畢業(yè)設(shè)計----變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究

1、<p>　　論文題目：變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次畢業(yè)論文通過對變電站自動化的概念和發(fā)展趨勢，以及變電站綜合自動化系統(tǒng)研究的意義和國內(nèi)外現(xiàn)在發(fā)展的狀況的論述，探討了變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能，結(jié)構(gòu)，保護(hù)配置，并且進(jìn)一步討論了微機保護(hù)硬件的結(jié)構(gòu)和特點。通過對變電站綜合自動化系統(tǒng)通信方面的研究

2、，介紹了當(dāng)前各種總線方式和最新的通信技術(shù)，將各種通信方式進(jìn)行了詳細(xì)的說明，并將他們的優(yōu)缺點進(jìn)行了詳細(xì)的分析，比較了各種方式的性價比。并且對此前景進(jìn)行了簡介。最后將變電站綜合自動化系統(tǒng)的繼電保護(hù)和綜自設(shè)備的設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。圖文并冒，最后是將一些關(guān)于變電站綜合自動化系統(tǒng)的英文文章進(jìn)行漢語翻譯，這對了解變電站綜合自動化系統(tǒng)的最新科技有著很大的幫助。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 變電站綜合自動化，通信協(xié)議，

3、微機保護(hù)，硬件配置。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The thesis of the substation automation concept and development trends, and integrated substation automation system and the significance

4、of the study of the development of the domestic and international situation now exposition Discussion of integrated substation automation system functions, structure, protection configuration, and further discussion of t

5、he computer hardware protection of the structure and characteristics. Through the integrated substation automation system communication researc</p><p>　　Keywords : integrated substation automation, communica

6、tion protocols, microprocessor-based protection, hardware configuration. </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄3</b></p><p>　　第1章 緒論5</p><p>　　1

7、.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究5</p><p>　　1.1.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究意義5</p><p>　　1.1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢6</p><p>　　1.2 國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展7</p><p>　　1.3 我國變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展7</p><

8、p>　　1.4 變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性8</p><p>　　1.5 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展前景8</p><p>　　1.6 小結(jié)8</p><p>　　第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，功能與保護(hù)配置9</p><p>　　2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)9</p><

9、;p>　　2.1.1 集中式綜合自動化系統(tǒng)：9</p><p>　　2.1.2 分散式綜合自動化系統(tǒng)：10</p><p>　　2.1.3 分布集中式綜合自動化系統(tǒng)：11</p><p>　　2.1.4 集中和分散結(jié)合式綜合自動化系統(tǒng)：11</p><p>　　2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能12<

10、/p><p>　　2.2.1 監(jiān)測：12</p><p>　　2.2.2 監(jiān)控：12</p><p>　　2.2.3 遠(yuǎn)傳：13</p><p>　　2.2.4 保護(hù)：13</p><p>　　2.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件配置13</p><p>　　2.3.1 綜合自

11、動化系統(tǒng)變電站主控室的結(jié)構(gòu)分為三類：13</p><p>　　2.3.2 硬件的配置原則15</p><p>　　2.3.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)微機保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)16</p><p>　　2.4 小節(jié)19</p><p>　　第3章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)20</p><p>　　3.1

12、 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展：20</p><p>　　3.1.1 RS-232，RS-422 和RS-485總線：20</p><p>　　3.1.2 LONWORKS總線20</p><p>　　3.1.3 CANBUS現(xiàn)場總線21</p><p>　　3.1.4 各種總線技術(shù)的優(yōu)缺點21</p><p

13、>　　3.2 現(xiàn)場總線在變電站綜合自動化內(nèi)部網(wǎng)的應(yīng)用22</p><p>　　3.2.2 嵌入式以太網(wǎng)方案：23</p><p>　　3.2.3 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：24</p><p>　　3.2.4 基于CANBUS總線的通信系統(tǒng)方案：24</p><p>　　3.3

14、 內(nèi)部通信網(wǎng)的傳輸實時性分析26</p><p>　　3.4 國外相關(guān)產(chǎn)品的比較26</p><p>　　3.5 通信協(xié)議的作用27</p><p>　　3.6 光纖通信技術(shù)27</p><p>　　3.6.1 光纖通信優(yōu)點27</p><p>　　3.6.2 光纖通信的類型以及

15、在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用如下28</p><p>　　3.7 現(xiàn)場總線通信技術(shù)28</p><p>　　3.8 無線通信技術(shù)28</p><p>　　3.9 配電線載波通信技術(shù)29</p><p>　　3.10 小結(jié)29</p><p>　　第4章 繼電保護(hù)設(shè)備和綜自設(shè)

16、備的設(shè)置30</p><p>　　4.1 35KV開關(guān)柜智能保護(hù)單元30</p><p>　　4.2 10KV開關(guān)柜智能保護(hù)單元30</p><p>　　4.2.1 變壓器后備保護(hù)30</p><p>　　4.2.2 電容器保護(hù)31</p><p>　　4.2.3 配電變壓器保護(hù)36&l

17、t;/p><p>　　4.2.4 饋線保護(hù)37</p><p>　　4.2.5 備自投保護(hù)37</p><p>　　4.2.6 測控及自檢功能的配置37</p><p><b>　　4.3小結(jié)38</b></p><p>　　第5章 總結(jié)39</p><

18、;p><b>　　致謝40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　英文翻譯42</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究

19、</p><p>　　1.1.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究意義</p><p>　　電力系統(tǒng)變電站的安全，可靠和經(jīng)濟運行再很大程度上依賴于變電站繼電保護(hù)，控制和監(jiān)控技術(shù)的完善程度以及它們的可靠性，技術(shù)特性指標(biāo)和經(jīng)濟性等多方面的因素。計算機技術(shù)的發(fā)展，推動了電力系統(tǒng)計算機自動化技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)也日趨完善。它為調(diào)度中心提供了廠站端的運行情況，通過控制操作和閉鎖，可以實現(xiàn)變

