品。DSP具有強大的處理功能，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進的個人計算機快10—50倍。DSP的突出特點是計算能力強，精度高，總線速度快，吞吐量大，尤其是采用專用硬件實現(xiàn)定點和浮點加乘運算，速度非常的快。濾序和傅立葉變換算法的主要時間，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完成的運算功能，甚至完成獨立的繼電保護功能。(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)：早期的微機保護線路中，考慮到A/D轉(zhuǎn)換器價格昂貴，因此采用多個通道共用一個A/D轉(zhuǎn)換器的方案。模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采用硬件電路控制記數(shù)自動進位切換通道號。再同一時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做出相應的處理。② 電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：第2代微機線路保護的VFC (電壓頻率保護) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集速度，每個模擬輸入通道都需要使用單獨的電壓頻率轉(zhuǎn)換/光耦合器，其輸出頻率信號送至可編程計數(shù)器8255進行頻率測量，在每個數(shù)據(jù)采集周期由CPU讀取可編程計數(shù)器的計數(shù)值，并進行標度變換以獲得實際的采樣植。③ 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ：近幾年來。在變電站的母線保護，變壓器保護和發(fā)電機保護中，由于需要進行采樣的電流通道很多，對采樣的速度也有很高的要求。因此，必須大大的壓縮數(shù)據(jù)采集的時間。當保護裝置使用單片機時，目前使用的VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)難以滿足要求，必須對此單獨進行考慮。采用這種專用數(shù)據(jù)采集芯片，將極大簡化單片機型微機保護裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計，生產(chǎn)，調(diào)試方式，大大的提高其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集能力。對于高壓和超高壓輸電線路微機保護裝置，多單片機構(gòu)成的多CPU硬件結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)行的實際標準。3個保護CPU分別完成高頻保護，距離保護，零序保護功能。通信控制，保護CPU運行狀態(tài)監(jiān)控等功能。 但是這種多CPU微機保護裝置采用了不完全冗余技術(shù)。如果模擬輸入通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生故障，那麼輸入3個CPU插件的故障數(shù)據(jù)將不在準確，整套裝置不能正確工作；跳閘出口通道發(fā)生故障，整套裝置同樣不能正確工作。多CPU微機保護裝置除完成本線路的繼電保護功能外，同時還必須完成相鄰線路的遠后備保護功能。在距離保護CPU插件或者零序保護CPU插件發(fā)生故障時，即使線路的主保護可以正常工作，仍將失去遠方后備保護的功能。② 微機元件繼電保護：微機元件保護的種類很多，硬件結(jié)構(gòu)也各有特色，基本的類型有單片機型和工控機型微機元件保護。比如采用了高壓線路保護類似的VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和高性能單片機構(gòu)成的雙CPU系統(tǒng)，變壓器主保護與變壓器各側(cè)的后備保護分別采用不同的CPU完成保護功能。采用工控機實現(xiàn)的微機保護，具有小型化，低成本，高可靠性等優(yōu)點。可以大大縮短微機保護裝置的開發(fā)周期，實現(xiàn)微機繼電保護裝置的系列化和標準化，便于運行部門的運行維護，必將在微機保護的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。采用“一對一：實現(xiàn)時，一套裝置負責一條線路或一臺變壓器的測量，保護和控制。它具有分布式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點而且又便于設計安裝及運行維護。 小節(jié) 本節(jié)介紹了變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，并介紹了各種結(jié)構(gòu)形式的特點；變電站綜合自動化系統(tǒng)主要包括監(jiān)測，監(jiān)控，遠傳和保護四部分，介紹了各部分的主要功能。第3章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡 通信網(wǎng)絡的發(fā)展：目前，國內(nèi)變電站綜合自動化系統(tǒng)用的通信網(wǎng)絡主要是總線式網(wǎng)絡。近年來隨著新型現(xiàn)場總線CANBUS和LONWORKS的推出，變電站綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信得到了新的發(fā)展，新型現(xiàn)場總線CANBUS是變電站綜合自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡性價比最好的一種。通常用于近距離傳輸，此時可將兩臺具有RS232接口的通信設備直接相連，如果要進行遠距離傳輸，可以再加調(diào)制器即可。采用RS422標準，可以削弱干擾的影響，獲得更長的傳輸距離和允許更大的信號衰減。