變電站綜合自動化概述資料

1、備要鐵叁職業(yè)林東等龍?jiān)鐦I(yè)做計(jì)（給題目：變電站綜合自動化系統(tǒng)概述系別：專業(yè)（班級）：學(xué)生姓名：學(xué)號： 指導(dǎo)教師: 完成日期:摘要電網(wǎng)是一個不可分割的整體，對整個電網(wǎng)的一、二次設(shè)備信息進(jìn)行綜合利 用，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。變電站綜合自動化是一項(xiàng)提高變 電站安全、可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，向用戶提供 高質(zhì)量電能服務(wù)的一項(xiàng)措施。隨著自動化技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等 高科技的飛速發(fā)展，一方面綜合自動化系統(tǒng)取代或更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)， 已經(jīng)成為必然趨勢。另一方面，保護(hù)本身也需要自檢查、故障錄波、事件記錄、 運(yùn)行監(jiān)視和控制管理等更強(qiáng)健的功能。發(fā)展和完善變電

2、站綜合FI動化系統(tǒng)，是電 力系統(tǒng)發(fā)展的新的趨勢。采用變電站綜合自動化技術(shù)是計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)應(yīng)用的方向，也是電網(wǎng)發(fā) 展的趨勢，隨著電網(wǎng)改造的深入，雞西電業(yè)局在2010年所有變電站均將完成綜 自化改造，實(shí)現(xiàn)變電所的綜合自動化，進(jìn)而實(shí)施無人值班，減輕人員緊缺壓力， 提高企業(yè)生產(chǎn)效益。但同樣也不可避免地帶來了一些問題，本文闡述了當(dāng)前我局 變電站綜自動化系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用情況和存在的若干問題，并針對這些問題提出了一 些建議。本文介紹了變電站綜合自動化的基本概念，以及變電站綜合自動化有關(guān)的技術(shù) 要求和基本的功能配置，結(jié)合我國變電站自動化的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，對其在工程 應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了探討，并提出相應(yīng)的理解及

3、認(rèn)識。關(guān)鍵詞：變電站；綜合自動化；數(shù)字化目 錄 TOC o 1-5 h z 摘 要-1 - HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 目 錄2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 引言-1 - HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1緒論-2- HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2變電站綜合自動化的發(fā)展-3- HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 早期的遠(yuǎn)動設(shè)備-3-

4、HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 中期的變電站遠(yuǎn)動（監(jiān)控）技術(shù)-3- HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 現(xiàn)在的變電站自動化技術(shù)-4-3變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式-5-變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則-5- HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)-6-2. 1集中式的結(jié)構(gòu)形式-6-2. 2分層分布式的機(jī)構(gòu)形式-8 -2.3全分散式的結(jié)構(gòu)形式-10- HYPERLINK l bookmark29 o Current Docume

5、nt 4變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的功能-11-微機(jī)保護(hù)-11- HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 數(shù)據(jù)采集-11- HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 事件記錄和故障錄波測距-11- HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 控制和操作閉鎖-11- HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 5同期檢測和同期合閘-12- HYPERLINK l bookmark39 o Current Document . 6電

6、壓和無功的就地控制-12 - HYPERLINK l bookmark41 o Current Document .7數(shù)據(jù)處理-12- HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 8系統(tǒng)的自診斷功能-12- HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 9與遠(yuǎn)方控制中心的通信-12- HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 10防火、保安系統(tǒng)-12-5變電站綜合白動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集-13-模擬量輸入及輸出電路-13- HYPERLINK l bookmark52 o Curr

7、ent Document 開關(guān)量的檢測-16-2. 1開關(guān)量的輸入/輸出控制方式-16-2.2開關(guān)量采集電路-18- HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 5.3脈沖量輸入電路-20- HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 6變電站自動化系統(tǒng)存在的問題-22- HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 7變電站自動化系統(tǒng)的新發(fā)展-23- HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 智能化的一次設(shè)備-23- HYPERLIN

8、K l bookmark62 o Current Document 網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備-23- HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 自動化的運(yùn)行管理系統(tǒng)-23- HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 8結(jié)論-24- HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 致謝-25- HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 參考文獻(xiàn)-26-引言變電站是電力系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，它的運(yùn)行情況直接影響到電力系統(tǒng)的 可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而一個

9、變電站運(yùn)行情況的優(yōu)劣，在很大程度上取決于其二次設(shè) 備的工作性能?，F(xiàn)有的變電站有三種運(yùn)行形式:一種是常規(guī)變電站;一種是部分實(shí) 現(xiàn)微機(jī)管理、具有一定自動化水平的變電站：再有另一種就是全面微機(jī)化的綜合 自動化變電站。在常規(guī)變電站中，其繼電保護(hù)、中央信號系統(tǒng)、變送器、遠(yuǎn)動及 故障錄波裝置等所有二次設(shè)備都是采用傳統(tǒng)的分立式設(shè)備，且站內(nèi)配置有大量 控制、保護(hù)、計(jì)量用屏盤。使設(shè)備設(shè)置復(fù)雜、重復(fù)。占地面積大，口常維護(hù)管理 工作繁重。這種常規(guī)變電站的一個致命弱點(diǎn)是不具有自診斷能力，對二次系統(tǒng)本 身的故障無法檢測。為了預(yù)防這種故障，需要頻繁地定期進(jìn)行各種試驗(yàn)和調(diào)試, 而一旦出現(xiàn)了所料未及的設(shè)備故障，便會給整個變電

10、站的運(yùn)行帶來災(zāi)難性的后 果。所以變電站實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動化是必然的選擇。變電站是電力網(wǎng)中線路的連接點(diǎn)，承擔(dān)變換電壓、變換功率和匯集、分配 電能的作用，它的運(yùn)行情況直接影響到整個電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 然而一個變電站運(yùn)行情況的優(yōu)劣，在很大程度上是取決于其二次設(shè)備的工作性 能?，F(xiàn)有的變電站有三種形式：一種是常規(guī)變電站：一種是部分實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理、 具有一定自動化水平的變電站：再有另一種就是全面微機(jī)化的綜合自動化變電 站。對于常規(guī)變電站其致命弱點(diǎn)即不具有自診斷能力、故障記錄分析、能力和資 源共享能力，對二次系統(tǒng)本身的故障無法檢測，也不能全面記錄和分析運(yùn)行參數(shù) 和故障信息。而全面微機(jī)化的綜合自動化變電

11、站，是以微機(jī)化的二次設(shè)備取代了 傳統(tǒng)使用的分立式設(shè)備。集繼電保護(hù)、控制、監(jiān)測及遠(yuǎn)動等功能為一體，實(shí)現(xiàn)了 設(shè)備共享，信息資源共享，使變電站的設(shè)計(jì)簡擾、布局緊湊，實(shí)現(xiàn)了變電站更加 安全可靠的運(yùn)行。同時(shí)系統(tǒng)二次接線簡單，減少了二次設(shè)備占地面積，使變電站 二次設(shè)備以嶄新的面貌出現(xiàn)。1緒論變電站綜合自動化是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù) 和數(shù)字信號處理(DSP)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對變電站主要設(shè)備和輸、配電線路的自動 監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性自動化功能。它綜合了變電所 內(nèi)除交直流電源以外的全部二次設(shè)備功能。近年來，隨著電網(wǎng)運(yùn)行水平的提高，各級調(diào)度中心要求更多的信息，以便及 時(shí)