20、電站當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方的監(jiān)視和控制；為遠(yuǎn)方的遙調(diào)，遙測，遙控，遙信和反事故措施提供了可靠的技術(shù)保障；無人職守的變電站提高了供電的可靠性又實現(xiàn)了減員增效。通過對變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究，對于電力系統(tǒng)的運行可靠，保護(hù)和控制以及對變電站的設(shè)計更加的合理，布局更加緊湊都有很重要的意義。</p><p>　　變電站綜合自動化系統(tǒng)是一種以計算機為主，將變電站的一，二次設(shè)備經(jīng)過功能組合形成的標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，網(wǎng)絡(luò)化的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。變

21、電站的綜合自動化，是將變電站的二次設(shè)備經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進(jìn)的計算機技術(shù)，自動化技術(shù)和通信技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸配電線路的自動監(jiān)視，測量，控制和微機保護(hù)，以及調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。變電站綜合自動化系統(tǒng)代替了常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替了常規(guī)控制屏，中央信號系統(tǒng)和遠(yuǎn)動屏，用微機保護(hù)代替了常規(guī)的繼電保護(hù)屏，解決了常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的問題。變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到比較齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用

22、計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能，可以方便的監(jiān)視和控制變電站內(nèi)的各種設(shè)備的運行和操作，它具有功能綜合化，結(jié)構(gòu)微機化，操作監(jiān)視屏幕化，運行管理智能化等顯著特點。通過利用先進(jìn)的綜合自動化技術(shù)，提高了供電質(zhì)量，提高了電壓合格率，提高了變電站的安全可靠性和系統(tǒng)的運行管理水平，縮小了變電站占地面積，降低了造價，減少了總投資，減少了維護(hù)工作量，減少了值班員勞動強度。變電站綜合自動化系統(tǒng)是在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。</p&

23、gt;<p>　　與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)相比較，微機保護(hù)具有許多優(yōu)點：</p><p>　?。?）：改善和提高了繼電保護(hù)的動作特性和性能，動作正確率高。</p><p>　?。?）：可以方便的擴充其他的輔助功能。</p><p>　?。?）：工藝結(jié)構(gòu)條件優(yōu)越。體現(xiàn)在硬件比較通用，制造容易統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　?。?）：可靠性提

24、高。</p><p>　　（5）：使用靈活方便。</p><p>　?。?）：可以進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控。微機保護(hù)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(luò)使微機保護(hù)具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性。</p><p>　　1.1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢</p><p>　?。?） 保護(hù)監(jiān)控一體化

25、 </p><p>　　這種方式在35KV及以下的電壓等級中已普遍采用，它的好處是功能按一次單元集中化，利于穩(wěn)定的進(jìn)行信息采集以及對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行控制。極大的提高了性能效率比。它的缺點是對運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?？煽啃院头€(wěn)定性要求很高。</p><p>　　(2) 設(shè)備安裝就地化，戶外化</p><p>　　綜合自動化裝置將和一

26、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，防腐蝕等各項環(huán)境指標(biāo)將達(dá)到極高的地步。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(shè)備。隨著高電壓等級的推廣，其設(shè)備都將就地安裝在戶外的端子箱上，對環(huán)境條件要求高。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(shè)一個控制小室，它最多也就是一臺控制顯示終端。這將極大的減少整個變電站的二次電纜，使變電站的建設(shè)簡化，快速，設(shè)備調(diào)

27、試簡單。同時也極大的提高了變電站的運行穩(wěn)定性，可靠性。</p><p>　　(3) 人機操作界面接口統(tǒng)一化，運行操作無線化</p><p>　　無人無建筑小室的變電站，變電運行人員如果在就地查看設(shè)備和控制操作，將通過一個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。</p><p>　　(4) 就地通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化

28、</p><p>　　強大的通訊接口能力，主要通訊部件雙備份冗余設(shè)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(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)組成一個統(tǒng)一的，互相協(xié)調(diào)工作的整體。</p><p>　　(5) 全站數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 </p><p>　　變電站的智能監(jiān)控裝置將無電壓等級劃分，只是下載參數(shù)設(shè)置版本不同。全站統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一維護(hù)組態(tài)工具軟件，

29、分類分單元下載參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)。其實時運行數(shù)據(jù)庫可通過嚴(yán)密的安全防護(hù)措施與整個電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)連在一起</p><p>　　(6) 數(shù)據(jù)采集和一次設(shè)備一體化</p><p>　　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，對一些設(shè)備的在線狀態(tài)檢測量化值，直接采集到監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫中。高技術(shù)的智能化開關(guān)。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。 <

30、/p><p>　　1.2 國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　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(hù)系統(tǒng)必須運行安全、可靠、經(jīng)濟。因此，各級調(diào)度中心需要更多的信息，以便及時掌握電網(wǎng)及變電站的運行情況。同時，采用無人值班管理模式，進(jìn)行遠(yuǎn)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

31、維護(hù)費用。隨著微處理器技術(shù)、計算機網(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)備來組成一個自動化的控制和保護(hù)系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)二次設(shè)備模式，做到設(shè)備簡化，信息共享，減少變電站的造價和運行維護(hù)費用。世界發(fā)達(dá)國家率先研制出成熟系統(tǒng)，并推廣應(yīng)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。目前，日本日立、三菱、東芝公司，德國西門子公司（SIEMENS）、AEG公司，瑞士ABB公司，美國通用電氣公司（GE

