變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究與設(shè)計.doc

遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文）0 引言變電站自動化自20世紀90年代以來一直是我國電力、IT中的熱點之一。所以成為熱點，是建設(shè)的需要，日前全國投入電網(wǎng)運行的35 - 110kV變電站18000座(不包括用戶變)，220kV變電站有 1000多座，500kV變電站大約有70座。而且每年變電站的數(shù)量以3%-5%的速度增長，也就是說每年都有數(shù)千座新建變電站投入電網(wǎng)運行。同時，根據(jù)電網(wǎng)的要求，特別是自上個世紀末在我國全范圍內(nèi)開始的大規(guī)模城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造，不但要新建許多變電站，現(xiàn)有將近一半以上的建設(shè)于上世紀六、七十年代、甚至還有五十年代的老舊變電站因設(shè)備陳舊老化而面臨改造。二是市場的因素，采用綜合自動化系統(tǒng)，可在遠方設(shè)立集控站，通過遠方遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、遙視等五遙功能集中監(jiān)控若干個變電站，變電站現(xiàn)場實現(xiàn)無人值班，節(jié)約了大量的人力；系統(tǒng)實現(xiàn)了辦公自動化，提高了管理效率，為管理人員的決策提供了切實有力的依據(jù)。根據(jù)電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展要求和市場經(jīng)濟的規(guī)律，變電站綜合自動化有著飛速的發(fā)展速度和廣闊的發(fā)展空間。特別是當前Internet技術(shù)日漸成熟和流行，應(yīng)用快速以太網(wǎng)通信的Web技術(shù)在電網(wǎng)自動化方面得到了廣泛的應(yīng)用?；贗nternet技術(shù)和面向?qū)ο蟮姆謱油ㄐ?、分散布置的變電站綜合自動化技術(shù)成為當今該領(lǐng)域的先進代表。1 變電站綜合自動化1.1變電站綜合自動化發(fā)展1傳統(tǒng)的35kV及以上電壓等級的變電站的二次回路部分是由繼電保護、當?shù)乇O(jiān)控、遠動裝置、故障錄波和測距、直流系統(tǒng)與絕緣監(jiān)視及通信等各類裝置組成的，以往它們各自采用獨立的裝置來完成自身的功能，而且均自成系統(tǒng)，由此不可避免地產(chǎn)生各類裝置之間功能相互覆蓋，部件重復配置，耗用大量的連接線和電纜。90年代數(shù)字保護技術(shù)(即微機保護)的廣泛應(yīng)用，使變電站自動化取得實質(zhì)的進展。90年代初研制出的變電站自動化系統(tǒng)是在變電站控制室內(nèi)設(shè)置計算機作為變電站自動化的心臟，另設(shè)置一數(shù)據(jù)采集和控制部件用以采集數(shù)據(jù)和控制命令。微機保護柜除保護部件外，每柜有一管理單元，其串行口和變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制部件相連接，傳送保護裝置的各種信息和參數(shù)，顯示保護定值，投/停保護裝置，此類集中式變電站自動化系統(tǒng)可以認為是變電站自動化系統(tǒng)的第二階段。90年代中期，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，同時結(jié)合變電站的實際情況，研制成功了各種分散式變電站自動化系統(tǒng)并投入運行。分散式系統(tǒng)的特點是將現(xiàn)場輸入輸出單元部件分別安裝在中低壓開關(guān)柜或高壓一次設(shè)備附近，現(xiàn)場單元部件是保護和監(jiān)控功能的二合一裝置，用以處理各開關(guān)單元的繼電保護和監(jiān)控功能，也可以是現(xiàn)場的微機保護和監(jiān)控部件，分別保持其獨立性。在變電站控制室內(nèi)設(shè)置計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)也可布置在遠方的集控站，對各現(xiàn)場單元部件進行通信聯(lián)系。通信方式多采用常用的串行口。但近年推出的分散式變電站自動化系統(tǒng)更多地采用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，遙測遙信采集及處理，遙控命令執(zhí)行和繼電保護功能等均由現(xiàn)場單元部件獨立完成，并將這些信息通過網(wǎng)絡(luò)送至后臺主計算機，而變電站自動化的綜合功能均由后臺主計算機系統(tǒng)承擔。因此，現(xiàn)在的變電站綜合自動化系統(tǒng)，概括起來，就是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)變電站的測量、監(jiān)控、保護等功能通過計算機網(wǎng)絡(luò)綜合在起，構(gòu)成一個資源和信息共享的綜合自動化系統(tǒng)，從而將傳統(tǒng)的變電站控制屏、保護屏、控制臺等結(jié)構(gòu)進行了集成，可以實現(xiàn)遠方監(jiān)控，集中管理，進而實現(xiàn)變電站無人值班，并且實現(xiàn)了變電站管理的自動化。同時由于裝置實現(xiàn)了高度的集成，大大節(jié)省了變電站占地。在當今土地資源和人力資源日趨緊張的情況下，實現(xiàn)變電站的綜合自動化具有明顯的經(jīng)濟和技術(shù)優(yōu)勢。1.1.1國外變電站綜合自動化的發(fā)展概況國外變電站綜合自動化的研究開始于70年代。根據(jù)1981年5月在英國召開的第六屆國際供電會議資料報道，英國、意大利、法國、西德、澳大利亞等國，于70年代末，新裝的遠動裝置都采用了微計算機，個別有用16位小型計算機的。布線邏輯的遠動裝置已開始淘汰，當時僅英國南威爾士電網(wǎng)還在使用（該地區(qū)當時也計劃用微機遠動裝置代替），同時，第六屆國際供電會議的有關(guān)文章資料還指出，監(jiān)控系統(tǒng)的功能有擴大的趨勢，供電網(wǎng)的監(jiān)控功能正以綜合自動化為目標迅速發(fā)展，除三遙外，一般還有： 尋找并處理單相故障； 作為保護拒動或斷路器拒動的補充保護； 負荷管理； 成組數(shù)據(jù)記錄，其中包括負荷曲線、最大需量、運行數(shù)據(jù)、事故及事件順序記錄等； 自動重合閘及繼電保護。這些資料報導，證明了國際上隨著微計算機技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化的研究工作已于70年代中、后期開始。由此可見，國外研究變電站綜合自動化系統(tǒng)，始于70年代后期，80年代發(fā)展較快。著名的制造廠商較多，但他們彼此間一開始就十分注意這一領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范和標準的制定與協(xié)調(diào)，避免各自為政造成不良后果，這是很值得我們學習的。德國電力行業(yè)協(xié)會（VDEW）為電子制造商協(xié)會（EVEI）制定的關(guān)于數(shù)字式變電站控制系統(tǒng)的推薦草案于1987年公布，成為IEC TC57在起草保護與控制之間標準的參考，內(nèi)容非常豐富。德國的三大電氣公司（Siemens 、ABB、AEG ）基本上是按這一推薦規(guī)范設(shè)計和開發(fā)自己的產(chǎn)品。