變電站綜合自動化技術(shù)培訓(xùn)課件

變電站綜合自動化

技術(shù)培訓(xùn)變電站綜合自動化技術(shù)培訓(xùn)提綱1、變電站綜合自動化系統(tǒng)概述2、變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計原則和結(jié)構(gòu)形式

3、變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能和實例介紹

4、變電站IED設(shè)備硬件介紹5、變電站IED設(shè)備軟件和算法6、變電站保護元件的常規(guī)配置

7、變電站綜合自動化系統(tǒng)其它IED設(shè)備

8、變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信

9、提高綜合自動化系統(tǒng)可靠性的措施

10、變電站綜合自動化系統(tǒng)的故障及排除方法11、變電站綜自系統(tǒng)的運行管理、維護和調(diào)試等知識1、變電站綜合自動化系統(tǒng)概述1.1、變電站綜合自動化系統(tǒng)的定義1.2、變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本特征

1.3、變電站自動化技術(shù)的發(fā)展歷程1.4、變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能描述

1.5、變電站綜合自動化系統(tǒng)當(dāng)前發(fā)展特點1.6、變電站綜合自動化系統(tǒng)今后發(fā)展趨勢

1.1綜自系統(tǒng)概述—定義

在國內(nèi)，變電站綜合自動化系統(tǒng)從通俗意義上講，指的是包含傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置等各種數(shù)字式設(shè)備，是集保護、測量、監(jiān)視、控制、遠(yuǎn)傳等功能為一體，通過數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)信息共享的一套微機化的二次設(shè)備及系統(tǒng)。該系統(tǒng)之所以冠名綜合自動化系統(tǒng)，是為了區(qū)別于以往只實現(xiàn)了局部功能的變電站自動化系統(tǒng)，例如采用常規(guī)保護加RTU構(gòu)成的變電站自動化系統(tǒng)。國外也有文章稱綜合自動化系統(tǒng)為“一體化的變電站控制與保護系統(tǒng)”。1.1綜自系統(tǒng)概述—定義

從國際上看，在1997年的國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）上，國際電工委員會（IEC）WG34.03工作組根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展的情況，在“變電站內(nèi)數(shù)據(jù)流的通信要求”報告中，提出了“變電站自動化”（SA，SubstationAutomation）和“變電站自動化系統(tǒng)”（SAS，SubstationAutomationSystem）兩個名詞。此名詞被國際電工委員會的TC57技術(shù)委員會（即電力系統(tǒng)通信和控制技術(shù)委員會）在制定的IEC61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中采納。在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中，對變電站自動化系統(tǒng)（SAS）的定義為：變電站自動化系統(tǒng)就是在變電站內(nèi)提供包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動化。1.2綜自系統(tǒng)概述—基本特征變電站綜合自動化系統(tǒng)具有如下特征：系統(tǒng)功能綜合化

綜合了除交直流電源外的全部二次系統(tǒng)，綜合不是簡單的拼湊，而是功能的重新劃分和性能指標(biāo)的最優(yōu)。（不是簡單的1+1）系統(tǒng)構(gòu)成的模塊化和數(shù)字化 面向被控對象，形成模塊化設(shè)計，并以模塊化為基礎(chǔ)實現(xiàn)系統(tǒng)的靈活組態(tài)（例如出線按間隔配置，規(guī)?？纱罂尚。?。而模塊化內(nèi)部又實現(xiàn)了微機化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布、分層、分散化