32、）、西屋電氣公司（Westing house），法國阿爾斯通公司（ALSTHOM），瑞士Landis&Gyr公司等國際著名大型電氣設(shè)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(hù)與控制一體化裝置），并取得了較為成熟的運行經(jīng)驗......</p><p>　　1.3 我國變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　我國變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展階段：</p>

33、<p>　　變電站內(nèi)二次設(shè)備傳統(tǒng)按功能可分為五類：繼電保護(hù)，自動裝置, 故障錄波，當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)動。五大類產(chǎn)品的不斷發(fā)展及其功能相互滲透，推動了變電站自動化系統(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)的時間順序可將變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展分為三個階段： </p><p>　　第一階段：面向功能設(shè)計的集中式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)動裝置及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控為代表。該類系統(tǒng)是在常規(guī)

34、的繼電保護(hù)及二次接線基礎(chǔ)上增設(shè)RTU裝置，功能主要為完成與遠(yuǎn)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(hù)及自動裝置與系統(tǒng)聯(lián)結(jié)采用硬接點狀態(tài)接入。此類系統(tǒng)特點是功能簡單，整體性能指標(biāo)較低，系統(tǒng)聯(lián)結(jié)復(fù)雜，不便于運行管理與維護(hù)，為自動化系統(tǒng)的初級階段。 </p><p>　　第二階段：面向功能設(shè)計的分布式測控裝置加微機保護(hù)模式90年代初期，微機保護(hù)及按功能設(shè)計的分布測控裝置得以廣泛應(yīng)用，保護(hù)與測控裝

35、置相對獨立，通過通信管理單元能夠?qū)⒏髯孕畔⑺偷疆?dāng)?shù)乇O(jiān)控計算機或調(diào)度主站。此類系統(tǒng)的出現(xiàn)是由于當(dāng)時國內(nèi)電力系統(tǒng)保護(hù)和遠(yuǎn)動分屬于不同部門和專業(yè)，另外對繼電保護(hù)與測控裝置在技術(shù)上如何融和沒有達(dá)成一致的認(rèn)識，故相當(dāng)一部分尤其是110KV及以下電壓等級自動化系統(tǒng)采用此類模式。該模式?jīng)]有做到面向?qū)ο笤O(shè)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(hù)。 </p><p>　　第三階段：面向間隔

36、和對象(object-oriented)的分層分布式結(jié)構(gòu)模式90年代中期，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對計算機保護(hù)與測控技術(shù)不斷爭論和探討達(dá)成了一致的認(rèn)識，采用面向設(shè)備或間隔為對象設(shè)計的保護(hù)及測控單元，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化系統(tǒng)。該系統(tǒng)特點是針對110KV以下電壓等級的設(shè)備或間隔采用保護(hù)測控一體化設(shè)計的裝置，針對110KV及以上電壓等級的設(shè)備或間隔采用繼電保護(hù)裝置與測控裝置分別

37、獨立設(shè)計但共同組屏的原則，故障錄波功能下放至各間隔或設(shè)備的繼電保護(hù)裝置中去，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)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(hù)。</p><p>　　1.4 變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性</p><p>　?。?）：提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率</p><p>　?。?）：提高變電站的安全，可靠運行水平。</p><p>

38、;　?。?）：減少維護(hù)工作時間，減少值班人員的勞動強度，并達(dá)到減員增效</p><p>　?。?）：縮小變電站占地面積，減少總投資。5：提高電力系統(tǒng)的運行管理水平</p><p>　　1.5 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展前景</p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電力工業(yè)作為很重要的國家戰(zhàn)略企業(yè)，十分重視電力系統(tǒng)綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)變電站綜合自動化，這是

39、電力工業(yè)發(fā)展的趨勢。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(biāo)志。雖然變電站綜合自動化技術(shù)在80年代后才被開發(fā)應(yīng)用。但由于在技術(shù)性能上的潛在能力，必將被廣泛的應(yīng)用于祖國各個城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)中。應(yīng)用前景十分的巨大。</p><p><b>　　1.6 小結(jié)</b></p><p>　　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

40、意義和發(fā)展趨勢。下來介紹了國內(nèi)外變電站綜合自動化的發(fā)展過程和巨大的前景應(yīng)用。</p><p>　　第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，功能與保護(hù)配置</p><p>　　2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。</p><p&g

41、t;　　2.1.1 集中式綜合自動化系統(tǒng)：</p><p>　　它是按功能要求配置相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動裝置并安裝在變電站的中央控制室內(nèi)。變壓器。各進(jìn)出線以及其他電氣設(shè)備的運行狀態(tài)通過ct,pt，開關(guān)輔助觸點有電纜傳送到變電站的中央控制室的保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動裝置內(nèi)。經(jīng)初步處理后送到I/O通信控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的變換，并將變電站所有保護(hù)，測量，信號和控制信息統(tǒng)一處理，與當(dāng)?shù)氐暮笈_機和遠(yuǎn)方調(diào)度中心進(jìn)行信息交換。它的

42、特點是將變電站中所有的信息統(tǒng)一集中處理，形成一個系統(tǒng)，并符合傳統(tǒng)的變電站運行模式。它實際上是微機保護(hù)和微機遠(yuǎn)動的系統(tǒng)集成。缺點是組屏多，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，獨立單元較多，維護(hù)工作量大，運行不可靠。如圖所示：</p><p>　　2.1.2 分散式綜合自動化系統(tǒng)：</p><p>　　該系統(tǒng)按回路進(jìn)行設(shè)計，每一個開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備上就地安裝微