12、掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況，提高變電站的可控性，進(jìn)而要求更多地采用遠(yuǎn) 方集中控制，操作，反事故措施等，即采用無人值班的管理模式，以提高勞動生 產(chǎn)率，減少人為誤操作的可能，提高運(yùn)行的可靠性。另一方面，當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù), 通訊技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段的應(yīng)用，己改變了傳統(tǒng)二次設(shè)備的模式，為簡化系統(tǒng)， 信息共享，減少電纜，減少占地面積，降低造價(jià)等方面已改變了變電站運(yùn)行的面 貌?；谏鲜鲈颍冸娬咀詣踊伞盁衢T話題”已轉(zhuǎn)向了實(shí)用化階段，電力行 業(yè)各有關(guān)部門把變電站自動化做為一項(xiàng)新技術(shù)革新手段應(yīng)用于電力系統(tǒng)運(yùn)行中 來，以滿足電力系統(tǒng)中的要求。90年代以來，世界各國新建變電站大部分采用了全數(shù)字化的二次設(shè)備：相 應(yīng)

13、地采用了變電站自動化技術(shù)；我國開展變電站綜合自動化的研究及開發(fā)相比世 界發(fā)達(dá)國家較晚，但隨著數(shù)字化保護(hù)設(shè)備的成熟及廣泛應(yīng)用，調(diào)度自動化系統(tǒng)的 成熟應(yīng)用，變電站自動化系統(tǒng)已被電力系統(tǒng)用戶接受使用，但在電力部門使用過 程中大致有兩方面的原則：(1)、中低壓變電站采用自動化系統(tǒng)，以便更好地實(shí)施無人值班，達(dá)到減人 增效的目的；(2)、對高壓變電站(220kV及以上)的建設(shè)和設(shè)計(jì)來說，是要求用先進(jìn)的 控制方式，解決各專業(yè)在技術(shù)上分散、自成系統(tǒng)，重復(fù)投資，甚至影響運(yùn)行可靠 性。并且在實(shí)際的工程中尚存在以下主要問題：功能重復(fù)，表現(xiàn)在計(jì)量，遠(yuǎn)動和當(dāng)?shù)乇O(jiān)測系統(tǒng)所用的變送器各H設(shè)置，加 大了 CT, PT負(fù)載，投

14、資增加，并且還造成數(shù)據(jù)測量的不一致性：遠(yuǎn)動裝置和微 機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)一個受制于調(diào)度所，一個是服務(wù)于當(dāng)?shù)乇O(jiān)測，沒有做到資源共享，增 加了投資且使現(xiàn)場造成夏雜性，影響系統(tǒng)的可靠性； 缺乏系統(tǒng)化設(shè)計(jì)而是以一種“拼湊”功能的方式構(gòu)成系統(tǒng)，致使整個 系統(tǒng)的性能指標(biāo)不高,部分功能及系統(tǒng)指標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)。對變電站綜合H動化系統(tǒng)的匚程設(shè)計(jì)缺乏規(guī)范性的要求，尤其是系統(tǒng)的各 部分接口的通信規(guī)約，如涉及到不同廠家的產(chǎn)品，則問題更多，從而導(dǎo)致各系統(tǒng) 的聯(lián)調(diào)時(shí)間長.對將來的維護(hù)及運(yùn)行都帶來了極大的不便，進(jìn)而影響了變電站自 動化系統(tǒng)的投入率。2變電站綜合自動化的發(fā)展早期的遠(yuǎn)動設(shè)備早期的遠(yuǎn)動技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)40年代至70年代期

15、間，是在自動電話 交換機(jī)和電子技術(shù)基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，最早用于電力工業(yè)的遠(yuǎn)動設(shè)備便是由 電話繼電器、步進(jìn)器和電子管為主要元器件組成的。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，60 年代開始出現(xiàn)晶體管無觸點(diǎn)式遠(yuǎn)動設(shè)備，70年代出現(xiàn)集成電路遠(yuǎn)動設(shè)備。這一 階段的遠(yuǎn)動設(shè)備有如下主要特點(diǎn)：不涉及軟件，設(shè)備都是由硬件制造的，即非智 能硬線邏輯方式；核心硬件是晶體管以及中小規(guī)模集成電路芯片，其中晶體管開 始采用楮管，后來過渡到硅管，而集成電路芯片開始采用PM0S技術(shù)芯片，后來 采用CMOS技術(shù)和TTL技術(shù)；其設(shè)計(jì)理念是面向全站，而不是面向元件或者間隔， 因此都采用集中組屏方式：置.于廠站端的終端設(shè)備與置于遠(yuǎn)方控制中心或調(diào)

16、度中 心的接收設(shè)備均為一對一方式；遠(yuǎn)動設(shè)備內(nèi)部各部分之間以并行接口技術(shù)為主， 很少或幾乎不使用串行接口技術(shù)：與遠(yuǎn)方控制中心或調(diào)度中心之間的通信以電力 線載波技術(shù)為主，且多為復(fù)用；大部分遠(yuǎn)動設(shè)備只完成遙測與遙信二遙功能，少 部分具有遙控遙調(diào)的所謂四遙功能。早期的遠(yuǎn)動設(shè)備由被控站遠(yuǎn)動設(shè)備及廠站遠(yuǎn)動設(shè)備、控制站遠(yuǎn)動設(shè)備、遠(yuǎn)動 通道三部分組成：（1）被控站遠(yuǎn)動設(shè)備及廠站的遠(yuǎn)動設(shè)備包括遠(yuǎn)動主設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器和過 程設(shè)備三部分。過程設(shè)備乂包括信息輸入設(shè)備（如變送器等）、信息輸出設(shè)備（如 執(zhí)行盤等）以及調(diào)節(jié)器，人們習(xí)慣上又將被控站遠(yuǎn)動設(shè)備稱為遠(yuǎn)動終端，即RTU。（2）控制站遠(yuǎn)動設(shè)備包括遠(yuǎn)動主設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器

17、以及人機(jī)設(shè)備三部分。 人機(jī)設(shè)備有模擬屏、數(shù)字顯示設(shè)備、打印機(jī)、記錄儀表及控制操作臺等?？刂普?遠(yuǎn)動設(shè)備乂稱主站，它接收被控站送來的遙測、遙信信息，經(jīng)處理后反映到模擬 屏、數(shù)字顯示設(shè)備、打印機(jī)、記錄儀表上，讓調(diào)度員通過操作控制臺發(fā)出命令， 送往被控站，進(jìn)行遙控、遙調(diào)操作。（3）遠(yuǎn)動通道包括控制站和被控站的調(diào)制解調(diào)器（MODEM）和傳輸線路。遠(yuǎn) 動通道又稱數(shù)據(jù)電路，通常通過遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。2中期的變電站遠(yuǎn)動（監(jiān)控）技術(shù)20世紀(jì)80年代到90年代，由于微處理器芯片（CPU）和各種作為外圍電路 的大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和應(yīng)用，遠(yuǎn)動技術(shù)從早期方式進(jìn)入了中期發(fā)展階段。同 時(shí)它乂與個人計(jì)算機(jī)（PC）相結(jié)合