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從功能上采用分層設(shè)計（分三層），從物理位置上分散就近安裝（中壓安裝在高壓柜上，可靠性遠(yuǎn)高于集中式）。各子系統(tǒng)分布設(shè)計、并列運行、協(xié)調(diào)工作。1.3綜自系統(tǒng)概述—發(fā)展歷程80年代中期90后-00年代70年代國內(nèi)變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程分立的保護和自動化設(shè)備微機RTU設(shè)備和純微機保護分散的微機測控和分散的微機保護80后-90年中真正實現(xiàn)綜合自動化1.3綜自系統(tǒng)概述—發(fā)展歷程影響變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)計算機技術(shù)計算機尤其是微處理器技術(shù)的發(fā)展，決定著變電站自動化系統(tǒng)模塊集成度的提高和功能的優(yōu)化。例如早期的8位機產(chǎn)生了功能簡單的微機保護和RTU設(shè)備，現(xiàn)在的32位機及DSP實現(xiàn)了功能強大的中壓保護測控一體化設(shè)備和高壓主后備一體化保護，也實現(xiàn)了保護和控制邏輯的PLC編程，同時也催生了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)研究應(yīng)用。串行通訊技術(shù)通訊技術(shù)尤其是以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，決定著變電站自動化系統(tǒng)信息的融合和共享。例如早期的載波技術(shù)低速通訊產(chǎn)生了CDT規(guī)約實現(xiàn)有限信息的上傳，現(xiàn)在的光纖以太網(wǎng)通訊促成了IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，實現(xiàn)了變電站各設(shè)備間的無縫接入和信息的全面共享。1.4綜自系統(tǒng)概述—功能描述基本功能：測量、監(jiān)視、控制功能設(shè)備保護和安穩(wěn)保護功能BZT、VQC、程序化操作等自動控制等功能遠(yuǎn)動及數(shù)據(jù)通信功能自診斷、自恢復(fù)和自動切換功能高級功能：特征量突變捕捉和斷點再續(xù)視頻聯(lián)動和故障區(qū)域成像在線監(jiān)視和設(shè)備故障早期預(yù)警電能質(zhì)量監(jiān)視和諧波治理電網(wǎng)故障輔助分析和設(shè)備缺陷的統(tǒng)計1.5綜自系統(tǒng)概述—當(dāng)前發(fā)展特點從集中控制向綜合智能控制發(fā)展

采集和控制單元的就地化引發(fā)了跨專業(yè)綜合智能化發(fā)展。典型的如中壓間隔管理單元，實現(xiàn)了繼電保護、故障錄波、電氣測量、自動控制、電度計量、狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備維護、自我診斷等功能于一體，真正實現(xiàn)了綜合化和智能化從屏幕數(shù)據(jù)監(jiān)視到多媒體多維度監(jiān)視發(fā)展

得益于視頻監(jiān)控和在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代變電站計算機監(jiān)控從原先的畫面、文字和實時數(shù)據(jù)的刷新轉(zhuǎn)為語音告警、視頻聯(lián)動、故障點成像、健康指數(shù)顯示等多媒體多維度可視化監(jiān)視，即“四遙”->“六遙”（增加遙視和遙診）1.5綜自系統(tǒng)概述—當(dāng)前發(fā)展特點實現(xiàn)系統(tǒng)縱向和橫向的綜合

通訊協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化促進(jìn)了智能設(shè)備間的互操作性和無縫融合，既實現(xiàn)橫向設(shè)備及子系統(tǒng)間的信息共享和電氣互閉鎖，也實現(xiàn)了縱向?qū)用娴臄?shù)據(jù)的交互和數(shù)據(jù)源的一致性。（由縱向為主->橫縱結(jié)合）1.6綜自系統(tǒng)概述—今后發(fā)展趨勢 變電站的全面數(shù)字化和智能化是變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。 數(shù)字化、智能化變電站的基本目標(biāo)是：一次設(shè)備智能化二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化運行管理自動化 數(shù)字化、智能化變電站的核心標(biāo)準(zhǔn)是： IEC61850(DL/T860)變電站網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議（Communicationnetworksandsystemsinsubstations）1.6綜自系統(tǒng)概述—今后發(fā)展趨勢一次設(shè)備的智能化的關(guān)鍵技術(shù)：非常規(guī)互感器的應(yīng)用

OCT、OPT、LPCT、LPPT和MU的應(yīng)用智能化開關(guān)柜的應(yīng)用

通過就地配置智能控制單元，實現(xiàn)控制操作和狀態(tài)傳輸?shù)臄?shù)字化，具備就地電氣閉鎖和自適應(yīng)分合閘操作等功能，通過對開關(guān)在線監(jiān)測和診斷，實現(xiàn)狀態(tài)檢修。其它智能化一次設(shè)備 通過就地配置智能控制單元，實現(xiàn)控制操作和狀態(tài)傳輸?shù)臄?shù)字化，完成對變壓器、電抗器油中氣體監(jiān)視、避雷器絕緣性能監(jiān)視和高壓設(shè)備的局放監(jiān)測，實現(xiàn)狀態(tài)檢修。1.6綜自系統(tǒng)概述—今后發(fā)展趨勢1.6.2二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化 二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化包括兩個方面：傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)化信息交互網(wǎng)格化典型特性：

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。1.6綜自系統(tǒng)概述—今后發(fā)展趨勢1.6綜自系統(tǒng)概述—今后發(fā)展趨勢1.6.4IEC61850標(biāo)準(zhǔn):變電站IED通向國際標(biāo)準(zhǔn)之路一個世界

一種技術(shù)

