【正文】 準。 （ 5） 使用靈活方便。微機保護裝置具有串行通信功能，與變電所微機監(jiān)空系統(tǒng)的通信聯(lián)絡使微機保護具有遠方監(jiān)控特性。極大的提高了性能效率比?？煽啃院头€(wěn)定性要求很高。目前的綜合自動化裝置都是安裝在低電壓的中置柜上和室內(nèi)的開關(guān)室內(nèi)，戶外的僅是一些 實現(xiàn)簡單功能的柱上設備。這種方式最終將帶來無人值班變電站沒有建筑小室或僅設一個控制小室，它最多也就是一臺控制顯示終端。同時也極大的提高了變電站的運行穩(wěn)定性，可靠性。 (4) 就地通訊網(wǎng)絡協(xié)議標準化 強大的通訊接口能力，主要通訊部件雙備份冗余設計（雙 CPU，雙電源等），采用光纖總線等等，使現(xiàn)代化的綜合自動化變電站的各種智能設備通過網(wǎng)絡組成一個統(tǒng)一的，互相協(xié)調(diào)工作的整體。全站統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一維護組態(tài)工具軟件，分類分單元下載參數(shù)設置數(shù)據(jù)。高技術(shù)的智能化開關(guān)。 7 國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展 70 年代末 80 年代初，國外開始了對于 ISA 技術(shù)的研究，這是由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，要求電網(wǎng)及變電站的控制和保護系統(tǒng)必須運行安全、可靠、經(jīng)濟。同時，采用無人值班 管理模式，進行遠方控制，減少人為誤操作的可能性，提高運行可靠性，降低變電站的造價和運行維護費用。世界發(fā)達國家率先研制出成熟系統(tǒng)，并推廣應用，大大提高了變電站管理的自動化水平，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行。Gyr 公司等國際著名大型電氣設備制造公司都開發(fā)和生產(chǎn)了變電站綜合自動化系統(tǒng)（或稱保護與控制一體化裝置），并取得了較為成熟的運行經(jīng)驗 ...... 我國變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展 我國變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展階段： 變電站內(nèi)二次設備傳統(tǒng)按功能可分為五類：繼電保護，自動裝置 , 故障錄波，當?shù)乇O(jiān)控和遠動。該類系統(tǒng)是在常規(guī)的繼電保護及二次接線基礎上增設 RTU 裝置，功能主要為完成與遠方調(diào)度主站通信實現(xiàn) “四遙 ”(遙測，遙信，遙調(diào)，遙控 )，繼電保護及自動裝置與系統(tǒng)聯(lián)結(jié)采用硬接點狀態(tài)接入。 第二階段：面向功能設計的分布式測控裝置加微機 保護模式 90 年代初期，微機保護及按功能設計的分布測控裝置得以廣泛應用，保護與測控裝置相對獨立，通過通信管理單元能夠?qū)⒏髯孕畔⑺偷疆數(shù)乇O(jiān)控計算機或調(diào)度主站。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， 8 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。 9 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： 10 當 地 監(jiān) 控 后臺 機I / O 通 信 控 制 器繼 電 保 護 裝 置 遠 動 裝 置饋線保護變壓器保護備自投低壓減載電容器保護遙控遙調(diào)遙脈遙測遙信C TP T開關(guān)量狀態(tài)模擬量脈沖量出口繼電器變壓器分接頭 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。 11 當 地 監(jiān) 控 后 臺 機I / O 通 信 控 制 器 1 I / O 通 信 控 制 器 2單 回 路 保 護 裝 置單 回 路數(shù) 采 和 監(jiān) 控單 元開 關(guān)柜 1 ? ? ? ?單 回 路 保 護 裝 置 保 護 裝 置單 回 路數(shù) 采 和 監(jiān) 控單 元數(shù) 采 和 監(jiān) 控單 元開 關(guān) 柜 n其 它 電 氣 設備送 遠 方 調(diào) 度中 心饋 線 間 隔 級網(wǎng) 絡 電 纜分 布 式 綜 合 自 動 化 系 統(tǒng) 原 理 圖 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。或電網(wǎng)故障時不應該誤動。 13 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。 14 模 擬 屏主 接 線 圖 上 安 裝 儀 表 和操 作 把 手微 機 臺 ， 顯 示 器 ， 鍵 盤 ， 打 印機保 護 柜 ， 變 送 器 柜 ， 電 度 表柜 ， 監(jiān) 控 柜前部后部 (2) 控制臺式 ： 再主控室前部設控制臺，無模擬屏?？刂婆_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。 