43、機保護(hù)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。微機保護(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。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(shè)備，減小了占地面積。缺點是運行時仍不是很穩(wěn)定。</p><p>　　2.1.3 分布集中式綜合自動化系統(tǒng)：</p>

44、<p>　　整個變電站的一，二次設(shè)備分為三層，變電站層，單元層和設(shè)備層。設(shè)備層為0層，單元層為1層，變電站層為2層。設(shè)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(shè)備。單元層一般按斷路器間隔劃分，具有測量，控制部件或繼電保護(hù)部件。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(luò)或串行總線與變電站層聯(lián)系，也有可能設(shè)有數(shù)據(jù)采集管理機或保護(hù)管理機，分別管理各測量，監(jiān)視單元

45、和各保護(hù)單元，然后集中由數(shù)采管理機和保護(hù)管理機與變電站層通信。單元層本身就是兩級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。變電站層包括全站性的監(jiān)控主機，遠(yuǎn)動通信機等。變電站層設(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，供各主機之間和監(jiān)控主機和單元層之間交換信息。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要集中在單元層和變電站層。</p><p>　　2.1.4 集中和分散結(jié)合式綜合自動化系統(tǒng)：</p><p>　　隨著單片機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)場總線

46、和局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，一種發(fā)展趨勢是按每個電網(wǎng)元件，比如一臺變壓器，一臺斷路器等為對象，集測量，保護(hù)，控制為一體，設(shè)計在同一機箱內(nèi)。至于高壓線路保護(hù)裝置和變壓器保護(hù)裝置，仍然可以按照集中組屏安裝在主控室內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)方式介于集中式和分散式之間。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的是分散式結(jié)構(gòu)集中式組屏。這種結(jié)構(gòu)方式具有分散式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點，并且由于采用了集中式組屏，有利于系統(tǒng)的設(shè)計，安裝以及維護(hù)管理。但是這種結(jié)構(gòu)比較適合用于中低壓變電站。</p>

47、;<p>　　2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能</p><p>　　變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能主要包括監(jiān)測，監(jiān)控，遠(yuǎn)傳，保護(hù)四部分。</p><p><b>　　2.2.1 監(jiān)測：</b></p><p>　　綜合自動化系統(tǒng)通過對變電站的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)的措施。所采集

48、的數(shù)據(jù)分為三大類：模擬量，開關(guān)量和脈沖量。</p><p>　　(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。</p><p>　　(2) 開關(guān)量：變電站內(nèi)需要監(jiān)測的各種開關(guān)量，包括各個開關(guān)，刀閘，變壓器分接頭，繼電保護(hù)動作信息，開關(guān)機構(gòu)運行狀態(tài)，交直流電源運行狀態(tài)，各微機運行狀態(tài)等。&l

49、t;/p><p>　　(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。</p><p>　　2.2.2 監(jiān)控： </p><p>　　綜合自動化系統(tǒng)提供方便可靠的人機對話，運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。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。

50、所有操作的可靠性在軟硬件設(shè)計中都應(yīng)符合雙重化原則。</p><p>　　操作方式分為手動操作和遙控執(zhí)行。手動操作分為三種方式：鍵盤操作，把手操作，保護(hù)柜操作。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(hù)柜操作。保護(hù)柜操作可通過保護(hù)機鍵盤或柜上按扭實現(xiàn)。遙控執(zhí)行：當(dāng)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。</p><p>　　變電站監(jiān)控的內(nèi)容主要有以下幾個方

51、面：</p><p>　　(1) ：跳閘統(tǒng)計：統(tǒng)計開關(guān)跳閘次數(shù)。分為有事故跳閘次數(shù)和手動跳閘次數(shù)兩種。</p><p>　　(2) ：接地選相：對于中性點不接地系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時利用零序電壓，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。也可利用功率方向法等其他方法來判別。為了保證可靠性，應(yīng)多次采樣后才能確定。確定后，主機報警，并顯示和打印。

52、運行人員按照提示，用人工檢除方法跳開開關(guān)自動重合，驗證主機的判斷。</p><p>　　(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。以使無功和電壓滿足要求。在變壓器。電容器?；螂娋W(wǎng)故障時不應(yīng)該誤動。當(dāng)電容器檢修時，不應(yīng)參與控制。</p><p>　　2.2.3 遠(yuǎn)傳： </p><p>　　當(dāng)變電站正常運

53、行或發(fā)生事故及報警等事件時，遠(yuǎn)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。</p><p>　　2.2.4 保護(hù)： </p><p>　　微機保護(hù)不僅有較高的可靠性和靈敏性，而且使用方便。其特點：</p><p>　　(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。</p>

54、<p>　　(2) : 具有事故追憶功能。能夠記錄事故前后的線路電流和母線電壓。</p><p>　　(3) : 具備實時自檢功能。能夠?qū)ΡＷo(hù)柜包括主機在內(nèi)的各元件進(jìn)行在線檢查。</p><p>　　變電站保護(hù)分為以下幾種類型：</p><p>　　(1): 線路保護(hù)：包括電流速斷保護(hù)，定時限過電流保護(hù)，方向性電流保護(hù)，零序電壓，電流及方向保護(hù)，反時限過

55、流保護(hù)，高頻保護(hù)，距離保護(hù)。雙回線方向橫差保護(hù)和低周減載保護(hù)。</p><p>　　(2): 變壓器保護(hù)： 包括差電流速斷保護(hù)，帶二次諧波制動的比例差動保護(hù)。本體保護(hù)（重瓦斯，輕瓦斯，有載重瓦斯，有載輕瓦斯等），過流保護(hù)（包括低壓啟動，復(fù)合電壓啟動），過負(fù)荷保護(hù)。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。</p><p>　　(3): 電容器保護(hù)：包括電流速斷保護(hù)，過流保護(hù)，反時限