美國電力科學研究院EPRI委托西屋電氣公司研究起草的變電站控制與保護項目的系統(tǒng)規(guī)范，于1983年8月發(fā)表了（EL1813），它涉及到基于微處理器的一整套變電站控制與保護的設(shè)計與實施，1989年又對1983年發(fā)表的報告進行最終修改與增補。國際電工委員會第57次技術(shù)委員會（IEC TC 57）為了配合變電站綜合自動化方面的進展，成立了“變電站控制和保護接口”工作組，負責起草該接口的通訊標準，該工作組共12個國家（主要集中在北美和歐洲，亞洲有中國，非洲有南非）2000位成員參加。從1994年3月到1995年3月舉行了四次討論會，于1995年2月向IEC秘書處提交了保護通訊伙伴標準IEC8705103，為控制和保護之間通訊提供了一個國際標準。1.1.2 我國變電站綜合自動化的發(fā)展過程我國變電站綜合自動化的研究工作開始于80年代中期。1987年，清華大學電機工程系研制成功第一個符合國情的變電站綜合自動化系統(tǒng)，在山東威海望島變電站成功的投入運行。該系統(tǒng)主要由3臺微機及其外圍接口電路組成，其原理結(jié)構(gòu)圖見圖1.1望島變電站是一個35kV的城市變電站，具有兩回35kV進線，兩回35kV出線，兩臺主變壓器，8回10kV饋電線路和兩組無功補償電容器。該變電站的綜合自動化系統(tǒng)主要由三臺微機組成，分成三個子系統(tǒng)，擔負了變電站安全監(jiān)控、微機保護、電壓無功控制、中央信號等全部任務(wù)。TV TA 變電站設(shè)備 TV TA模擬量輸入動作信號輸出開關(guān)量輸入模擬量輸入動作信號輸出開關(guān)量輸入模擬量輸入動作信號輸入出開關(guān)量輸入光電隔離光電隔離監(jiān)控機光電隔離光電隔離主保護機 光電隔離光電隔離控制機集控臺圖11 變電站微機監(jiān)測、保護綜合控制系統(tǒng)框圖Fig.11 The figure of computer monitoring substation and the protection of integrated control system該系統(tǒng)于1987年成功的投入運行，1988年通過技術(shù)鑒定。鑒定結(jié)論為國內(nèi)首創(chuàng)，填補了國內(nèi)一項空白，并達國際80年代先進水平。其運行結(jié)果表明：微機技術(shù)可以全面、系統(tǒng)、可靠的應(yīng)用于變電站地自動化工程中。同時也證明了變電站綜合自動化對提高變電站的運行、管理水平及技術(shù)水平、縮小占地面積、減少值班員抄表和記錄，以及減少維護工作量等方面有顯著的優(yōu)越性。雖然由于當時計算機水平和投資水平的限制，又是全國第一個實現(xiàn)綜合自動化的變電站，研制者沒有可借鑒的，因此在功能和結(jié)構(gòu)方面，不如90年代的同類產(chǎn)品，但當時它確實吸引許多電力系統(tǒng)的同行和科研工作者，連續(xù)5、6年內(nèi)，全國各地不少人前往參觀，并得到有益的啟發(fā)。它的運行成功，也證明中國完全可以自行研究、制造出符合國情的綜合自動化系統(tǒng)。因此80年代后期，投入變電站綜合自動化研究的高等院校、研究單位和產(chǎn)品如雨后春筍般蓬勃發(fā)展。規(guī)模比較大的有南瑞公司、四方公司等。變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究和生產(chǎn)工作之所以會引起這么多的科研工作者和生產(chǎn)廠家的注意，其根本原因在于變電站實現(xiàn)綜合自動化，能夠全面提高變電站的技術(shù)水平，提高運行的可靠性和管理水平。近幾年來，大規(guī)模集成電路技術(shù)和通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，給變電站綜合自動化技術(shù)水平的提高，注入了新的活力。16位、32位單片機及Pentium微處理器的問世，活躍了計算機市場；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線等的出現(xiàn)，給廣大科技工作者創(chuàng)造大顯才能的條件。因此，近幾年來研究變電站綜合自動化進入了高潮，其功能和性能也不斷完善。變電站綜合自動化將成為今后新建變電站的主導技術(shù)。1.2變電站綜合自動化研究的主要內(nèi)容對110kv及以上電壓等級變電站，以服務(wù)于電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行為中心。通過先進的計算機技術(shù)、通信技術(shù)的應(yīng)用，為新的保護和控制技術(shù)采用提供技術(shù)支持，解決過去能解決的變電站監(jiān)視、控制問題，促進各專業(yè)在技術(shù)上、管理上配合協(xié)調(diào)，為電網(wǎng)自動化進一步發(fā)展提供基礎(chǔ)，提高變電站安全、可靠和穩(wěn)定運行水平。如，采集高壓電器設(shè)備本身的監(jiān)視信息，斷路器、變壓器和避雷器等的絕緣和狀態(tài)等；采集繼電保護和故障錄波器等裝置完成的各種故障前后瞬態(tài)電氣量和狀態(tài)量的記錄數(shù)據(jù)，將這些信息傳送給調(diào)度中心，以便為電氣設(shè)備的監(jiān)視和制定檢修計劃、事故分析提供原始數(shù)據(jù)。對新建變電站取消常規(guī)的保護、測量監(jiān)視、控制屏，全面實現(xiàn)變電站綜合自動化，實現(xiàn)少人值班逐步過渡到無人值班；對老變電站在控制、測量監(jiān)視等進行技術(shù)改造，以達到少人和無人值班的目的。對35KV及以下電壓等級變電站，以提高供電安全與供電質(zhì)量，改進和提高用戶服務(wù)水平為重點。側(cè)重于利用變電站綜合自動化系統(tǒng)，對變電站的二次設(shè)備進行全面的改造，取消的保護、測量、監(jiān)視和控制屏，全面實現(xiàn)變電站綜合自動化，以提高變電站的監(jiān)視和控制技術(shù)水平，改進管理，加強用戶服務(wù)，實現(xiàn)變電站無人值班。變電站綜合自動化要實現(xiàn)：1) 隨時在線監(jiān)視電網(wǎng)運行參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)；自檢、自診斷設(shè)備本身的異常運行，發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備異常變化或裝置內(nèi)部異常時，立即自動報警并閉鎖相應(yīng)的出口，以防止事態(tài)擴大。 2) 電網(wǎng)出現(xiàn)事故時，快速采樣、判斷、決策，迅速隔離和消除事故，將故障限制在最小范圍。3) 完成變電站運行參數(shù)在線計算、存儲、統(tǒng)計、分析報表和遠傳，保證自動和遙控調(diào)整電能質(zhì)量。變電站綜合自動化應(yīng)包括兩個方面：1) 橫向綜合：利用計算機手段將不同廠家的設(shè)備連在一起，替代或升級老設(shè)備。2) 縱向綜合：在變電站層這一級，提供信息、優(yōu)化、綜合處理分析信息和增加新的功能，增加變電站內(nèi)部和各控制中心間的協(xié)調(diào)能力。如借用人工智能技術(shù)，在控制中心間的協(xié)調(diào)能力。如借用人工智能技術(shù)，在控制中心實現(xiàn)對變電站控制和保護系統(tǒng)進行在線診斷和事件分析，或在變電站當?shù)刈詣踊δ軈f(xié)調(diào)之下，完成電網(wǎng)故障后自動恢復。