一個標(biāo)準(zhǔn)IEC61850IEC60870-5IEC60870-6經(jīng)驗只有IEC61850能提供變電站IT的全面解決方案所有主要的變電站技術(shù)的供貨商都是IEC61850成員US委員會USTAG的IECTC57工作組10，11和12明確申明IEC作為變電站自動化的唯一標(biāo)準(zhǔn)國際認(rèn)同標(biāo)準(zhǔn)IEC61850US通過UCA?2第2章變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置2.1變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯接口2.2變電站的智能電子設(shè)備定義2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式2.4變電站自動化系統(tǒng)的配置原則2.5變電站自動化系統(tǒng)的典型配置2.1變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu)

IEC國際電工委員會TC57技術(shù)委員會（電力系統(tǒng)控制和通信技術(shù)委員會）在制定IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)時，把變電站自動化系統(tǒng)的功能在邏輯上劃分為3個層次: 站控層(stationlevel) 間隔層(baylevel) 過程層(processlevel)各層次間采用高速網(wǎng)絡(luò)通訊。站控層間隔層過程層高壓一次設(shè)備過程層的功能描述

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的功能劃分： (1)實時的電氣量檢測 主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測。 (2)運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測 主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。 (3)操作控制執(zhí)行與驅(qū)動 包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、刀閘合分控制，直流電源充放電控制。 在當(dāng)前大量應(yīng)用的變電站綜合自動化系統(tǒng)中，由于一次設(shè)備的智能化尚未實現(xiàn)，過程的功能實際全部由間隔層的設(shè)備來實現(xiàn)。因此有時也將變電站綜合自動化系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)劃分為兩層。2.1變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu)間隔層的功能描述 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等設(shè)備，間隔層設(shè)備的主要功能是：(1)匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；(2)實施對一次設(shè)備保護控制功能；(3)實施本間隔操作閉鎖功能；(4)實施操作同期及其他控制功能；(5)對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；(6)承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。2.1變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu)變電站自動化系統(tǒng)各項功能的邏輯接口①間隔層和變電站層之間保護數(shù)據(jù)交換；②間隔層與遠(yuǎn)方保護（不在本標(biāo)準(zhǔn)范圍）之間保護數(shù)據(jù)交換；③間隔層內(nèi)數(shù)據(jù)交換；④過程層和間隔層之間采樣等瞬時數(shù)據(jù)交換；⑤過程層和間隔層之間控制數(shù)據(jù)交換；⑥間隔和變電站層之間控制數(shù)據(jù)交換；⑦變電站層與遠(yuǎn)方工程師辦公地數(shù)據(jù)交換；⑧間隔之間類似聯(lián)鎖等直接數(shù)據(jù)交換；⑨變電站層內(nèi)數(shù)據(jù)交換。2.1變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu)2.2

變電站的智能電子設(shè)備定義 變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)備統(tǒng)稱為智能電子設(shè)備IED（IntelligentElectronicDevices）。IEC61850協(xié)議對智能電子設(shè)備IED的定義是： 由一個或多個處理器組成，具有從外部源接收和傳送數(shù)據(jù)或控制外部源的任何設(shè)備（例如：電子多功能儀表、數(shù)字繼電器、控制器）。這些IEDs在物理位置上，可安裝在3個不同的功能層（即變電站層、間隔層、過程層）上。2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式2.3.1早期的集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

這種系統(tǒng)集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和脈沖量等信息，集中進(jìn)行計算和處理，分別完成微機監(jiān)控、保護和一些自動控制功能。集中結(jié)構(gòu)并非指由單一的計算機完成保護和監(jiān)控的全部功能。作為變電站自動化系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)模式已被淘汰，但是RTU作為集中式系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)產(chǎn)物，得到了獨立發(fā)展，目前仍然在國內(nèi)發(fā)電廠中大量使用。 集中式系統(tǒng)的缺點：功能過于集中，設(shè)備故障影響面大軟件復(fù)雜，修改和維護工作量大組態(tài)不靈活，影響批量生產(chǎn)保護未按對象配置，維護不便集中式結(jié)構(gòu)2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式2.3.2分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

特點：采用分層式結(jié)構(gòu)設(shè)計（2~3層結(jié)構(gòu)）采用分布式結(jié)構(gòu)（各設(shè)備相互協(xié)調(diào)、獨立工作）采用面向間隔的結(jié)構(gòu)（每個電氣間隔配置一個或多個IED設(shè)備）優(yōu)點：各設(shè)備獨立完成部分功能，系統(tǒng)故障影響小，可靠性高不同的電氣間隔，IED軟硬件相似，便于批產(chǎn)和組態(tài)實現(xiàn)間隔層IED的就地布置，節(jié)省大量電纜，方便檢修減少了現(xiàn)場施工和設(shè)備安裝的工程量，調(diào)試和維護方便顯著地縮小了變電站主控室的面積。變電站擴建時，系統(tǒng)擴展方便2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式2.3.3當(dāng)前變電站綜合自動化系統(tǒng)的幾種模式