56、過流保護(hù)，相間過電壓保護(hù)，相間低電壓保護(hù)和零序過電壓保護(hù)。4：母線保護(hù)：包括完全電流差動母線保護(hù)和電流比相式</p><p>　　2.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件配置</p><p>　　2.3.1 綜合自動化系統(tǒng)變電站主控室的結(jié)構(gòu)分為三類：</p><p>　　(1) 模擬屏式：在主控室模擬屏前設(shè)微機臺，臺內(nèi)裝微機及UPS電源，臺上放主機顯示器CRT，鍵盤

57、和打印機。模擬屏主接線圖上安裝儀表和操作把手。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。</p><p>　　(2) 控制臺式：再主控室前部設(shè)控制臺，無模擬屏。在控制臺對面設(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。控制臺上或旁邊放主機顯示器CRT。打印機和鍵盤。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。</p><

58、p>　　(3)微機臺式：在主控室前部設(shè)微機臺，無模擬憑，無控制臺。主控室后部設(shè)保護(hù)柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜，交直流電源柜等設(shè)備。微機臺內(nèi)裝主機和微機電源，微機臺上放CRT，打印機和鍵盤。</p><p>　　2.3.2 硬件的配置原則</p><p>　　綜合自動化系統(tǒng)硬件配置應(yīng)遵循下列原則：</p><p>　　(1):各自獨立，相互配合。不同功能的

59、硬件之間只能有信息交換，不應(yīng)有電的直接聯(lián)系。采用光電隔離和繼電器接點閑離的方法實現(xiàn)。保護(hù)柜內(nèi)各單元應(yīng)有獨立的交流輸入，獨立電源，獨立出口，應(yīng)有可靠的抗干擾措施。監(jiān)控部分在監(jiān)控機，電度機，采樣機，遠(yuǎn)傳機任一故障情況下，應(yīng)不影響其他機正常工作。</p><p>　　(2): 軟硬件模塊化，方便維護(hù)和擴展。各單元應(yīng)具有模塊化的主機板，開出板。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)。</p>

60、<p>　　(3)： 具有較強的抗干擾能力。滿足在強電場，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。</p><p>　　微機保護(hù)裝置的發(fā)展大致可以分為以下幾個階段：</p><p>　　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(shè)計符合四統(tǒng)一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其代表產(chǎn)品為微機高壓輸電線路保護(hù)裝置。</p>&

61、lt;p>　　第二階段以多單片機構(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)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，硬件軟件的設(shè)計吸取了第一代微機保護(hù)裝置的成功運行經(jīng)驗，利用多cpu的特點，強化了自檢和互檢功能，使硬件故障可以定位，對保護(hù)的跳閘出口回路，具有完善的抗干擾措施以及防止拒動和誤動的措施。</p><p>　　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，

62、抗干擾能力進(jìn)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。再現(xiàn)階段，在一些微機繼電保護(hù)裝置中，個別產(chǎn)品也采用了性能更好，功能更強大的工業(yè)控制計算機。</p><p>　　2.3.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)微機保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1) 處理器分為單片機和數(shù)字信號處理器兩種。</p><p>　　單片機通過大規(guī)模集成電路技術(shù)將CPU ,RO

63、M, 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)計簡單，運行速度快，功耗低，性價比高的優(yōu)點。使用單片機的微機保護(hù)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。而且某些保護(hù)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(yīng)用時常常需要對其功能進(jìn)行補充和外部擴展。</p><p>　　新型高性能的單片機性能得到了很大的提高。運行能力也得到了大大的

64、加強，出現(xiàn)了無須進(jìn)行外部擴展的所謂總線不出芯片的新型微機保護(hù)。此保護(hù)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。其高效豐富的指定系統(tǒng)使得編程及其應(yīng)用即靈活又簡潔。高性能單片機包含了微機保護(hù)所需要的各種硬件功能，使新型微機保護(hù)的電路設(shè)計異常簡單可靠。</p><p>　　由于單片機價格低廉，因此，微機保

65、護(hù)由當(dāng)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。大量使用單片機的微機保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)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(hù)仍將是我國微機保護(hù)的主流產(chǎn)品。</p><p>　　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(dá)到快速運算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。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(jìn)的個人計算機快10—50

66、倍?？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(shè)計，可以使DSP的指令周期達(dá)到200ns。</p><p>　　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。將數(shù)字信號處理器應(yīng)用于微機繼電保護(hù)，極大的縮短了數(shù)字濾波。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CO

67、U完成的運算功能，甚至完成獨立的繼電保護(hù)功能。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(yù)期數(shù)字信號處理器將會在微機繼電保護(hù)裝置中發(fā)揮重要的作用。</p><p>　　(2) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：</p><p>　　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) </p><

68、p>　?、?逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：</p><p>　　早期的微機保護(hù)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。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。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(jìn)位切換通道號。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)

69、過CPU控制，而經(jīng)DMA控制直接存入本插件的RAM中。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(yīng)的處理。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)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　② 電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：</p><p>　　第2代微機線路保護(hù)的VFC (電壓

70、頻率保護(hù)) 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(jìn)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(jìn)行標(biāo)度變換以獲得實際的采樣植。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。</p><p>　　③ 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ：</p>

71、<p>　　近幾年來。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，對采樣速度提出了更高的要求。在變電站的母線保護(hù)，變壓器保護(hù)和發(fā)電機保護(hù)中，由于需要進(jìn)行采樣的電流通道很多，對采樣的速度也有很高的要求。采樣率的提高導(dǎo)致了采樣間隔的縮短，從而留給CPU進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理，保護(hù)啟動計算，主保護(hù)計算的時間大大縮短。因此，必須大大的壓縮數(shù)據(jù)采集的時間。</p><p