變電站綜合自動化與一般自動化區(qū)別在于：自動化系統(tǒng)是否作為一個整體執(zhí)行保護、檢測和控制功能。1.2.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點 2變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微機化、測量顯示數(shù)字化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等特征。同傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)不同的是：各個保護、測控單元既保持相對獨立，(如繼電保護裝置不依賴于通信或其他設(shè)備，可自主、可靠地完成保護控制功能，迅速切除和隔離故障)，又通過計算機通信的形式，相互交換信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，協(xié)調(diào)配合工作，減少了電纜和沒備配置，增加了新的功能，提高了變電站整體運行控制的安全性和可靠性。1) 功能綜合化。變電站綜合自動化系統(tǒng)是各技術(shù)密集，多種專業(yè)技術(shù)相互交叉、相互配合的系統(tǒng)。它是建立在計算機硬件和軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它綜合了變電站內(nèi)除一次設(shè)備和交、直流電源以外的全部二次設(shè)備。微機監(jiān)控子系統(tǒng)綜合了原來的儀表屏、操作屏、模擬屏和變送器柜、遠動裝置、中央信號系統(tǒng)等功能；微機保護子系統(tǒng)代替了電磁式或晶體管式的保護裝置；微機保護子系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，綜合了故障錄波、故障測距、無功電壓調(diào)節(jié)和中性點非直接接地系統(tǒng)等子系統(tǒng)的功能。2) 分級分布式微機化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)和各功能模塊由不同配置的單片機或微型計算機組成，采用分布式結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)、總線將微機保護、數(shù)據(jù)采集、控制等各子系統(tǒng)連接起來，構(gòu)成一個分級分布式的系統(tǒng)。一個綜合自動化系統(tǒng)可以有十幾個甚至幾十個微處理器同時并行工作，實現(xiàn)各種功能。3) 測量顯示數(shù)字化。用CRT顯示器上的數(shù)字顯示代替了常規(guī)指針式儀表，直觀、明了；而打印機打印報表代替了原來的人工抄表，這不僅減輕了值班員的勞動強度，而且提高了測量精度和管理的科學性。4) 操作監(jiān)視屏幕化。變電站實現(xiàn)綜合自動化，使原來常規(guī)龐大的模擬屏被CRT屏 幕上的實時主接線畫面取代；常規(guī)在斷路器安裝處或控制屏上進行的分、合閘操作，被屏 幕上的鼠標操作或鍵盤操作所取代；常規(guī)在保護屏上的硬連接片被計算機屏幕上的軟連接片所取代；常規(guī)的光字牌報警信號，被屏幕畫面閃爍和文字提示或語言報警所取代，即通過計算機上的CRT顯示器，可以監(jiān)視全變電站的實時運行情況和對各開關(guān)設(shè)備進行操作控制。5) 運行管理智能化。智能化的含義不僅是能實現(xiàn)許多自動化的功能，例如：電壓、無功自動調(diào)節(jié)，不完全接地系統(tǒng)單相接地自動選線，自動事故判別與事故記錄，事件順序記錄，制表打印，自動報警等，更重要的是能實現(xiàn)故障分析和故障恢復操作智能化，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)本身的故障自診斷、自閉鎖和自恢復等功能，這對于提高變電站的運行管理水平和安全可靠性是非常重要的，也是常規(guī)的二次系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的。變電站綜合自動化的出現(xiàn)為變電站的小型化、智能化、擴大設(shè)備的監(jiān)控范圍、提高變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎(chǔ)保證。它的運用取代了運行工作中的各種人工作業(yè)，從而提高了變電站的運行管理水平。變電站綜合自動化是實現(xiàn)無人值班(或少人值班)的重要手段，不同電壓等級、不同重要性的變電站其實現(xiàn)無人值班的要求和手段不盡相同。但無人值班的關(guān)鍵是通過采取種種技術(shù)措施，提高變電站整體自動化水平，減少事故發(fā)生的機會，縮短事故處理和恢復時間，使變電站運行更加穩(wěn)定、可靠。2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層國際電工委員會（IEC）TC 57技術(shù)委員會（電力系統(tǒng)控制和通術(shù)委員會）在制定IEC 61850（變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)）標準時，把變電站自動化系統(tǒng)的功能在邏輯上分配在3個層次（變電站層、間隔層或單元層、過程層）。圖 21 分層結(jié)構(gòu)圖Fig.2-1 The figure of stratification constructer synthesizing automation substation system1) 過程層（Process level）功能 過程層的功能實際上是與變電站一次設(shè)備斷路器、隔離開關(guān)和電流互感器TA、電壓互感器TV接口的功能。2) 間隔層（Bay level）功能 變電站自動化系統(tǒng)在間隔層的設(shè)備主要有各種微機保護裝置、自動控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和RTU等等。3) 變電站層（Station level） 變電站的功能有2類：與過程有關(guān)的站層功能；與接口有關(guān)的站層功能。2.2 自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式2.2.1 集中式的結(jié)構(gòu)形式集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)，指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和一些自動控制等功能，集中式結(jié)構(gòu)也并非指由一臺計算機完成保護、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機保護、微機監(jiān)控和調(diào)度等通信的功能也是由不同的微機完成的，只是每臺微計算機承擔的任務(wù)多些。這種結(jié)構(gòu)形式，主要出現(xiàn)在變電站綜合自動化問世的初期。其結(jié)構(gòu)如圖2.2。這種集中式的結(jié)構(gòu)是根據(jù)變電站的規(guī)模，配置相應(yīng)容量的集中式保護裝置和監(jiān)控主機及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（也有的采用集中式微機型RTU）,它們安裝在變電站中央控制室內(nèi)。