站控監(jiān)控層僅設(shè)監(jiān)控主機，通過監(jiān)控主機實現(xiàn)與遠(yuǎn)方系統(tǒng)信息交互。站控監(jiān)控層設(shè)監(jiān)控主機，通信管理單元作為前置機，監(jiān)控主機及遠(yuǎn)方系統(tǒng)僅與通信管理單元信息交互。當(dāng)間隔層設(shè)備與自動化系統(tǒng)只能采用單一非以太網(wǎng)通信接口進(jìn)行信息交互時，常采用該模式。站控監(jiān)控層設(shè)監(jiān)控主機和通信管理單元，遠(yuǎn)方系統(tǒng)通過通信管理單元與間隔層設(shè)備信息交互。而監(jiān)控主機主機則獨立從間隔設(shè)備層獲取數(shù)據(jù)信息。IED設(shè)備采用以太網(wǎng)通訊后，該模式被大量使用。站控監(jiān)控層設(shè)監(jiān)控主機帶雙通信管理單元，雙通信管理單元通過雙機互備和自動切換實現(xiàn)與遠(yuǎn)方系統(tǒng)信息交互，監(jiān)控主機和通信管理機各自獨立從間隔設(shè)備層獲取數(shù)據(jù)信息，（如前圖）。該模式常用于對通訊可靠性要求較高的高電壓等級變電站中。2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式2.3.3當(dāng)前變電站綜合自動化系統(tǒng)的幾種模式

各種模式的區(qū)別： 上述模式的共同特點是采用了分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，間隔層的配置也基本相同。主要的不同在于站控層與遠(yuǎn)方調(diào)度系統(tǒng)的接口設(shè)備上。由于通信管理機作為網(wǎng)關(guān)，較常規(guī)計算機設(shè)備更為穩(wěn)定和可靠，因此模式3、4被大面積推廣。2.4變電站自動化系統(tǒng)的配置原則影響系統(tǒng)配置的主要因素 變電站綜合自動化系統(tǒng)的配置，是根據(jù)變電站一次系統(tǒng)的電壓等級、主變臺數(shù)、進(jìn)出線多少、變電站的重要程度等多方面綜合考慮的。綜合自動化系統(tǒng)配置的指導(dǎo)思想（一）通訊網(wǎng)絡(luò)首選采用以太網(wǎng)通訊監(jiān)控主機應(yīng)直接與間隔層IED交互信息采用獨立的嵌入式設(shè)計的通訊管理機與遠(yuǎn)方系統(tǒng)通訊除骨干網(wǎng)外，應(yīng)采用星型拓?fù)浣档途W(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度。2.4變電站自動化系統(tǒng)的配置原則綜合自動化系統(tǒng)配置的指導(dǎo)思想（二）IED采用面向電氣間隔配置，且應(yīng)提升IED集成度以簡化接線。同一站采用同一系列的產(chǎn)品以降低系統(tǒng)的調(diào)試維護工作量。（減少多方協(xié)調(diào)）暫不實施IEC61850標(biāo)準(zhǔn)時，站內(nèi)設(shè)備推薦使用IEC103協(xié)議。單主機系統(tǒng)采用Windows或Linux操作系統(tǒng)（簡單），多機系統(tǒng)采用UNIX操作系統(tǒng)（可靠），歷史數(shù)據(jù)庫應(yīng)采用商用數(shù)據(jù)庫（開放）。監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控軟件除能實現(xiàn)常規(guī)SCADA功能外，還應(yīng)能實現(xiàn)站內(nèi)保護設(shè)備故障信息顯示和分析。（功能集成，很強的實用性）變電站自動化系統(tǒng)間隔層設(shè)備配置原則