72、>　　保護(hù)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，F(xiàn)IFO等方式傳送給主CPU進(jìn)行處理，因此并不占用主CPU的處理時間。當(dāng)保護(hù)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(jìn)行考慮。為了進(jìn)一步簡化電路設(shè)計和調(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，能夠自動完成所有輸入通道的數(shù)據(jù)采集而無須CPU干預(yù)。采用這種專用數(shù)據(jù)采集芯片，將極大簡化單片機

73、型微機保護(hù)裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)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。</p><p>　　(3) 微機保護(hù)硬件的一般結(jié)構(gòu)：</p><p>　　微機保護(hù)的硬件類型分為三種：高壓線路微機保護(hù)，微機元件繼點保護(hù)，低壓線路的微機保護(hù).</p><p>　　① 高壓線路微機保護(hù)：</p><p>　　目前我國的高壓線路微機保護(hù)裝

74、置的原理，性能，主要指標(biāo)以及制造工藝方面以達(dá)到了國際先進(jìn)水平，微機保護(hù)的動作正確率也已經(jīng)超過了常規(guī)保護(hù)。對于高壓和超高壓輸電線路微機保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)。這種類型的微機保護(hù)裝置的基本特點是：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,其頻率輸出信號分別傳送給各個保護(hù)插件，再由各個保護(hù)插件完成相應(yīng)的測頻，采樣值標(biāo)度變換，保護(hù)功能計算。3個保護(hù)CPU分別完成高頻保護(hù)，距離保護(hù)，零序保護(hù)功能。監(jiān)

75、控CPU主要負(fù)責(zé)人機接口，保護(hù)定值管理。通信控制，保護(hù)CPU運行狀態(tài)監(jiān)控等功能。3個保護(hù)插件啟動元件按三取二的原則啟動各套保護(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。</p><p>　　但是這種多CPU微機保護(hù)裝置采用了不完全冗余技術(shù)。保護(hù)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。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(zhǔn)確，整套裝置不能正確工作；

76、跳閘出口通道發(fā)生故障，整套裝置同樣不能正確工作。因此整個保護(hù)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。</p><p>　　多CPU微機保護(hù)裝置除完成本線路的繼電保護(hù)功能外，同時還必須完成相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)功能。廣泛的使用多CPU微機保護(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。在距離保護(hù)CPU插件或者零序保護(hù)CPU插件發(fā)生故障時，即使線路的主保護(hù)可以正常工作，仍將失去遠(yuǎn)方后備保護(hù)的功

77、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(hù)必須雙重化配置，后備保護(hù)也必須雙重化配置。</p><p>　　② 微機元件繼電保護(hù)：</p><p>　　微機元件保護(hù)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(hù)。許多廠家得宜于線路微機保護(hù)的成功開發(fā)和應(yīng)用中的成功經(jīng)驗，推出了許多與微機線路保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)相似的單片機型微機元件保護(hù)。比如采用了高壓線路保護(hù)

78、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(hù)與變壓器各側(cè)的后備保護(hù)分別采用不同的CPU完成保護(hù)功能。為適合變電站自動化的發(fā)展，新型微機變壓器保護(hù)也提供了基于現(xiàn)場總線的通信接口功能。</p><p>　　采用工控機實現(xiàn)的微機保護(hù)，具有小型化，低成本，高可靠性等優(yōu)點。工控機總線接口簡單，模塊化程度高，容易結(jié)合，使用維護(hù)方便，系統(tǒng)功能容易擴展?？梢源蟠罂s短微機保護(hù)裝置的開發(fā)周期，實現(xiàn)微機繼電保

79、護(hù)裝置的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，便于運行部門的運行維護(hù)，必將在微機保護(hù)的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。</p><p>　?、?低壓線路的微機保護(hù)：</p><p>　　這種類型的保護(hù)裝置可以分為兩種：一種為“一對一”方式，即一套裝置實現(xiàn)一條線路的保護(hù)；另一種為“一對N”方式，即一套裝置實現(xiàn)多條線路保護(hù)。采用“一對一：實現(xiàn)時，一套裝置負(fù)責(zé)一條線路或一臺變壓器的測量，保護(hù)和控制。使用“一對N”方式實現(xiàn)時，一

80、套裝置負(fù)責(zé)多條線路或變壓器的測量，保護(hù)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(shè)計安裝及運行維護(hù)。為中低壓變電站廣為采用。</p><p>　　2.4 小節(jié) </p><p>　　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(yuǎn)傳和保護(hù)四部分，介紹了各部分的主要功能。介紹了綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)以及主要的配置，為下

81、一章的通信協(xié)議做好了鋪墊。</p><p>　　第3章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　3.1 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展：</p><p>　　目前，國內(nèi)變電站綜合自動化系統(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RS-232總線，后來用到RS-485總線。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(luò)通信

82、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(luò)性價比最好的一種。</p><p>　　3.1.1 RS-232，RS-422 和RS-485總線：</p><p>　　RS-232串口通信標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)協(xié)會于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，此時可將兩臺具有RS-232接口的通信設(shè)備直接相

83、連，如果要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，可以再加調(diào)制器即可。</p><p>　　RS-422為全雙工，可以同時接收和發(fā)送。采用RS-422標(biāo)準(zhǔn)，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。采用RS-422標(biāo)準(zhǔn)通信時位率可達(dá)到10Mbit/s。</p><p>　　RS-485為半雙工通信方式，在某一時刻，一個發(fā)送一個接受，當(dāng)用于多站互連時，可節(jié)省信號線，便于高速遠(yuǎn)距離的傳送。</