18、，出現(xiàn)了所謂數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，即SCADA 系統(tǒng)。廣義的SCADA系統(tǒng)不僅包括這里所述的遠(yuǎn)動設(shè)備，也包括調(diào)度自動化中完 整的主站系統(tǒng)。這意味著遠(yuǎn)動將向提高傳輸速度、提高編譯碼的檢糾錯能力、應(yīng) 用智能控制技術(shù)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和正確性檢驗(yàn)等方向發(fā)展，這樣遠(yuǎn)動 一詞也逐漸為監(jiān)控所取代。中期遠(yuǎn)動技術(shù)有如下主要特點(diǎn)：以單或多微處理芯片 CPU （8/16/32位）和嵌入式軟件為核心：PC的應(yīng)用提高了遠(yuǎn)動設(shè)備的應(yīng)用水平, 拓寬了遠(yuǎn)動技術(shù)的應(yīng)用空間；在采用多處理器設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)備內(nèi)部逐漸從并行接口 轉(zhuǎn)向串行接口技術(shù)；設(shè)計(jì)理念仍然面向全廠或全站，所以仍然采用集中組屏方式; 廠站端的終端設(shè)備與遠(yuǎn)方調(diào)度中心

19、或控制中心的接收逐步從一對一方式發(fā)展為 一對N方式，即一臺或兩臺前置接收設(shè)備可以接收多達(dá)32個以上廠站端設(shè)備： 與調(diào)度中心或遠(yuǎn)方控制中心之間的通信方式除了電力線載波之外還有了其它諸 如微波、特高頻、郵電線路、光纖等多種方式；遠(yuǎn)動功能由二遙發(fā)展到四遙且增 加了若干附加功能。2.3現(xiàn)在的變電站自動化技術(shù)20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，由于半導(dǎo)體芯片技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)飛 速發(fā)展，變電站自動化技術(shù)也己從早期、中期發(fā)展到當(dāng)前的變電站自動化技術(shù)階 段。其重要特點(diǎn)是：以分層分布結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的集中式：把變電站分為兩個層 次，即變電站層和間隔層，在設(shè)計(jì)理念上不是以整個變電站作為所要面對的目標(biāo), 而是以間隔和

20、元件作為設(shè)計(jì)依據(jù)，在中低壓系統(tǒng)采用物理結(jié)構(gòu)和電器特性完全獨(dú) 立，功能上既考慮測控乂涉及繼電保護(hù)這樣的測控保護(hù)綜合單元對應(yīng)一次系統(tǒng)中 的間隔出線，在高壓超高壓系統(tǒng)，則以獨(dú)立的測控單元對應(yīng)高壓或超高壓系統(tǒng)中 的間隔設(shè)備；變電站層主單元的硬件以高檔32位工業(yè)級模件作為核心，配大容 量內(nèi)存、閃存以及電子固態(tài)盤和嵌入式軟件系統(tǒng)；現(xiàn)場總線以及光纖通信的應(yīng)用 為功能上的分布和地理上的分散提供了技術(shù)基礎(chǔ)：網(wǎng)絡(luò)尤其是基于TCP/IP的以 太網(wǎng)在變電站自動化系統(tǒng)中得到應(yīng)用；智能電子設(shè)備（IED）的大量應(yīng)用，諸如 繼電保護(hù)裝置、自動裝置、電源、五防、電子電度表等可視為IED而納入一個統(tǒng) 一的變電站自動化系統(tǒng)中：與繼

21、電保護(hù)、各種IED、遠(yuǎn)方調(diào)度中心交換數(shù)據(jù)所使 用的規(guī)約逐漸與國際接軌。這個時(shí)期國內(nèi)代表產(chǎn)品有CSC系列、NSC系列及BSJ 系列。3變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式3.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則近年來由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)迅猛發(fā)展，變電站綜合自動化系統(tǒng)的技術(shù) 水平有了很大的提高，體系結(jié)構(gòu)也不斷改進(jìn)，目前已有不少變電站實(shí)現(xiàn)了不同程 度的自動化，也有不少高校、研究單位和制造廠投入到變電站綜合自動化系統(tǒng)的 研究和制造工作中，對它的設(shè)計(jì)原則、要求和看法，也積累了不少成功的經(jīng)驗(yàn)。為了達(dá)到變電站綜合自動化的總目標(biāo)，自動化系統(tǒng)應(yīng)滿足一下要求。（1）變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能全面代替常規(guī)的二次設(shè)備。綜合自

22、動化系統(tǒng) 應(yīng)集變電站的繼電保護(hù)、測量、監(jiān)視、運(yùn)行控制和通信于一個分級分布式的系統(tǒng) 中，此系統(tǒng)由多個微機(jī)保獷子系統(tǒng)、測量子系統(tǒng)、各種功能的控制子系統(tǒng)組成， 應(yīng)能代替常規(guī)的繼電保護(hù)、儀表、中央信號、模擬屏、控制屏和運(yùn)行控制裝置， 才能提高變電的技術(shù)水平和可靠性。（2）變電站微機(jī)保護(hù)的軟、硬件設(shè)置既要與監(jiān)控系統(tǒng)相對獨(dú)立，乂要相互 協(xié)調(diào)。微機(jī)保護(hù)是綜合自動化系統(tǒng)中很重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此其軟、硬件配置要 相對獨(dú)立，即在系統(tǒng)運(yùn)行中，繼電保護(hù)的動作行為僅與保護(hù)裝置有關(guān)，不依賴于 監(jiān)控系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié)，保證綜合自動化系統(tǒng)中，任何其他環(huán)節(jié)故障只影響局部功 能的實(shí)現(xiàn)，不影響保護(hù)子系統(tǒng)的正常工作。但與監(jiān)控系統(tǒng)要保持緊

23、密通信聯(lián)系。（3）微機(jī)保護(hù)裝置應(yīng)具有串行接口或現(xiàn)場總線接口，向計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或 RTU提供保護(hù)動作信息或保護(hù)定值等信息。（4）變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和配置，應(yīng)滿足無人值班的總體要求。隨 著我國電力工業(yè)進(jìn)入大電網(wǎng)、大機(jī)組的時(shí)代，無人值班變電站的實(shí)施已成為電網(wǎng) 調(diào)度自動化深入發(fā)展的必然趨勢，是電網(wǎng)調(diào)度管理的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的四遙裝置, 無論從可靠性、測量精度、傳輸速率和技術(shù)水平等方面，都不能滿足現(xiàn)代化電網(wǎng) 調(diào)度、管理的要求。變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，要從電力系統(tǒng)的安全、 穩(wěn)定運(yùn)行、提高經(jīng)濟(jì)效益等綜合指標(biāo)和提高電網(wǎng)基礎(chǔ)自動化水平的綜合要求出 發(fā)，其軟、硬件的配置必須考慮具備與上級調(diào)度通信的能