各進出線及站內(nèi)所以電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，通過TA、TV經(jīng)電纜傳送到中央控制室的保護裝置和監(jiān)控主機（或遠動裝置）。繼電保護動作信息往往取保護裝置的信號繼電器的輔助觸點，通過電纜送給主機。顯示器打印機監(jiān)控主機通信控制器各保護裝置模入接口開入接口輸出接口A/D模版輸入接口輸出接口主變壓器TATv輸電線路TATv開關(guān)狀態(tài)輸入保護出口模擬量輸入脈沖量輸入監(jiān)控動作信號圖22 集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)框圖Fig.2-2 The figure of the concentrating constructer synthesiszing automation substation system2.2.2 分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)模式隨著單片機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，科技工作者有條件將微機保護單元和數(shù)據(jù)采集單元按回路設(shè)計。于是出現(xiàn)了分層分布式多CPU的體系結(jié)構(gòu)。每一層完成不同的功能，每一層由不同的設(shè)備或不同的子系統(tǒng)組成。一般，整個變電站的一、二次設(shè)備可分為三層，即變電站層、單元層（或稱間隔層）和設(shè)備層。變電站層稱為2層，單元層為1層，設(shè)備層為0層。設(shè)備層主要指變電站內(nèi)的變壓器和斷路器、隔離開關(guān)及輔助觸點，電流、電壓互感器等一次設(shè)備。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要位于1層和2層。單元層一般按斷路器間隔劃分，具有測量、控制部件和繼電保護部件。測量、部件負責該單元的測量、監(jiān)視、斷路器的操作控制和連鎖及事件順序記錄等；保護部件負責該單元的線路或變壓器或電容器的保護、故障記錄等。因此，單元層本身是由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)或串行總線與變電站層聯(lián)系；也可能設(shè)有數(shù)采管理機或保護管理機，分別管理各測量、監(jiān)視單元和保護單元，然后集中由數(shù)采管理機或保護管理機與變電站層通信。單元層實際上本身就是兩級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。其分層結(jié)構(gòu)如圖2.3。圖2.3 變電站的一、二次設(shè)備分層結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-3 The constructer layering figure of primary and second facilities in substation變電站層包括全站性的監(jiān)控主機、遠動通訊機等。變電層設(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，供各主機之間和監(jiān)控主機與單元層之間交換信息。變電站層的有關(guān)自動化設(shè)備一般安裝于控制室內(nèi)，而單元層的設(shè)備最好安裝于靠近現(xiàn)場設(shè)備，以減少控制電纜長度。分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)是把整套綜合自動化系統(tǒng)按其不同的功能組裝成多個屏（或稱柜），例如：主變壓器保護屏（柜）、線路保護屏、數(shù)據(jù)采集屏、出口屏等。一般來說，這些屏都集中安裝在主控室中，為簡單起見，我們把這種結(jié)構(gòu)形式簡稱為“分布集中式結(jié)構(gòu)”。分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)特點1) 分層分布式的配置為了提高綜合自動化系統(tǒng)整體的可靠性，系統(tǒng)采用按功能劃分的分布式多CPU系統(tǒng)，其功能單元有：各種高、低壓線路保護單元；電容器保護單元；主變壓器保護單元；備用電源自投控制單元；低頻減負荷控制單元；電壓、無功綜合控制單元；數(shù)據(jù)采集與處理單元；電能計量單元等等。每個功能單元基本上由一個CPU組成，多數(shù)據(jù)采集用單片機，也有一個功能單元由多個CPU完成的。這種按功能設(shè)計的分散模塊化結(jié)構(gòu)具有軟件相對簡單、調(diào)試維護方便、組態(tài)靈活、系統(tǒng)整體可靠性高等特點。在綜合自動化的管理上，采取分層（級）管理模式，即各保護單元由保護管理機直接管理。一臺保護管理機可以管理32個單元模塊。它們間可以采用雙絞線用RS485接口連接，也可通過現(xiàn)場總線連接；而模擬量和開入/開出單元模塊，由數(shù)據(jù)采集控制機負責管理。保護管理機和數(shù)據(jù)采集控制機是處于變電站級和功能單元間的第二層結(jié)構(gòu)。這第二層管理機的作用是可明顯地減輕監(jiān)控機的負擔，協(xié)助監(jiān)控機承擔對單元層的管理。變電站層的監(jiān)控機或稱上位機，通過局域網(wǎng)絡(luò)與保護管理機和數(shù)采控制機通信。監(jiān)控機的作用在無人值班的變電站，主要負責與調(diào)度中心的通訊，使變電站綜合自動化系統(tǒng)具有RTU的功能，完成四遙任務(wù)；在有人值班的變電站，除了負責與調(diào)度中心通信外，還負責人機聯(lián)系，使綜合自動化系統(tǒng)通過監(jiān)控機完成當?shù)仫@示、制表打印、開關(guān)操作等功能。2) 繼電保護相對獨立繼電保護裝置是電力系統(tǒng)中對可靠性要求非常嚴格的設(shè)備，在綜合自動化系統(tǒng)中，繼電保護單元易相對獨立，其功能不依賴通信網(wǎng)絡(luò)或其他設(shè)備。各保護單元要有獨立的電源，保護的輸入仍由電流互感器和電壓互感器通過電纜連接，輸出跳閘命令也要通過常規(guī)的控制電纜送至斷路器的跳閘線圈，保護的啟動、測量和邏輯功能獨立實現(xiàn)，不依賴通信網(wǎng)絡(luò)交換信息。保護裝置通過通訊網(wǎng)絡(luò)與保護管理機傳輸?shù)闹皇潜Ｗo動作信息或記錄數(shù)據(jù)。為無人值班的需要，也可通過通訊接口實現(xiàn)遠方讀取和修改保護定值。3) 具有與系統(tǒng)控制中心通信功能綜合自動化系統(tǒng)本身已有對模擬量、開關(guān)量、電能脈沖量進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的功能，也具有收集繼電保護動作信息、事件順序記錄等功能，因此不必另設(shè)獨立的RTU裝置，不必為調(diào)度中心單獨采集信息，而將綜合自動化系統(tǒng)采集的信息直接傳送給調(diào)度中心，同時也接受調(diào)度中心下達的控制、操作命令和在線修改保護定值命令。4) 模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高由于各功能模塊都由獨立的電源供電，輸入/輸出回路都相對獨立，任何一個模塊故障，只影響局部功能，不影響全局，而且由于各功能模塊基本上是面向?qū)ο笤O(shè)計的，因而軟件結(jié)構(gòu)相對集中式簡單，因此調(diào)試方便，也便于擴充。