15 主 控 室前 部 微 機 臺內(nèi) 設 有 主 機 和 微 機 電 源 ， 打 印 機 ， 鍵 盤后 部保 護 柜 ， 變 送 器 柜 ， 監(jiān) 控 柜 ， 電 度 表柜 ， 交 直 流 電 流 柜 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， 16 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 單片機通過大規(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，接口設計簡單，運行速度快，功耗低，性價比高的優(yōu)點。而且某些保護算法需要使用乘法，除法或是開平方運算，而早期的片內(nèi)資源有限，實際應用時常常需要對其功能進行補充和外部擴展。運行能力也得到了大大 的加強，出現(xiàn)了無須進行外部擴展的所謂總線不出芯片的新型微機保護。其高效豐富的指定系統(tǒng)使得編程及其應用即靈活又簡潔。 由于單片機價格低廉，因此，微機保護由當初的單 CPU 的硬件結(jié)構(gòu)為主發(fā)展到為多單片機構(gòu)成的多 CPU 硬件結(jié)構(gòu)為主。 數(shù)字信號處理器 DSP：它與目前通用的 CPU 不同，是一種為了達到快速運算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器?？焖俚闹噶钪芷?，哈佛結(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)化設計，可以使DSP 的指令周期達到 200ns。將數(shù)字信號處理器應用于微機繼電保護，極大的縮短了數(shù)字濾波。隨著數(shù)字信號處理器芯片和開發(fā)工具的價格下降，可以預期數(shù)字信號處理器將會在微機繼電保護裝置中發(fā)揮重要的作用。每個通道各有一個采樣保持器，其采樣脈沖輸入端并聯(lián)后聯(lián)到 CPU 插件上的定時器輸出端，以實現(xiàn)對各通道的同時采樣。為了節(jié)省 CPU的工作時間，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 CPU控制，而經(jīng) DMA 控制直接存入本插件的 RAM 中。這種數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)使用的芯片比較多，電路復雜，抗干擾能力差，因此，在其改進型產(chǎn)品中使用了電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。主要優(yōu)點是：通過光電耦合器與 CPU 接口，因此抗干擾能力強，容易實現(xiàn) 多單片機系統(tǒng)的多 CPU 接口。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，暫態(tài)保護等概念逐步引入繼電保護領域，對采樣速度提出了更高的要求。采樣率的提高導致了采樣間隔的縮短，從而留給 CPU 進行采樣數(shù)據(jù)預處理，保護啟動計算，主保護計算的時間大大縮短。 保護裝置使用公控機時，通常采用工控機智能同步數(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 進行處理，因此并不占用主 CPU 的處理時間。為了進一步簡化電路設計和調(diào)試，一些半導體廠家將完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成到一塊芯片中，能夠自動完成所有輸入通道的數(shù)據(jù)采集而無須 CPU 干預。 (3) 微機保護硬件的一般結(jié)構(gòu) 微機保護的硬件類型分為三種：高壓線 路微機保護，微機元件繼點保護，低壓線路的微機保護 . ① 高壓線路微機保護 目前我國的高壓線路微機保護裝置的原理，性能，主要指標以及制造工藝方面以達到了國際先進水平，微機保護的動作正確率也已經(jīng)超過了常規(guī)保護。這種類型的微機保護裝置的基本特點是：電壓頻率轉(zhuǎn) 18 換原理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為整套裝置的公共部分 ,其頻率輸出信號分別傳送給各個保護插件，再由各個保護插件完成相應的測頻，采樣值標度變換，保護功能計算。監(jiān)控 CPU主要負責人機接口，保護定值管理。 3 個保護插件啟動元件按三取二的原則啟動各套保護裝置的出口回路，從而大大的提高了保護裝置的可靠性。保護輸入和輸出通道不采用冗余技術(shù)，而只是在信號處理器部分采用。因此整個保護裝置并不因為采用了多 CPU 技術(shù)而使可靠性大幅度的提高。廣泛的使用多 CPU 微機保護裝置中，距離保護三段和零序保護三段，都具有遠后備的功能。由于以上的原因，在高壓和超高壓輸變電線路中，不但主保護必須雙重化配置，后備保護也必須雙重化配置。許多廠家得宜于線路微機保護的成功開發(fā)和應用中的成功經(jīng)驗，推出了許多與微機線路保護硬件結(jié)構(gòu)相似的單片機型微機元件保護。為適合變電站自動化的發(fā)展，新型微機變壓器保護也提供了基于現(xiàn)場總線的通信接口功能。工控機總線接口簡單，模塊化程度 高，容易結(jié)合，使用維護方便，系統(tǒng)功能容易擴展。 ③ 低壓線路的微機保護 這種類型的