24、力，必須具備RTU的 全部功能，以便滿足和促進(jìn)變電站無人值班的實(shí)施。（5）有可靠、先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)和合理的通信協(xié)議。（6）必須保證綜合自動化系統(tǒng)具有高的可靠性和強(qiáng)的抗干擾能力。變電站安 全運(yùn)行是變電站設(shè)計(jì)的基本要求，為此，在考慮系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意主、 次分清。對關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要有一定的冗余。綜合自動化系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)要相對 獨(dú)立，一旦系統(tǒng)中某部分出現(xiàn)故障應(yīng)盡量縮小故障影響的范圍并能盡快修復(fù)故 障。為此，各子系統(tǒng)應(yīng)具有獨(dú)立的故障自診斷和自恢復(fù)功能，任一部分發(fā)生故障 時(shí)，應(yīng)通知監(jiān)控主機(jī)發(fā)出警告指示，并能迅速將自診斷信息送往控制中心。(7)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和適應(yīng)性要好。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，每年有

25、不少 新建變電站要設(shè)計(jì)、建設(shè)和投產(chǎn)，它們需要有技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能價(jià)格比 高的自動化系統(tǒng)提供選用。止匕外，每年有大量各式各樣的老站需要改造，這些老 站由于其投資水平不同，在系統(tǒng)中的地位和原來采用的設(shè)備以及基礎(chǔ)各不相同， 因此要求自動化設(shè)備應(yīng)能根據(jù)變電站不同的要求，組成不同規(guī)模和不同技術(shù)等級 的系統(tǒng)。(8)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和開放性能要好。研究新產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)盡量符合國家或 部頻標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)開放性能好，也便于升級。(9)必須充分利用數(shù)字通信的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)共享應(yīng)該是綜合自 動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，只有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，才能簡化自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少設(shè) 備的重復(fù)，才能降低造價(jià)。(10)變電站綜合自

26、動化系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作，必須統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一指揮。 變電站綜合自動化系統(tǒng)是一項(xiàng)技術(shù)密集，涉及面廣、綜合性很強(qiáng)的基礎(chǔ)自動化工 程。在研究、開發(fā)和應(yīng)用過程中，各專業(yè)要互相配合，避免各自為戰(zhàn)，整個系統(tǒng) 才能協(xié)調(diào)工作，對系統(tǒng)的信息才能集中管理和共享，避免不必要的重復(fù)和相互的 干擾。3.2綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程與集成電路技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技 術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)密切相關(guān)。隨著這些高科技的不斷發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)的體系結(jié) 構(gòu)也不斷發(fā)生變化，其性能和功能以及可靠性等也不斷提高。從國內(nèi)外變電站綜 合H動化系統(tǒng)的發(fā)展過程來看，其結(jié)構(gòu)形式有集中式、分層分布式、和全分散式 等三種類型。

27、3. 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(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口 電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)倆個和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處 理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動控制等功能，集中式結(jié)構(gòu)也并非指 由一天計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān) 控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的衛(wèi)星計(jì)算機(jī)完成的，只是每臺微計(jì)算機(jī)承 擔(dān)的任務(wù)多些。例如監(jiān)控機(jī)要負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、開關(guān)操作、人機(jī)聯(lián)系等 多項(xiàng)任務(wù)：擔(dān)負(fù)微機(jī)保護(hù)的計(jì) 算機(jī)，可能一臺微機(jī)要負(fù)責(zé)幾回低壓線路的保護(hù) 等。隨著微處理器的發(fā)展、微型計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比迅速優(yōu)于小型機(jī)后，才開始

28、發(fā)展以微處理器為核心的變電站自動化系統(tǒng)。線 路 TV TA斷 路 器 分 開 狀保 護(hù) 出 U模 擬 最 輸 入斷路器 和隔離 開關(guān)狀 態(tài)輸入繼電 保護(hù) 信息 輸入輸出接II模入接口.遙信控制器主 變 壓 器TV TA各種保護(hù)裝置監(jiān)控主機(jī)出口繼電器圖2.1集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)框圖這種集中式的結(jié)構(gòu)式更具變電站的規(guī)模，配置相應(yīng)容量的集中式保護(hù)裝置和 監(jiān)控主機(jī)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它們安裝在變電站中央控制室內(nèi)。主便延期和各進(jìn)出線及站內(nèi)所有電器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過TA、TV經(jīng)電纜 傳送到忠言控制室的保護(hù)裝置和監(jiān)控主機(jī)。繼電保護(hù)動作信息往往是取保護(hù)裝置 的信號繼電器的輔助觸點(diǎn)，通過電纜送給監(jiān)控主機(jī)。這種

29、系統(tǒng)的主要功能即特點(diǎn)是：(1)能實(shí)時(shí)采集變電站中各種模擬量、開關(guān)量，完成對變電站的數(shù)據(jù)采集和 實(shí)時(shí)監(jiān)控、制表、打印、事件順序記錄等功能。(2)完成對變電站主要設(shè)備和進(jìn)出線的保護(hù)任務(wù)。(3)集中式結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可大大減少占地面積。(4)造價(jià)低，尤其是對35kV或規(guī)模較小的變電站更為有利。集中式結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是：(1)每臺計(jì)算機(jī)的功能較集中，如果一臺計(jì)算機(jī)出故障，影響面大，因此必 須采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。(2)集中式結(jié)構(gòu)，軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試麻煩。(3)組態(tài)不靈活，對不同主線或規(guī)模不同的變電站，軟硬件都必須另行設(shè)計(jì), 工作量大，因此影響了批量生產(chǎn)，不利于推廣。(4)

30、集中式保護(hù)與長期以來采用一對一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀，不符合運(yùn) 行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩，只適合于保護(hù)算法比 較簡單的情況。3. 2. 2分層分布式的機(jī)構(gòu)形式在分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)中，將整個變電站的一次、二次 設(shè)備分為3層，即變電站層、間隔層、和設(shè)別層。在所分的3層中，變電站層稱 為2層，間隔層為1層，設(shè)備層位0層。每一層由不同的設(shè)備或不同的子系統(tǒng)組 成，完成不同的功能。圖2.2所示為變電站一、二次設(shè)備分層結(jié)構(gòu)示意圖。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)及其輔助觸點(diǎn)，也包括 電流互感器、電壓幅干起等一次設(shè)備。間隔層一般按斷路器間隔來劃分，具有

31、測量、控制部件或繼電保護(hù)部件。測 量、控制部分完成該單元的測量、監(jiān)視、操作控制、聯(lián)鎖及事件順序記錄等功能: 保護(hù)部分完成該單元線路或變壓器或電容器的保護(hù)、故障記錄等功能。因此，間 隔層本身是由各種不同的單元裝置組成的，這系統(tǒng)獨(dú)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；也可能設(shè)有數(shù)采管理機(jī)或保護(hù)管理機(jī)，分別管 理各測量、監(jiān)視單元和各保護(hù)單元，然后集中由數(shù)采管理機(jī)和保護(hù)管理機(jī)與變電 站層通信。間隔層本身實(shí)際上就是兩級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。變電站層包括站級監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動通信機(jī)等。變電站層設(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng), 供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)與間隔層之間交換信息。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要位 于1層和2層。變