RS485為半雙工通信方式，在某一時刻，一個發(fā)送一個接受，當用于多站互連時，可節(jié)省信號線，便于高速遠距離的傳送。它的基本思想是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡的方式構(gòu)造，用網(wǎng)絡節(jié)點代替局域網(wǎng)中的工作站，網(wǎng)絡節(jié)點安裝在監(jiān)控現(xiàn)場，直接于各種傳感器和控制器相連。網(wǎng)絡協(xié)議開放，對任何用戶平等?？梢栽谌魏瓮ㄐ沤橘|(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)絡中混合使用。Lonworks通信協(xié)議符合OSI模型，任何制造商的產(chǎn)品都可以實現(xiàn)互操作。(5)：它的通信每楨有效字節(jié)可以達到0到228個字節(jié)。(8)：Lonworks直接通信距離長達2700m(9)：Lonworks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片。網(wǎng)絡處理器完成OSI的36層網(wǎng)絡協(xié)議。它們之間通過公共存儲器傳遞數(shù)據(jù)?？垢蓴_能力強并具有檢錯功能的現(xiàn)場總線，可采用多種媒體通信，比如光纜和雙絞線。CANBUS的主要技術(shù)特性如下：(1)：CANBUS可以多主方式工作，網(wǎng)絡上任意一個接點均可以在任何時刻主動向其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。(3)：CANBUS采用非破壞性總線裁決技術(shù)，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡上傳送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級別低的自動的主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的網(wǎng)絡節(jié)點不受任何影響繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，大大的節(jié)省了總線沖突裁決時間。(5)：CANBUS直接通信距離最遠可達10km，CANBUS的通信速率最高可達1Mbit/s.(6)：CANBUS上的節(jié)點數(shù)實際上可達110個，理論上可達2000多個。(8)： CANBUS每砧信息都有CRC校驗及其它檢驗措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。(10): NZR編碼/解碼方式，并采用位填充技術(shù)。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：網(wǎng)絡上只能有一個主節(jié)點，無法構(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方式，從節(jié)點只有在接到主節(jié)點命令后才能響應，重要信息得不到及時傳送，致使靈活性和實時性差，糾錯能力差。因而實用性較差。 現(xiàn)場總線在變電站綜合自動化內(nèi)部網(wǎng)的應用變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)主要可以分為三種：LONWORKS現(xiàn)場總線網(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。監(jiān)控網(wǎng)用來傳送各種控制和狀態(tài)信息。網(wǎng)絡的通信速率為78kb/s,最大通信距離為2km。每個保護裝置都帶有LONWORKS網(wǎng)絡接口，后臺機，工程師站，遠動機等pc機上均有PCLTA卡，于是保護裝置和PC機就可以連接到LONWORKS網(wǎng)絡上。 嵌入式以太網(wǎng)方案：如圖2所示，站內(nèi)有3個相互獨立的光纖以太網(wǎng)，網(wǎng)絡1，2為監(jiān)控網(wǎng)，網(wǎng)絡3為錄波網(wǎng)。間隔以上和間隔內(nèi)部。在間隔內(nèi)部使用LONWORKS總線，網(wǎng)上的信息通過間隔層的測控單元上傳到主干網(wǎng)上。這種方案實際上是將嵌入式以太網(wǎng)和LONWORKS現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。圖3中詳細的介紹了測控單元的工作原理。CPU采用32b單片機，CPU部分采用了嵌入式軟件設計，利用實時多任務操作系統(tǒng)及TCP/IP模塊，完成以太網(wǎng)的通信和測控任務 LONWORKS現(xiàn)場總線網(wǎng)方案和嵌入式以太網(wǎng)方案的比較和分析：(1) ：方案1中只有LONWORKS一層網(wǎng)絡，站內(nèi)的幾十個保護裝置均連接在其上。而方案2中有兩層網(wǎng)，主干網(wǎng)的帶寬已達10MB/s，雖然間隔內(nèi)的網(wǎng)絡仍為78kb/s帶寬，但其上所連接的節(jié)點數(shù)目卻大大的減少，只有幾臺。而當信息傳到主干網(wǎng)時，由于主干網(wǎng)的帶寬很寬，所以站內(nèi)的流量對于其而言仍屬輕負載， 以太網(wǎng)在輕負載時效率極高，因此方案2能滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)的要求，并且留有余地。 LONWORKS網(wǎng)主要支持偵長為幾十B的短偵，當傳送錄波數(shù)據(jù)時，效率較低，耗費時間較多，以太網(wǎng)支持最長可達1500B的長偵，因此方案2的錄波數(shù)據(jù)傳輸速率大大的增強。 PC機必須用PCLTA卡等專用卡與LONWORKS網(wǎng)絡接口，這些板卡由于是專用品所以