5) 室內(nèi)工作環(huán)境好，管理維護方便分級分布式系統(tǒng)采用集中組屏結(jié)構(gòu)，全部屏安放在室內(nèi)，工作環(huán)境好，電磁干擾相對開關(guān)柜附近較弱，而且管理和維護方便。但分布集中式結(jié)構(gòu)的主要缺點是安裝時需要的控制電纜相對較多，增加了電纜投資。2.2.3 分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)1) 分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)特點隨著單片機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)場總線和局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，以及變電站綜合自動化技術(shù)的不斷提高，有條件考慮全微機化的變電站二次系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計問題。一種發(fā)展趨勢是按每個電網(wǎng)元件（例如：一條出線、一臺變壓器、一組電容器等）為對象，集測量、保護、控制為一體，設(shè)計在同一機箱中。對于635kV的配電線路，可以將這個一體化的保護、控制單元分散安裝在各個開關(guān)柜中，然后由監(jiān)控主機通過光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)，對他們進行管理和交換信息，這就是分散結(jié)構(gòu)。至于高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置，仍可采用集中組屏安裝在控制室內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)就稱為分布和集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖3.3。監(jiān)控主機工程師機通信控制機調(diào)制解調(diào)器數(shù)采控制機開關(guān)量輸出開關(guān)量輸入測量單元故障錄波器電壓無功控制保護管理機變壓器保護單元電容器保護單元線路保護單元備用電源自動投入圖2.4 分層分布式系統(tǒng)集中組屏的綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.2-4 the figure of the layering constructer synthesizing automation substation system圖2.4所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有如下特點：a) 1035kV饋線保護采用分散式結(jié)構(gòu)，就地安裝，節(jié)約控制電纜，通過現(xiàn)場總線與保護管理機交換信息。b) 高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護屏安裝在控制室或保護室中，同樣通過現(xiàn)場總線與保護管理機通信，使這些重要的保護裝置處于比較好的工作環(huán)境，對可靠性較為有利。c) 其他自動裝置中，備用電源自投控制裝置和電壓、無功綜合控制裝置采用集中組屏結(jié)構(gòu)，安裝于控制室或保護室中。d) 為了保證電能計量的準確性，電能計量可以采用兩種方法解決。采用脈沖電能表，由電能管理機采集各電表的脈沖量，計算出電能量，然后送給監(jiān)控主機，再轉(zhuǎn)發(fā)給控制中心。采用帶串行通信接口的智能型電能計量表，通過串行總線，由電能管理機將采集的各電能量送往監(jiān)控機，再傳送給控制中心。2) 分層分散式結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性分層分散式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)突出的優(yōu)點如下：a) 簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。由于配電線路的保護和測控單元，分散安裝在各開關(guān)柜內(nèi)，因此主控室內(nèi)減少了幾面保護屏，加上采用綜合自動化系統(tǒng)后，原先常規(guī)的控制屏、中央信號屏和站內(nèi)模擬屏可以取消，因此使主控室面積大大縮小，也有利于實現(xiàn)無人值班。b) 減少了施工和設(shè)備安裝工程量。由于安裝在開關(guān)柜的保護和測控單元在開關(guān)柜出廠前已由廠家安裝和調(diào)試完畢，再加上敷設(shè)電纜的數(shù)量大大減少，因此現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試的工期隨之縮短。c) 簡化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量的連接電纜。d) 分層分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。分層分散式結(jié)構(gòu)，由于分散安裝，減小了TA的負擔。各模塊和監(jiān)控主機間通過局域網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線連接，抗干擾能力強，可靠性高。以上幾點都說明采用分層分散式結(jié)構(gòu)可以降低總投資，在今后技術(shù)條件下，應(yīng)該是變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。3) 分層分散式自動化系統(tǒng)中一體化模塊的類型目前研究和生產(chǎn)變電站綜合自動化系統(tǒng)的單位和廠家比較多，其結(jié)構(gòu)有所不同，但從系統(tǒng)的配置和原來上，歸納起來可分為以下3種類型。a) 數(shù)據(jù)完全共享型。數(shù)據(jù)完全共享型繼電保護所需輸入的信息和測量信息完全共享，即取自同一個電流互感器TA和同一個電壓互感器TV的信號。其優(yōu)點是：保護和測量可以共用同一個CPU和共用相同的模擬量輸入通道，即同一個功能單元既完成保護功能，也完成測量功能，因此體積小，造價可以降低。其缺點是：測量的準確度得不到保證，這是因為，目前我國的變電站大多安裝兩種類型的電流互感器，即保護TA和測量TA，眾所周知，保護TA主要要求通過短路電流時不飽和，即要求它通過大電流時，線性度好，則其在小電流時，準確度保證不了；而對于測量TA，要求正常負荷時，線性度好，以保證計量的準確度，至于短路電流流過時，它們可能早已飽和了，因此如果將保護和測量的模擬量完全統(tǒng)一，只能將電流量的采樣選擇接在保護TA上，這樣必然影響測量的準確度，雖然可以用軟件補償?shù)霓k法作些補償，但由于TA特性的分散性，用軟件補償只能補償廠家生產(chǎn)的一體化功能模塊里的小TA的非線性委托，而對于產(chǎn)生誤差的主要根源變電站保護TA在小量程時非線性問題，就難以補償了，因此，在目前國內(nèi)還沒有新型的TA替換原來的測量TA和保護TA之前，這種數(shù)據(jù)完全共享型的應(yīng)用還存在不足。b) 數(shù)據(jù)獨立處理型。數(shù)據(jù)獨立處理型的一體化模塊具有上述數(shù)據(jù)完全共享型共有的特點。主要的區(qū)別是保護和測量的數(shù)據(jù)采集分別由不同的模擬量輸入通道負擔，各自取自保護TA和測量TA的信號，這樣可以克服共用保護TA的矛盾。