32、電站層的有關(guān)自動化設(shè)備一股安裝于控制室，而單元層的設(shè)備 宜安裝于靠近現(xiàn)場，以減少控制電纜長度。至現(xiàn)場通信技術(shù)在變電站的成熟使用 前，單兀層的設(shè)備仍宜安裝在變電站控制室，從而形成了分層分布是系統(tǒng)集中組 屏的機(jī)構(gòu)。分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)有特點(diǎn)如下：(1)分層分布式的配置為了提高綜介自動化系統(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)。系統(tǒng)的功能單元包括：各種高低壓線路保護(hù)單元：電容裾保護(hù)單元: 主變壓器保護(hù)單元；備用電源自投控制單元；低頻減負(fù)荷控制單元：電壓無功控 制單元：數(shù)據(jù)采集與處理單元；電能計(jì)量單元等等。每個功能單元基本上由一個 CPU組成，多數(shù)CPU采

33、用單片機(jī)。主變壓器保護(hù)等少數(shù)功能單元由多個CPU完 成。這種按功能設(shè)計(jì)的分散模塊化結(jié)構(gòu)具有軟件相對簡單、調(diào)試維護(hù)方便、組態(tài) 靈活、系統(tǒng)整體可靠性高等特點(diǎn)。監(jiān)控主機(jī)遠(yuǎn)動主機(jī)故障濾波保 護(hù) 單 元保 護(hù) 單 元TV/TA高壓設(shè)備TV/TA高壓設(shè)備TV/TA斷路器 TV/TA斷路器圖2. 2變電站一、二次設(shè)備的分層結(jié)構(gòu)(2)繼電保護(hù)相對獨(dú)立繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中可靠性要求非常高的設(shè)備。根據(jù)國際大電網(wǎng)會議 要求，在綜合自動化系統(tǒng)中，繼電保護(hù)單元宜相對獨(dú)立，其功能不依賴于通信網(wǎng) 絡(luò)或其他設(shè)備。在分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)中，各 保護(hù)單元由獨(dú)立的電源，保護(hù)的輸入仍由電流互感器和電壓

34、互感畏通過電纜連接，輸出跳閘命令也通 過常規(guī)的控制電纜送至斷路器的跳閘線圈，保護(hù)的啟動、測最和邏輯功能獨(dú)立實(shí) 現(xiàn)，不依賴通信網(wǎng)絡(luò)交換信息。保護(hù)裝置通過通信網(wǎng)絡(luò)與保護(hù)管理機(jī)傳輸?shù)闹皇?保護(hù)工作信息或記錄數(shù)據(jù)。為了無人值班的需要，也可通過通信接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方讀 取和修改保護(hù)整定值。(3)具有與控制中心通信功能合自動化系統(tǒng)本身已具有對模擬量、開關(guān)量、電能脈沖曷進(jìn)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(hù)動作信息、事件順利記錄等功能，因此，不 需要獨(dú)立的RTU裝置為調(diào)度中心采集信息，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(shí)也可接受調(diào)度中心下達(dá)的控制、操作命令和在線修改保 護(hù)定值命令，并

35、加以執(zhí)行。(4)可靠性高由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，各功能模塊都由獨(dú)立的電源供電，輸入/輸出回路都相互獨(dú)立，任何一個模塊故障，只影響局部功能的實(shí)現(xiàn)，不影響全局，系統(tǒng)的可 靠性得到提高。（5）維護(hù)管理方便分層分布式系統(tǒng)采用集中組屏機(jī)構(gòu)，全部安裝在控制室內(nèi)，工作環(huán)境較好， 電磁干擾相對開關(guān)柜附近較弱，維護(hù)和管理方便。（6）需要電纜較多對于規(guī)模較大的變電站，由于設(shè)備分布較廣，安裝時(shí)需要的控制電纜相對較 多，增加了電纜投資。3. 2. 3全分散式的結(jié)構(gòu)形式硬件結(jié)構(gòu)為完全分散式的綜合自動化系統(tǒng)，是指以變壓器、斷路器、母線等 一次主設(shè)備為安裝單位，將保護(hù)、控制、輸入/輸出、閉鎖等單元就地分散安裝 在一次主設(shè)備的開

36、關(guān)屏上，安裝在主控制室內(nèi)的主控單元通過現(xiàn)場總線與這些分 散的單元進(jìn)行通信，主控單元通過網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主機(jī)聯(lián)系，如圖2.3所示。圖2.3完全分散式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這種完全分散式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)模式上可分為兩種：一種是保 護(hù)相對獨(dú)立，測量和控制一體，例如SIEMENS的LSA678,國內(nèi)的DISA-2BJ-F3 型等系統(tǒng)：另一種是保護(hù)、測量、控制完全合一，實(shí)現(xiàn)變電站自動化的高度綜合, 例如ABB公司的SCSI00. SCSS200等系統(tǒng)。這種完全分散型結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：（1）系統(tǒng)部件完全依主設(shè)備分散安裝。（2）節(jié)約控制室面積。（3）節(jié)約二次電纜。（4）綜合性強(qiáng)。4變電

37、站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的功能4.1微機(jī)保護(hù)對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，包括線路保護(hù)，變壓器保護(hù)，母線保護(hù)， 電容器保護(hù)及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障記錄、存儲 多套定值、適合當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ档裙δ堋?.2數(shù)據(jù)采集（1）狀態(tài)量采集：狀態(tài)量包括：斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭 信號及變電站一次設(shè)備告警信號等。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。保護(hù)動作信號則采用串行口（1-232或1485） 或計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)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。饋線電流，電壓和功率值，頻

38、率，相位等。此外還有變壓 器油溫，變電站室溫等非電量的采集。模擬量采集精度應(yīng)能滿足SCADA系統(tǒng)的需 要。（3）脈沖量：脈沖量主要是脈沖電度表的偷出脈沖，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。3事件記錄和故障錄波測距事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動作序列記錄，開關(guān)跳臺記錄。其SOE分辨率一般在 110ms之間，以滿足不同電壓等級對S0E的要求。變電站故障錄波可根據(jù)需要 采用兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。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。4.4控制和操作閉鎖操作

39、人員可通過CRT屏幕對斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投 切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)故障時(shí)無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保留 人工直接跳合閘手段。操作閉鎖應(yīng)具有以下內(nèi)容：（1）電腦五防及閉鎖系統(tǒng)（2）根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，自動實(shí)現(xiàn)斷路器，刀閘的操作閉鎖功能。（3）操作出口應(yīng)具有同時(shí)操作閉鎖功能。（4）操作出口應(yīng)具有跳合閉鎖功能。5同期檢測和同期合閘該功能可以分為手動和自動兩種方式實(shí)現(xiàn)?？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)。4.6電壓和無功的就地控制無功和電壓控制一般采用調(diào)整變壓器分接頭，投切電容器組，電抗器組，同 步調(diào)相機(jī)等方式實(shí)現(xiàn)O操作方式可手動可自動，人工操作可