84、p><p>　　3.1.2 LONWORKS總線</p><p>　　LONWORKS是美國Echeton公司推出的一種新型現(xiàn)場總線。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)點代替局域網(wǎng)中的工作站，網(wǎng)絡(luò)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。LONWORKS總線的技術(shù)特性有以下9點：</p><p>　　(1): 開放性。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放，對任何

85、用戶平等。</p><p>　　(2)：通信介質(zhì)開放。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。</p><p>　　(3)：互操作性。Lonworks通信協(xié)議符合OSI模型，任何制造商的產(chǎn)品都可以實現(xiàn)互操作。</p><p>　　(4)：Lonworks通信采用了“網(wǎng)絡(luò)變量”，使網(wǎng)絡(luò)

86、通信的設(shè)計簡化成為參數(shù)設(shè)置增加了通信技術(shù)的可靠性。</p><p>　　(5)：它的通信每楨有效字節(jié)可以達(dá)到0到228個字節(jié)。</p><p>　　(6)：它的通信速度可達(dá)1.25Mbit/s，此時的有效距離為130m</p><p>　　(7)：Lonworks技術(shù)的一個測控網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)可達(dá)32000個。</p><p>　　(8)：Lon

87、works直接通信距離長達(dá)2700m</p><p>　　(9)：Lonworks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片。該芯片內(nèi)部裝有3個微處理器；MAC處理器完成介質(zhì)訪問控制。網(wǎng)絡(luò)處理器完成OSI的3-6層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。應(yīng)用處理器完成用戶現(xiàn)場控制應(yīng)用。它們之間通過公共存儲器傳遞數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.1.3 CANBUS現(xiàn)場總線</p><p>　　CANBUS德國BO

88、SCH公司設(shè)計的，它是一種基于優(yōu)先級的高速?？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通信設(shè)備本身又具有較低的造價，從而它的應(yīng)用范圍很廣，特別是在電氣自動化領(lǐng)域。</p><p>　　CANBUS的主要技術(shù)特性如下：</p><p>　　(1)：CANBUS可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)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，

89、通信方式靈活。</p><p>　　(2)：CANBUS網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點可分為不同的優(yōu)先級，并可滿足不同的實時要求。</p><p>　　(3)：CANBUS采用非破壞性總線裁決技術(shù)，當(dāng)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)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(luò)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。</p><p>　　(4)：CANBUS可

90、以點對點，一點對多點全局廣播幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。</p><p>　　(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.</p><p>　　(6)：CANBUS上的節(jié)點數(shù)實際上可達(dá)110個，理論上可達(dá)2000多個。</p><p>　　(7)：CANBUS采用短砧結(jié)構(gòu)，每一砧的有效字節(jié)數(shù)為8個，這樣傳輸時間短，受干擾

91、的概率低，重新發(fā)送時間短，尤其適合在強電磁場環(huán)境下工作。</p><p>　　(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。</p><p>　　(9)：CANBUS節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(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。</p><p>　　(10): NZR編碼/解碼方式，并采用位填充技術(shù)

92、。</p><p>　　3.1.4 各種總線技術(shù)的優(yōu)缺點</p><p>　　RS-232總線通信速度快，距離短。RS-422和RS-485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(luò)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(yīng)方式，從節(jié)點只有在接到主節(jié)點命令后才能響應(yīng)，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。LONWORKS總

93、線性能較強，但系統(tǒng)復(fù)雜，造價較高。因而實用性較差。CANBUS總線是基于優(yōu)先級的多主從節(jié)點結(jié)構(gòu)，具有較強的糾錯能力，克服了RS-422，和RS-485總線的缺點，而與LONWORKS總線相比，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，實用性強等優(yōu)點，因此CANBUS是變電站綜合自動化系統(tǒng)的一種性價比最優(yōu)的選擇。 </p><p>　　3.2 現(xiàn)場總線在變電站綜合自動化內(nèi)部網(wǎng)的應(yīng)用</p><p>　　變

94、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。</p><p>　　3.2.1 LONWORKS現(xiàn)場總線網(wǎng)方案：</p><p><b>　　如圖所示，</b></p><p>　　變電站內(nèi)部有兩個LONWORKS網(wǎng)絡(luò)，分別為監(jiān)控網(wǎng)和錄波網(wǎng)。監(jiān)控網(wǎng)用來傳

95、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。每個保護(hù)裝置都帶有LONWORKS網(wǎng)絡(luò)接口，后臺機，工程師站，遠(yuǎn)動機等pc機上均有PCLTA卡，于是保護(hù)裝置和PC機就可以連接到LONWORKS網(wǎng)絡(luò)上。這種方案適用于中低壓變電站自動化系統(tǒng)，當(dāng)用于220KV及以上的大型高壓變電站時，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增多，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)多個保護(hù)共

96、同動作時，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化系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.2 嵌入式以太網(wǎng)方案：</p><p><b>　　如圖2所示，</b></p><p>　　站內(nèi)有3個相互獨立的光纖以太網(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

97、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)后臺機，遠(yuǎn)動機等PC機和各間隔進(jìn)行通信。在間隔內(nèi)部使用LONWORKS總線，網(wǎng)上的信息通過間隔層的測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，保持了向下的兼容性。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。</p><p>　　測控單元是整個方案的核心和關(guān)鍵。圖3中詳細(xì)的介紹了測控單元的工作原理。<

98、;/p><p>　　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，CPU部分采用了嵌入式軟件設(shè)計，利用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)及TCP/IP模塊，完成以太網(wǎng)的通信和測控任務(wù)</p><p>　　3.2.3 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：</p><p>　　(