對于開關(guān)狀態(tài)的信息，保護與測量可以共享，這樣即保證測量的精度，又保持一體化模塊的特點。目前，這種數(shù)據(jù)獨立處理型的綜合保護單元也有兩種類型：一種是保護和測量共用一個CPU，只是對電流量的采樣取自不同的TA和不同的模擬量輸入通道。另一種是保護和測量不僅模擬量輸入通道分開，CPU也分開，只是兩者共同裝在一個機箱內(nèi)，這種硬件配置，雖然體積大些，成本也較高，但可靠性較好。 c) 保護和測量完全獨立型。這種類型的硬件配置是保護和測量單元完全分開，構(gòu)成兩個完全獨立的裝置。這樣在每個配電線路開關(guān)柜或電容器開關(guān)柜上均分別安裝一套保護裝置和一臺RTU單元，由兩組雙絞線或光纜分別連接所有的保護裝置和所以的RTU，各種裝置均獨立運行，互不影響，這種結(jié)構(gòu)的可靠性最好，只是比前兩種投資相對大些?？傊?，目前變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)都不斷地向前發(fā)展和完善。變電站綜合自動化系統(tǒng)要想實現(xiàn)其控制功能，數(shù)據(jù)通訊是不可缺少的環(huán)節(jié)。而且對于煤礦變電站綜合自動化數(shù)據(jù)采集的實時性、快速性、準確性的要求更加必要。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，更好的滿足了變電站綜合自動化系統(tǒng)的通訊要求。目前，變電站綜合自動化裝置多采用分布式結(jié)構(gòu)，即利用現(xiàn)場測控單元完成現(xiàn)場的信號采集、控制等功能，利用計算機通信技術(shù)、局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將現(xiàn)場單元連接在一起，在上位機上實現(xiàn)管理與監(jiān)控，故計算機網(wǎng)絡(luò)是變電站綜合自動化的支架。因此，計算機網(wǎng)絡(luò)對于變電站綜合自動化裝置工作性能的影響是十分關(guān)鍵的。通過上述分析與比較并結(jié)合東龐礦實際情況，本設(shè)計的東龐礦變電站綜合自動化系統(tǒng)決定采用分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)。2.3 東龐礦變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計東龐礦變電站綜合自動化裝置采用典型的分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由三層構(gòu)成，一層為單元層，一層為變電站層(主控層)，一層為通信層。單元層根據(jù)一次系統(tǒng)設(shè)備來選定不同功能的自動化保護和測控裝置，就地直接安裝在中央控制室集中屏柜上，現(xiàn)地單元層就地保護和測控裝置能夠?qū)崿F(xiàn)各種不同要求的變配電設(shè)備的保護與監(jiān)測功能，既可獨立運行也可組網(wǎng)成綜合自動化系統(tǒng)。通信層采用電力行業(yè)標準協(xié)議，可方便地與不同廠家的設(shè)備進行協(xié)議轉(zhuǎn)換的現(xiàn)場總線來完成，并可實現(xiàn)現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換及解決多串口問題。通信層采用雙通信管理機結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)通信的可靠性，它的核心設(shè)備是通信管理機。主控層也稱為變電站層，其主要任務(wù)是收集和處理來自各現(xiàn)地單元的信息，另外還擔負自適應(yīng)保護、故障事記錄和變電站開關(guān)控制等輔助功能。它能夠提供友好的人機操作界面，對設(shè)備進行各種操作、測量、管理，它的主要設(shè)備有:監(jiān)控主機、打印機等。整個變電站二次保護系統(tǒng)按功能配置，所有設(shè)備由各單元裝置構(gòu)成對應(yīng)一次系統(tǒng)的保護測控單元層，由通信管理設(shè)備構(gòu)成通信層，后臺設(shè)備構(gòu)成主控層，是一個完全的分層分步式控制系統(tǒng)。即把整個生產(chǎn)過程的控制功能、管理功能分散開，讓控制系統(tǒng)由不同規(guī)模、不同功能的控制計算機連接起來，為每個被控制設(shè)備配備專用的現(xiàn)場單元層前置控制計算機，并把它們安裝在被控設(shè)備旁，統(tǒng)一設(shè)置一臺上位控制計算機來進行人機聯(lián)系及信息傳送。層與層之間通過國際先進的CAN一BUS或RS485/232網(wǎng)絡(luò)連接起來，屏柜的數(shù)量較傳統(tǒng)繼電保護方式大大減少，各裝置同時具有獨立的保護和監(jiān)測功能軟件，因此二次接線也大為減少。采用技術(shù)先進的當?shù)赝ㄐ殴芾頇C，后臺機取代了占地多、操作陳舊的模擬控制屏，使得所有的操作更加安全、可靠、方便。另外取消了中央信號控制屏，并在相應(yīng)單元裝置上裝有相應(yīng)的操作開關(guān)和開關(guān)位置指示燈，作為開關(guān)的后備(應(yīng)急)操作與監(jiān)視。2.3.1 東龐礦綜合自動化系統(tǒng)單元層1) .單元層的結(jié)構(gòu)單元層是儀表箱式結(jié)構(gòu)，通過將保護、測控、擴展繼電器集成在小小的儀表式機箱內(nèi)，使裝置結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計簡化、大大縮小了安裝空間，節(jié)省了大量二次接線?，F(xiàn)地單元層采用保護功能和測控功能相互獨立的軟件，單元裝置內(nèi)沒有增加保護裝置硬件的復雜性，并通過站內(nèi)通信網(wǎng)供監(jiān)控和遠動使用，這樣做決不會影響保護的速動性?，F(xiàn)地單元層裝備帶背光漢字液晶顯示器及薄膜式按鍵，顯示清楚、操作方便，操作人員可不用手提電腦即可對設(shè)備進行調(diào)試和維護。2) .單元層的特點單元層的主要任務(wù)是獲取由變電站各一次系統(tǒng)互感器送來的模擬量以及斷路器、隔離開關(guān)等狀態(tài)信號，并將這些信號處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到計算機CPU中，由存儲在計算機內(nèi)保護程序執(zhí)行保護算法來完成保護功能和測控任務(wù)，單元層主要特點如下: a) 完成多種保護功能現(xiàn)地單元裝置根據(jù)國家有關(guān)技術(shù)標準及各種線路、設(shè)備的要求，完成線路、變壓器、電動機、電容器、分段開關(guān)、發(fā)電機等設(shè)備保護要求。b) 完成多種測信功能現(xiàn)地單元裝置能完成電流、電壓、功率、電度、頻率、功率因數(shù)等電量的測量要求，具有計算電度或脈沖電度計量功能，可提供多種遙信量和遙測量。c) 完成多種控制功能現(xiàn)地單元裝置所帶的操作回路插件相當于傳統(tǒng)的操作箱，具有跳合閘保持、防跳閉鎖、壓力監(jiān)視、開關(guān)位置指示等功能。自產(chǎn)合位/跳位接點供裝置內(nèi)部使用，免去引入斷路器輔助接點。插件能自行產(chǎn)生合后接點，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制開關(guān)合閘后位置。裝置可通過接入遠方的跳合閘接點，實現(xiàn)遠方操作功能。