40、就地控制或遠(yuǎn)方控制O 無功控制可由專門的無功控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)裝置測量 的電壓，無功和變壓器抽頭信號通過專用軟件實(shí)現(xiàn)。7數(shù)據(jù)處理記錄歷史數(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）斷路器動作次數(shù)（2）斷路器切除故障時(shí)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(shí)記錄的最 大，最小值及其時(shí)間。（4）獨(dú)立負(fù)荷有功、無功，每天的峰谷值及其時(shí)間（5）控制操作及修改整定值的記錄，根據(jù)需要，該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝?實(shí)現(xiàn)，也可在遠(yuǎn)動操作中心或調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)。4. 8系統(tǒng)的自診斷功能系統(tǒng)

41、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。4. 9與遠(yuǎn)方控制中心的通信本功能在常規(guī)遠(yuǎn)動“四遙”的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)定值、故障錄 波與測距信號的遠(yuǎn)傳等，其信息量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動系統(tǒng)。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(shí)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。保護(hù)和故障錄波 信息可采用獨(dú)立的通信與調(diào)度中心相連。4.10防火、保安系統(tǒng)從設(shè)計(jì)原則而言，無人值班變電站應(yīng)具有防火、保安措施。變電站綜合自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模擬輸入及輸出電路變電站綜合自動化系統(tǒng)采

42、集的電流、電壓、有功功率、無功功率、溫度等都 屬于模擬量。模擬量的輸入電路是綜合自動化系統(tǒng)中很重要的電路，綜合自動化 裝置的動作速度和測量精度等性能都與該電路密切相關(guān)。模擬量輸入電路的主要 作用是隔離、規(guī)范輸入電壓及完成模/數(shù)變換，以便于CPU接口，完成數(shù)據(jù)采集 任務(wù)。根據(jù)模/數(shù)變換原理的不同，綜合自動化裝置中模擬量的輸入電路有兩種方 式：一是基于逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換方式（ADC）,直接將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的 變換方式；二是利用電壓/頻率變換（VFC）原理進(jìn)行模/數(shù)變換方式，將模擬量電 壓先轉(zhuǎn)換為頻率脈沖量，通過脈沖計(jì)數(shù)變換為數(shù)字量的一種變換形式。計(jì)算機(jī)輸出的信號以數(shù)字的形式給出，而有的執(zhí)行元件

43、要求提供模擬的電流 或電壓，因此采用模擬量輸出通道來實(shí)現(xiàn)。（1）基于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入電路一個模擬量從變電站的主回路到微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存，中間要經(jīng)過多個轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) 和濾波環(huán)節(jié)。模擬量輸入電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示。主要包括電壓形成電路、 低通濾波電路、采樣保持電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及A/D變換芯片五部分。下面分 別介紹這五部分的工作原理及作用?？偩€圖4.1逐次逼近式模擬量輸入電路框圖（2）電壓形成電路綜合自動化裝置要從電流互感器（TA）和電壓互感器（TV）取得信息，但 這些互感器的二次側(cè)電流或電壓不能適應(yīng)模/數(shù)變換器的輸入范圍要求，故需對 它們進(jìn)行變換。一般采用中間的變換器將一次設(shè)備電壓

44、互感器二次側(cè)引來的電 壓進(jìn)一步降低，電流互感器二次側(cè)引來的電流變成交流電流。經(jīng)低通濾波器及雙 向限幅電路，將通過中間變換器降低或轉(zhuǎn)換后的電壓變成后面環(huán)節(jié)中AQ轉(zhuǎn)換芯片所允許的電壓范圍。一般模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片要求輸入信號電壓為5V或10V,由此可以決定上述各種 中間變換的變比。電壓形成電路不僅起電量變換作用，還將一次設(shè)備的電流互感 器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機(jī)AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)完全合理，提高抗干擾 能力。圖3.3中的穩(wěn)壓管組成雙向限幅，使電路后面環(huán)節(jié)的采樣保持器、A/D變 換芯片的輸入電壓限制在峰一峰值10V或(5V)以內(nèi)。(3)低通濾波器與采樣定理連續(xù)時(shí)間信號的采樣。微機(jī)處理的都是數(shù)字信號，因

45、此需將隨時(shí)間連續(xù) 變化的模擬量變成數(shù)字信號，對模擬量進(jìn)行采樣，將一連續(xù)的時(shí)間信號x(t)變 成離散的時(shí)間信號/(t)o采樣時(shí)間間隔由采樣控制脈沖S(t)來控制，相鄰兩 個采樣的時(shí)間間隔稱為采樣周期，通常用TsL來表示。采樣僅是每隔Ts時(shí)間久 取一次模擬信號的即時(shí)幅值，顯然它在每隔采樣點(diǎn)上(0, ITs, 2Ts,)的幅 值與輸入的連續(xù)信號x(t)的幅值是相同的。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，對電 壓、電流量的采樣是以采樣周期間隔來表示的。采樣周期Ts的倒數(shù)是采樣頻率 fso在綜合自動化裝置中，被采樣的信號x(t)主要是工頻50Hz模擬信號，通常 以工頻每個周期的采樣點(diǎn)數(shù)來間接定義采樣周期Ts或采樣

46、頻率fs例如，工頻 每個周期采樣點(diǎn)數(shù)為12次，采樣周期Ts=20/12=5/3(ms),采樣頻率 fs=50*12=600(Hz)o采樣定理采樣是否成功，主要表現(xiàn)在采樣信號x(t)能否真是的反映出原始的連續(xù)時(shí) 間信號中所包含的重要信息，采樣定理就是回答這個問題。變電站綜合自動化系 統(tǒng)中小電流接地系統(tǒng)檢測裝置，要采樣的信號時(shí)5倍頻的電流信號，即 0=5*50=250 (Hz),采樣頻率至少應(yīng)選02*250 (Hz)才能保證采樣的5倍頻 電流信號不失真地還原。低通濾波器的設(shè)置電力系統(tǒng)在故障的暫態(tài)期間，電壓和電流含有較高的頻率成分，對所有的高 次諧波成分均不失真地采樣，頻率需取得很高，這對硬件速度提

47、出很高要求，成 本增高，實(shí)際中，大多數(shù)綜合自動化原理反映工頻分量，或者反映某種高次諧 波，因此，在采樣之前將最高信號頻率分量限制在一定頻帶內(nèi)，即限制輸入信號 的最高頻率。降低采樣頻率fs, 一方而降低了對硬件的速度要求，另一方面對 所需的最高頻率信號的采樣不易發(fā)生失真。(4)采樣保持器數(shù)據(jù)采集模塊中采用等時(shí)間間隔采樣，實(shí)現(xiàn)連續(xù)信號采樣形成離散時(shí)間信 號。在采樣過程中需考慮以下幾個問題。采樣頻率的選擇方式。根據(jù)模擬輸入信號中的基波頻率與采樣頻率之間的 關(guān)系，采樣方式可分為異步采樣方式和同步采樣方式兩種。異步采樣：異步采樣也稱為定時(shí)采樣，即采樣周期Ts,采樣頻率fs永遠(yuǎn) 地保持固定不變。在這種采樣