99、1) ：方案1中只有LONWORKS一層網(wǎng)絡(luò)，站內(nèi)的幾十個保護(hù)裝置均連接在其上。因此網(wǎng)上節(jié)點多，流量大，而帶寬卻只有78kb/s，在多臺保護(hù)同時動作等特殊情況下，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載突然加重，這時會出現(xiàn)較嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)沖突現(xiàn)象，網(wǎng)絡(luò)通信效率下降。而方案2中有兩層網(wǎng)，主干網(wǎng)的帶寬已達(dá)10MB/s，雖然間隔內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)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。于是LONWORKS的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載極低，即使在各臺保護(hù)同時動作的情況下，通信效率

100、仍很高。而當(dāng)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(fù)載， 以太網(wǎng)在輕負(fù)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。</p><p>　　(2)：故障錄波數(shù)據(jù)上傳輸速度大大加快。 LONWORKS網(wǎng)主要支持偵長為幾十B的短偵，當(dāng)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(dá)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。</p&

101、gt;<p>　　(3)：與PC機接口。 PC機必須用PCLTA卡等專用卡與LONWORKS網(wǎng)絡(luò)接口，這些板卡由于是專用品所以價格較高，PC機臺數(shù)增多時，很不劃算。而PC機用廉價的以太網(wǎng)卡也可以聯(lián)到以太網(wǎng)上。所以方案2中更方便，更經(jīng)濟。</p><p>　　(4)：易于廣域網(wǎng)相連。 由于以太網(wǎng)使用開放式的TCP/IP協(xié)議，所以可以較為方便的與廣域網(wǎng)相聯(lián)。</p><p>　

102、　3.2.4 基于CANBUS總線的通信系統(tǒng)方案：</p><p>　　圖1 所示為變電站綜合自動化基于CANBUS總線的分層結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　在整個變電站綜合自動化系統(tǒng)中，變電站內(nèi)部各單元之間以及變電站與遠(yuǎn)方調(diào)度中心之間的通信都通過通信管理機來處理，所以通信管理機在整個變電站自動化中占有重要地位。具體的方式如下圖所示</p><p>　　變電站綜合

103、自動化系統(tǒng)中通信管理機的主要任務(wù)是實現(xiàn)變電站內(nèi)部的變電站子層和單元子層之間的通信。以及本地的變電站系統(tǒng)和遠(yuǎn)程調(diào)度中心的通信。：</p><p>　　變電站內(nèi)部的通信基于CAN總線，包含兩層通信網(wǎng)絡(luò)：站級CAN網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場級CAN網(wǎng)絡(luò)。其中站級CAN網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)上位機監(jiān)控主機和通信管理機之間的通信?，F(xiàn)場級CAN網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)通信管理機和監(jiān)控保護(hù)單元之間的信息傳送。變電站和遠(yuǎn)程調(diào)度中心的信息傳輸基于公用電話網(wǎng)，通過終端的

104、modem實現(xiàn)數(shù)字信號和公用電話網(wǎng)上的模擬信號之間的轉(zhuǎn)換，通信管理機的外圍設(shè)備包括鍵盤輸入，液晶顯示，程序存儲器EPROM，實時時鐘RAM,以及備用的RS-232串口</p><p>　　3.3 內(nèi)部通信網(wǎng)的傳輸實時性分析</p><p>　　方案一中的LONWORKS現(xiàn)場總線方式中由于帶寬有限，特別是當(dāng)多個保護(hù)共同動作時，網(wǎng)上沖突加劇，重發(fā)次數(shù)增多，通信效率降低。所以這種方案的傳輸

105、實時性不好。</p><p>　　方案二中的嵌入式以太網(wǎng)方案要從間隔內(nèi)部的LONWORKS網(wǎng)絡(luò)和間隔外部的以太網(wǎng)兩方面來分析。首先分析間隔內(nèi)部LONWORKS網(wǎng)絡(luò)的實時性。LONWORKS網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)變量來實現(xiàn)節(jié)點之間的通信，不同的網(wǎng)絡(luò)變量可以設(shè)置成不同的優(yōu)先級，這樣開關(guān)變位等重要信息就可以用優(yōu)先級高的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先傳輸。LONWORKS以這樣的方式來保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r性。根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗，當(dāng)站內(nèi)節(jié)點數(shù)不超過40時，LON

106、WORKS總線的網(wǎng)絡(luò)實時性是很好的。在方案2中，內(nèi)部間隔的LONWORKS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)一般不超過10個，所以在這種情況下內(nèi)部間隔的網(wǎng)絡(luò)傳輸實時性是有保證的。 以太網(wǎng)雖然沒有LONWORKS或CAN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級設(shè)置，但其帶寬高達(dá)10MB/S，因此可以承受的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很大。實際應(yīng)用中表明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不超過帶寬的37%時，網(wǎng)絡(luò)上的沖突率很低，以太網(wǎng)的傳輸效率是有保障的。事實上10MB/S的以太網(wǎng)完全可以滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性保障。</p&

107、gt;<p>　　方案三中的CANBUS總線網(wǎng)絡(luò)也同樣設(shè)有優(yōu)先級傳輸，而且CANBUS網(wǎng)絡(luò)中的帶寬，負(fù)荷率，通信效率等也完全可以滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)實時性要求。</p><p>　　3.4 國外相關(guān)產(chǎn)品的比較</p><p>　　國外變電站綜合自動化系統(tǒng)主要是由西門子公司生產(chǎn)的LSA678，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為完全分散和集中與分散相結(jié)合式，后者由于價格和靈活性上的優(yōu)