d) 多路開關(guān)輸入/輸出量現(xiàn)地單元裝置各模塊具有一定數(shù)量的輸入/輸出信號，可給有人值班變電站的中央信號屏用，從而照顧那些傳統(tǒng)設(shè)備改造中由老管理模式向現(xiàn)代模式過渡的用戶。e) 現(xiàn)地單元層還具有運行事件記錄、運行自檢、故障錄波功能。2.3.2 東龐礦綜合自動化系統(tǒng)通信層3綜合自動化通信層由通信網(wǎng)絡(luò)與通信管理機組成，下面分別介紹它們組成和功能。1) 通信網(wǎng)絡(luò)綜合自動化系統(tǒng)各裝置之間，采用國際先進的現(xiàn)場總線CAN一BUS技術(shù)以及Rs一485/RS一232現(xiàn)場總線技術(shù)組成通信網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)地各單元均為獨立的綜合自動化保護和測控單元，通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各個現(xiàn)地單元之間的互相通信和數(shù)據(jù)共享，使綜合自動化系統(tǒng)保護和測控既互相獨立又互相融合，保證了系統(tǒng)安全可靠高效的運行。2) 通信管理機通信管理機是變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信樞紐，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備裝置間的數(shù)據(jù)通信、命令交換、信息采集和規(guī)約轉(zhuǎn)換。它負責以不同的通信方式收集來自變電站各保護、測控模塊及其它智能設(shè)備的實時信息，并分類、篩選、轉(zhuǎn)換、存儲，同時還以不同的規(guī)約經(jīng)不同的通信媒體向各主站轉(zhuǎn)發(fā)。同時它也負責中轉(zhuǎn)來自主控層與間隔裝置間的操作命令，如遙控、整定值等。2.3.3東龐礦綜合自動化系統(tǒng)主控層主控層是變電站綜合自動化系統(tǒng)的心臟，系統(tǒng)的各種指令都經(jīng)主控層工作站發(fā)出，運行維護人員根據(jù)主控層的信息，對設(shè)備進行維護。對于無人值班的變電站，系統(tǒng)信息的來源以計算機網(wǎng)絡(luò)為主。6Vk變電站綜合自動化裝置的主控層主要設(shè)備為一臺工業(yè)控制機，稱主控機或站級管理機。1) 站級管理機基本功能a) 數(shù)據(jù)采集功能:可實現(xiàn)對全站各現(xiàn)地單元所有電量、非電量、模擬量、狀態(tài)量、脈沖量的數(shù)據(jù)采集。b) 數(shù)據(jù)處理功能:可進行數(shù)據(jù)防干擾處理;將數(shù)據(jù)分類，形成各種報表; 越限復限檢測及報警記錄;狀態(tài)異常變位報警及記錄;事件順序記錄(包括事故、故障、重要操作、保護定值修改、重要參數(shù)限值修改等)。c) 控制與調(diào)節(jié)功能:可完成各斷路器的分、合閘操作;功率因數(shù)自動無功補償控制;自動有載調(diào)壓控制;自動低周減載及小電流接地故障報警及跳閘:操作防誤控制。d) 顯示功能:站級管理級在其顯示器可顯示全站主接線圖及各設(shè)備運行狀態(tài)、運行參數(shù):顯示保護采樣值、閉值;顯示實時測量數(shù)據(jù)，同期采樣數(shù)據(jù);顯示運行時間的保護事件記錄和運行事件記錄;每半小時存貯分時電度;支持脈沖電度表計度方式及單元實時積算電度量;顯示保護定值表;顯示各種報表;顯示各種典型曲線(如電壓、電流曲線、功率曲線、頻率曲線等);操作票顯示。e) 打印功能:站級管理機通過外設(shè)打印可打印運行報表:打印操作事件;打印事故數(shù)據(jù)和情況;打印務(wù)種組態(tài)畫面。2) 站級管理機與調(diào)度系統(tǒng)通信支持電力部頒布的循環(huán)式遠動規(guī)范要求(可進行遙信、遙測、測控、遙調(diào)即四遙功能);能對單元進行通信復位、信號復歸及通信校時;保證現(xiàn)地單元的實時時鐘與上位機同步;上位機能以通信方式對現(xiàn)地單元層整定值作整定修改(保護定值整定、監(jiān)控定值整定):另外站級管理機還可設(shè)定報警及預報警復歸時間。3) 站級管理機的系統(tǒng)管理站級管理機系統(tǒng)可供高級用戶增刪操作人員、更名、修改密碼;供操作人員修改自己的密碼;供高級用戶退到WINDOWS系統(tǒng)下;供操作人員重新啟動系統(tǒng)和正常關(guān)機。4) 有載調(diào)壓與無功補償如變壓器帶有載調(diào)壓，IOkV母線接有補償電容，則其綜合自動化裝置的自動有載調(diào)壓及無功補償控制有兩種方式，一種采用主控機來完成，一種采用專用調(diào)壓、補償綜合控制單元來完成。下面介紹利用主控機來完成自動有載調(diào)壓及無功功率補償?shù)姆绞?a) 有載調(diào)壓采用主控機完成自動有載調(diào)壓時，主控機需增加一塊開關(guān)量輸入卡和一塊開關(guān)量輸出卡，開關(guān)量輸入卡讀入調(diào)壓開關(guān)的檔位信號，開關(guān)量輸出卡輸出升、降壓控制信號。主控機經(jīng)通信由綜合自動化裝置各單元輸入系統(tǒng)運行信息(如變壓器低壓側(cè)母線電壓、變壓器運行方式等)，經(jīng)開關(guān)量輸入卡讀入檔位信號，根據(jù)這些信息判別是否需進行升、降壓操作，如需進行操作，則由開關(guān)量輸出卡輸出升、降壓控制信號，完成調(diào)壓操作。b) 自動無功補償采用主控機完成自動無功補償不需增加任何設(shè)備，主控機經(jīng)通信由綜合自動化裝置，各現(xiàn)地單元讀入系統(tǒng)無功，主變和電容運行狀態(tài)等信息，判別是否需進行無功補償，如需進行無功補償，則經(jīng)通信命令相應(yīng)的電容單元進行分、合閘操作，實現(xiàn)自動無功補償。3 東龐礦綜合自動化系統(tǒng)的站內(nèi)通信選擇對于分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)，站內(nèi)通信網(wǎng)聯(lián)系各智能裝置，分散安裝時橫跨開關(guān)場和控制室，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，在很大程度上影響著系統(tǒng)的總體性能。因此，在進行總體方案設(shè)計之前，有必要在此對站內(nèi)通信網(wǎng)進行重點討論，以選擇合適的通信網(wǎng)。3.1 站內(nèi)信息流分析4要選擇適合于變電站綜合自動化的通信網(wǎng)，首先必須對站內(nèi)的信息流進行分析。對于分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)，1層的設(shè)備直接安裝于0層的設(shè)備附近，實現(xiàn)就地保護、信息采集及控制功能。而2層的站級計算機，通常安裝于控制室。站內(nèi)通信網(wǎng)則連接這些從地域上分布較廣的保護、珊單元及站級計算機，使獨立的各自分散的智能設(shè)備形成一個協(xié)同工作的有機整體，用一套完整的信息系統(tǒng)實現(xiàn)信息的采集、處理、就地控制、信息的傳送與管理、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與優(yōu)化等功能。變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)有三個流向。第一流向是從1層到2層，反映一次系統(tǒng)進行狀態(tài)的信息。