48、方式下，采樣頻率fs不隨模擬輸入信號的基波頻 率變化調(diào)整，人為地認(rèn)為模擬輸入信號的基波頻率保持不變。在此條件下，通常 采樣頻率fs為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)匚頻50Hz的整數(shù)倍N,即fs=50X （Hz）o也 就是工頻50Hz每周期采樣的點(diǎn)數(shù)為No同步采樣：同步采樣也稱為跟蹤采樣即保證采樣頻率fs始終與系統(tǒng)實(shí)際運(yùn) 行頻率fl保持固定比例關(guān)系N=fs/fL使用采樣頻率隨系統(tǒng)運(yùn)行的頻率變化而 實(shí)時(shí)調(diào)整。這種同步采樣方式實(shí)施的技術(shù)保障通?？衫糜布y頻設(shè)備或軟件計(jì) 算頻率方法來配合實(shí)現(xiàn)。采樣同步采樣技術(shù)后，在數(shù)字濾波器和微型機(jī)系統(tǒng)算法 上能徹底地消除因電力系統(tǒng)頻率偏離50Hz運(yùn)行所帶來的計(jì)算誤差。同步采樣

49、方 式，相鄰兩個采樣時(shí)刻的電角度始終360 /Nc多個模擬輸入信號的采樣方式在變電站綜合自動化原理中，通?；诙鄠€模擬輸入信號（如三相電壓、三 相電流、零序電流和零序電壓）等電氣量采樣值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)多個模擬輸入信 號在采樣時(shí)刻上的對應(yīng)關(guān)系，分別采用三種采樣方法：同時(shí)采樣、順序采樣、分 組同時(shí)采樣。采樣信號的保持連續(xù)時(shí)間信號的采樣及其保持是指在采樣時(shí)刻上，把輸入模擬信號的瞬時(shí)值 記錄下來，并按所需的要求準(zhǔn)確地保持一段時(shí)間，供模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D使用。對 于采用逐次逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的工作 需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，因此，需要使用采樣保持器。（5）模擬量多路轉(zhuǎn)換

50、開關(guān)在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集模塊中，被測量往往可能是幾路或幾十路，對這些回路的 模擬量進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，為了共用A/D轉(zhuǎn)換器而節(jié)省硬件，可以利用多路 開關(guān)輪流切換各種被測量與A/D轉(zhuǎn)換電路的通路，達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的。在模擬 輸入通道中，其各路開關(guān)是“多選一”，即其輸入是多路待轉(zhuǎn)換的模擬量，每次 只選通一路，輸出只有一個公共端接至A/D轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際中，采樣的多路開關(guān)有雙四選一模擬開關(guān),如美國RCA公司的CD4052、 AD公司的AD7052：有八選一多路開關(guān)，如CD1051、AD7051、AD7053等；有16 路選一多路開關(guān)如CD4067和AD7506等。（6）模/數(shù)變換（A/D）微機(jī)型系統(tǒng)只

51、能對數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算或邏輯判斷，而電力系統(tǒng)中的電流、電壓 等信號均為模擬量。因此，必須用模/數(shù)變換器（ADC）將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號，以便于微機(jī)系統(tǒng)或數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲、控制和顯示。A/DB變換器主要有以下幾種類型：逐次逼近型、積分型、計(jì)數(shù)型、并行比較性等。5. 2開關(guān)的檢測在變電站綜合自動化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的另一個重要方面就是開關(guān)量的監(jiān)測 與識別。變電站的開關(guān)量包括斷路器、隔離開關(guān)的位置狀態(tài)、繼電保護(hù)、自動裝 置的動作狀態(tài)以及系統(tǒng)、設(shè)備等運(yùn)行狀態(tài)。這些狀態(tài)都只取兩種狀態(tài)。如開關(guān)狀 態(tài)“分”或“合，因此，可用一位二進(jìn)制數(shù)就可以傳送一個裝置的狀態(tài)。5. 2,1開關(guān)的輸入/輸出控制方

52、式綜合自動化系統(tǒng)中要輸入/輸出的參量如模擬量、開關(guān)量、脈沖量等很多， 各種量性質(zhì)不同，對速度、可靠性要求也不一樣，因此輸入輸出控制方式很多種， 主要有以下幾種。（1）同步傳遞方式同步傳遞方式只適合于CPU與比較簡單而且數(shù)據(jù)狀態(tài)變化速度緩慢或變化 速度是固定的外設(shè)交換信息時(shí)采用，例如：7段數(shù)據(jù)顯示器、開關(guān)、接地開關(guān)、 繼電器、斷路器、隔離開關(guān)、發(fā)光二極管、機(jī)械傳感器等，都屬于數(shù)據(jù)狀態(tài)變化 緩慢的外設(shè)。這類設(shè)備作輸入時(shí)，其數(shù)據(jù)保持時(shí)間相對于CPU的處理速度緩慢 得多，可以認(rèn)為其數(shù)據(jù)時(shí)準(zhǔn)備好的，CPU要讀其狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，隨時(shí)對它執(zhí)行輸 入指令，把狀態(tài)數(shù)據(jù)讀入，不必事先查詢它的工作狀態(tài)。CPU的數(shù)據(jù)總線

53、變化速度快，如果CPU要輸出數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)狀態(tài)變化緩慢的 外設(shè)時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)需在接口電路的輸出端保持一段時(shí)間，保持時(shí)間的長短與外 部接受設(shè)備的動作時(shí)間相適應(yīng)，外設(shè)才能接受到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。因此，同步傳遞方 式中輸出的接口電路往往需通過鎖存器。（2）查詢傳遞方式同步傳遞方式優(yōu)點(diǎn)是程序簡單、硬件接口簡單、可節(jié)省端口，缺點(diǎn)是執(zhí)行輸 入指令時(shí)，外設(shè)一定是準(zhǔn)備好的：執(zhí)行輸出操作時(shí)，外設(shè)一定是空的，即CPU 與外設(shè)傳遞數(shù)據(jù)時(shí)必須保證完成。如CPU不與外設(shè)同步，傳遞數(shù)據(jù)便出錯。用 查詢傳遞方式可解決此問題。查詢傳遞方式的特點(diǎn)是CPU在對輸入/輸出傳遞數(shù)據(jù)前，先輸入外設(shè)的狀態(tài), 并測試其是否“準(zhǔn)備好”，只有在測試輸入

54、/輸出設(shè)備已準(zhǔn)備就緒后，CPU才對輸 入/輸出設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)。輸入/輸出設(shè)備所謂“準(zhǔn)備好”，對輸入設(shè)備來說，即輸入 寄存器已滿一一已準(zhǔn)備好新數(shù)據(jù)供CPU讀?。粚敵龆?，即輸出寄存器已空 （原有數(shù)據(jù)已被讀?。?，可以接受CPU送來的數(shù)據(jù)。查詢方式傳遞數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)在于簡化硬件接口的情況下，以無條件程序傳遞更 容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳遞，控制程序也比較容易編制：其缺點(diǎn)是CPU需要不斷 查詢外設(shè)的狀態(tài)，這就占用了 CPU的工作時(shí)間，尤其是在于中、慢速的外設(shè)交 換信息時(shí)，CPU真正用在傳遞數(shù)據(jù)的時(shí)間相對時(shí)很少的，大部分時(shí)間消耗在查 詢。所以這種查詢方式，大多數(shù)用于CPU與單個或較少個外設(shè)交換信息的情況。（3）中

55、斷控制方式系統(tǒng)中的某些信號，如包括保護(hù)動作信號、斷路器位置信號、故障信號等， 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，很少發(fā)生開關(guān)量變位，而當(dāng)發(fā)生變位時(shí)乂需要系統(tǒng)立即進(jìn)行 處理，因此對這類信號采用中斷輸入的通信方式。采用中斷方式輸入開關(guān)量時(shí)， 每當(dāng)中斷監(jiān)測電路檢測到開關(guān)量變位時(shí)，才向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中 斷，從中斷監(jiān)測電路讀入開關(guān)量狀態(tài)，進(jìn)行信號處理。中斷時(shí)通過硬件來改變CPU程序運(yùn)行的方式。微機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行程序的過程 中，由于CPU以外的某種原因，被停止執(zhí)行當(dāng)前程序而執(zhí)行相應(yīng)的處理程序， 待處理結(jié)束后，再回來繼續(xù)執(zhí)行被終止了的原程序。這種程序在執(zhí)行過程中由于 外界的原因而被中斷打斷的情況稱為中斷。上面介

56、紹的同步傳遞方式雖然簡單，但只適合于變化速度緩慢的外設(shè)，應(yīng)用 范用有限：查詢傳遞方式雖然解決了 CPU可與各種速度的外設(shè)配合工作的問題， 但CPU必須不斷查詢外設(shè)的狀態(tài)，占用了 CPU大量的時(shí)間；在查詢方式中，CPU 一直處于主動地位，而外設(shè)時(shí)被動待查，如果有多個外設(shè)同時(shí)工作，都要等待 CPU去查詢，勢必造成有些已準(zhǔn)備好的外設(shè)或有緊急情況需要CPU立刻處理時(shí)， 由于CPU還沒查詢到，而得不到及時(shí)處理：另一方面，當(dāng)CPU查詢到的外設(shè)沒 準(zhǔn)備好時(shí)，CPU 乂必須花時(shí)間去等待它，不能干別的工作，降低了 CPU的工作 效率。為了提高CPU的工作效率和及時(shí)處理外設(shè)的請求，可采用中斷控制方式, 即當(dāng)CPU

57、需要與外設(shè)交換信息時(shí)，若外設(shè)要輸入CPU的數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，存放于 輸入寄存器中或在輸出時(shí)，若外設(shè)己把數(shù)據(jù)取走，即輸出寄存器己空，則由外設(shè) 向CPU發(fā)出中斷申請，CPU接到外設(shè)的申請后，若沒有更重要的處理，CPU就 暫停當(dāng)前執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行輸入或輸出操作，待輸入或輸出操作完成后即返 回，CPU再繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，這就大大提高了 CPU的效率，同時(shí)是外設(shè)發(fā) 生的事件能及時(shí)得到處理，因此有了中斷控制方式后，CPU就可以與多個外設(shè) 同時(shí)工作。（4）直接存儲器存取方式中斷控制方式在一定程度上實(shí)現(xiàn)了 CPU與外設(shè)并行工作，但是在外設(shè)與內(nèi) 存之間或外設(shè)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，還需經(jīng)過CPU中轉(zhuǎn)，這對高

58、速外設(shè) 在進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)傳送時(shí)，會造成中斷次數(shù)過于頻繁，影響傳送 速度，耗費(fèi)CPU 的時(shí)間。因此，采用直接存儲器存取方式，使CPU不參加數(shù)據(jù)的傳送工作，由 直接存儲器的存取方式DMA控制器來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)，或外設(shè)與外設(shè)之間的直 接快遞傳送，來減輕CPU的負(fù)擔(dān)。這種方式使微機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化， 信息傳送從以CPU為中心變?yōu)橐詢?nèi)存為中心。若采用高速存儲器，則可使外設(shè) 與CPU分時(shí)訪問內(nèi)存得以實(shí)現(xiàn)。DMA方式實(shí)際上把輸入/輸出過程中外設(shè)與內(nèi)存交換信息的那部分操作及 控制給了 DMA控制器，簡化了 CPU對輸入/輸出的控制。這對高速大批量數(shù)據(jù) 傳送特別有用。但這種方式要求設(shè)置DMA控制器，電路結(jié)

59、構(gòu)復(fù)雜，硬件開銷大。一個變電站綜合自動化系統(tǒng)中根據(jù)不同的硬件結(jié)構(gòu)及接口功能，上述四種控 制方式可能被選用在不同的信息傳遞過程中，也可能只選用其中的二、三種。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)采用定期巡查方式檢測開關(guān)量變位，讀取開關(guān)量狀態(tài)。而 對于故隙報(bào)警、斷路器位置變化、保護(hù)動作等信息，采用中斷輸入方式，由中斷 檢測電路檢測開關(guān)量變位。由于采用單獨(dú)的間隔層單元完成開關(guān)量的采集和處 理，CPU以循環(huán)的方式對開關(guān)量進(jìn)行更短周期的采集，這有利于提高逼信變位 的分辨率。5. 2, 2開關(guān)置采集電路在變電站中，除模擬信號外，還有大量的以二進(jìn)制數(shù)字變化為特點(diǎn)的信號, 如斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)，某些數(shù)值的限內(nèi)或越限、斷路器的

60、觸點(diǎn)以及人機(jī)聯(lián) 系的功能鍵的狀態(tài)等。開關(guān)量輸入電路的基本功能就是將變電站內(nèi)需要的狀態(tài)信 號引入微機(jī)系統(tǒng)，如輸電線路斷路器狀態(tài)、繼電保護(hù)信號等。輸出電路主要是將 CPU送出的數(shù)字信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、控制或調(diào)節(jié)，如斷路器跳閘命令和光子牌、 報(bào)警信號等。圖4. 2是開關(guān)量輸入電路的一個配置圖。由圖4. 2可知，開關(guān)量輸入電路由信號調(diào)節(jié)電路、控制邏輯電路、驅(qū)動電路、 地址譯碼電路、隔離電路等組成。開關(guān)量輸出電路與輸入電路基本一樣。 開關(guān)量信號都是成組并行輸入（出）微型機(jī)系統(tǒng)的，每組一般為微型機(jī)系統(tǒng)的字 節(jié)，即8位、16位或32位，對于斷路器、隔離開關(guān)等開關(guān)量的狀態(tài)，體現(xiàn)在開 關(guān)量信號的每一位上，如斷路