如，需不斷測量的模擬量有三相電壓(V)、二相電流(I)、有功功率(P)、無功功率(Q)、電網(wǎng)頻率(F)、相位以及變壓器油溫等;狀態(tài)量包括斷路器，刀閘的狀態(tài)、運行設(shè)備狀態(tài)等;脈沖量為電能表輸出的電度量，此外還需傳送保護信息和定值以及分散錄波插件的錄波數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)信息最大，有的實時性要求較高。第二個流向是從2層到1層，通常為站級計算機下達或轉(zhuǎn)發(fā)對0層設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)命令以及對l層設(shè)備本身的修改、整定參數(shù)命令。這個方向的數(shù)據(jù)傳送量較小，但要求傳輸可靠、安全，應(yīng)有多種檢查、確認手段。第三個流向是1層設(shè)備之間的橫向數(shù)據(jù)交換。例如，分散式錄波及母線保護要求1層中各設(shè)備同步采樣、閉鎖或聯(lián)鎖跳閘，必須實時發(fā)送變電站間隔之間的數(shù)據(jù)。這就使支持對等約定的LAN在變電站得到廣泛的應(yīng)用。3.2 典型通信方案比較3.2.2 星型通信系統(tǒng)方案星型通信系統(tǒng)以安裝于控制室的站級計算機為中心點，以分散的方式分別通過通信線纜與分散在開關(guān)場的間隔級設(shè)備連接，形成1:N的連接方式，其特點為:1) 可采用光纖媒介，具有光通信的自然隔離、高抗干擾性、高安全性的特點，適合變電站的惡劣環(huán)境;2) 各間隔級單元與站級計算機之間獨立通信，獨立通信線路，自我完備，互不影響，一個分支的損壞不至影響全局;3) 采用串行通信實現(xiàn)互聯(lián)，簡便易行;4) 星型拓樸連線多，所需介質(zhì)多，尤其是站級計算機端接線多，施工復雜;5) 各間隔級單元之間的橫向通信必須通過站級計算機進行，復雜且效率不高-，易于形式成可靠性的“瓶頸”。3.2.3 總線型通信系統(tǒng)方案總線型通信系統(tǒng)克服了星型連接的不足，以一條總線連接各間隔級單元與站級計算機.因其總線類型的不同在變電站中有不同的應(yīng)用形式，覺見的有:采用傳統(tǒng)的RS422/485實現(xiàn)低速總線連接;采用局部控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)中等速度的總線連接;7 1) 基本傳統(tǒng)RS422/485低速總線，這種方案較早用于變電站綜合自動化系統(tǒng)，具有如下特點:易于實現(xiàn)，成本低廉;對較小規(guī)模系統(tǒng)，具有足夠的傳達室信率，實時性可以得到保證，但隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大，系統(tǒng)性能急劇下降;通常由于其抗干擾性能較差，一般只適宜于在控制室內(nèi)部使用，不能用于開關(guān)場或開關(guān)間內(nèi)。通信速率較低，且一般為主從結(jié)構(gòu)，各I/0單元之間的通信仍需經(jīng)站級計算機進行。2) 采用局部控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的總線局部控制網(wǎng)絡(luò)是將LAN技術(shù)應(yīng)用于控制系統(tǒng)中而產(chǎn)生的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有很高的抗干擾性能，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度適中，一般為數(shù)萬比特每秒到數(shù)兆比特每秒，能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的需要。目前，常見的有PROFIBUS、HART、Lonworks、CAN等，而在變電站中得到應(yīng)用的主要是CAN這種總線。3.3 基于CAN總線的東龐礦變電站綜合自動化系統(tǒng)由本章的研究可以得出以下結(jié)論:總線型通信系統(tǒng)更適合于變電站綜合自動化系統(tǒng),DV600系統(tǒng)為主的綜合自動化系統(tǒng)，通過分析比較，本系統(tǒng)采用控制局域網(wǎng)CAN與上位機進行通訊，進行數(shù)據(jù)交換和共享，系統(tǒng)可以通過以太網(wǎng)或RS232與調(diào)度或其他主系統(tǒng)通訊。下面對CAN進行全面介紹。3.3.1 CAN的工作原理8CAN通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型(OSI)一致。每一層與另一設(shè)備上相同的那一層通訊。實際的通訊發(fā)生在每一設(shè)備上相鄰的兩層，而設(shè)備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連。CAN的規(guī)范定義了模型的最下面兩層:數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H和AN_L，靜態(tài)時均是2.5V左右，此時狀態(tài)表示為邏輯1，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯0，稱為“顯形”，此時，通常電壓值為:CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。CAN具有十分優(yōu)越的特點，使人們樂于選擇。這些特性包括:1) 低成本2) 極高的總線利用率3) 很遠的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達10K力1)4) 高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達IMbit/s)5) 可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文6) 可靠的錯誤處理和檢錯機制7) 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)8) 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能9) 報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息CSMA/CD CSMA/CD是“載波偵聽多路訪問/沖突檢測”，(Carrie:Sense Multiple Access with Collision Detect)利用CSMA訪問總線，可對總線上信號進行檢測，只有當總線處于空閑狀態(tài)時，才允許發(fā)送。利用這種方法，可以允許多個節(jié)點掛接到同一網(wǎng)絡(luò)上。當檢測到一個沖突位時，所有節(jié)點重新回到監(jiān)聽總線狀態(tài)，直到該沖突時間過后，才開始發(fā)送。在總線超載的情況下，這種技術(shù)可能會造成發(fā)送信號經(jīng)過許多延遲。為了避免發(fā)送時延，可利用CSMA/CD方式訪問總線。當總線上有兩個節(jié)點同時進行發(fā)送時，必須通過“無損的逐位仲裁”，方法來使有最高優(yōu)先權(quán)的的報文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線上發(fā)送的每一條報文都具有唯