根據(jù)電力系統(tǒng)微機繼電保護技術(shù)導(dǎo)則，對使用3-35kV微機保護裝置宜采用保護、測量、控制、通訊為一體的四合一單元；高壓變電所的自動化系統(tǒng)，因保護配置復(fù)雜及安全性的要求，保護與監(jiān)控必須分離。據(jù)此，宜采取如下配置：電壓等級為35kV/10kV/6kV的間隔層，宜選用保護測控綜合裝置，并安裝于開關(guān)柜上。電壓等級為110kV線路、主變壓器保護監(jiān)控宜組屏安裝于中控室或保護室內(nèi)。電壓等級220kV及以上的電力設(shè)備，保護監(jiān)控應(yīng)獨立配置；并組屏安裝于中控室或保護室內(nèi)。2.4變電站自動化系統(tǒng)的配置原則2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置典型變電站配置舉例： 某110KV降壓變電站，設(shè)置兩臺110/10KV變壓器，110KV側(cè)采用內(nèi)橋接線，10KV側(cè)采用單母線分段，每段母線配一組雙Y接線電容器和一組消弧變?；舅枷耄? 采用分層分布的綜合自動化系統(tǒng)，將110KV間隔相關(guān)二次設(shè)備、主變相關(guān)二次設(shè)備、公用二次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及通信管理機集中組屏，布置在中控室內(nèi)，其余設(shè)備則就地安裝在高壓柜中。2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置一、主控室布置：后臺計算機系統(tǒng) 配置PC機或工控機、打印機、音響各一套，安裝監(jiān)控系統(tǒng)軟件，完成變電站當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、自動控制、故障分析、設(shè)備維護等功能。第一面屏：110KV線路屏 配置兩臺測控裝置（含110KV線路操作箱）、一臺備自投裝置（含橋開關(guān)操作箱），兩測控裝置各完成一條進(jìn)線的測控，備自投裝置完成進(jìn)線互投、橋開關(guān)自投以及橋開關(guān)自身的保護測控。2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置一、主控室布置：第二、三面屏：變壓器保護測控屏 每臺主變配置一套主變測控裝置，另外獨立配置變壓器主保護、后備保護和非電量保護。主變測控裝置同時完成檔位和溫度采集，以及檔位調(diào)節(jié)和接地刀的遙控）第四面屏：公共信息屏 配置一臺通信管理機、一臺公共測控裝置、一臺GPS裝置、一臺逆變電源，一臺網(wǎng)絡(luò)交換機。通訊管理機完成于遠(yuǎn)方系統(tǒng)的信息交互，公共測控裝置完成直流屏、交流屏、火災(zāi)、保安等設(shè)備的信號采集。GPS以IRIG-B碼完成全站IED設(shè)備的對時，以網(wǎng)絡(luò)或串行通信完成監(jiān)控主機的對時。網(wǎng)絡(luò)交換機，完成站控層設(shè)備的通訊。2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置二、10KV高壓室布置10KV出線間隔（16套）

16套饋線保護測控一體化裝置，就地安裝在開關(guān)柜上，完成相關(guān)的保護、測控、錄波、遠(yuǎn)傳等功能10KV電容器間隔（2套）

2套電容器保護測控一體化裝置，就地安裝在開關(guān)柜上，除完成常規(guī)的保護、測控、錄波、遠(yuǎn)傳等功能外，每套還需實現(xiàn)完成兩路零序過壓保護。10KV消弧接地間隔（2套）

2套接地變保護測控一體化裝置，就地安裝在接地柜上，除完成常規(guī)的保護、測控、錄波、遠(yuǎn)傳等功能外，還需提供消弧消諧功能。2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置二、10KV高壓室布置10KVPT間隔（2套） 2套PT測控裝置，就地安裝在PT柜上，除完成常規(guī)測控和電壓諧波、母線絕緣監(jiān)視、PT自動并列等功能。10KV分段間隔（1套） 1套備用電源自投及分段保護測控一體化裝置，就地安裝在母聯(lián)柜上，實現(xiàn)分段自投、分段開關(guān)的保護測控等功能。間隔層網(wǎng)絡(luò)交換機

16口兩套，布置在引線柜，完成10KV兩段母線各間隔的通訊集成。第3章監(jiān)控系統(tǒng)的操作和使用3.1監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)和要求3.2監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能3.3監(jiān)控系統(tǒng)軟件的體系結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例介紹3.1監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)和要求監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)：

完成一次設(shè)備的監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)采集、事件順序記錄及顯示、使值班人員把握安全控制、事故處理的主動性，減少和避免誤操作，縮短事故停電時間，提高運行管理水平，減少變、配電損失。監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求：實時性強（及時獲得關(guān)注的數(shù)據(jù)，并顯示出來）可靠性高（滿足全天候?qū)崟r監(jiān)視和控制）維護性好（方便參數(shù)修改，增刪間隔，系統(tǒng)組態(tài)）人機交流方便（友好的界面，人性化的設(shè)計）通訊可靠（通訊可靠是系統(tǒng)正常運行的保障）信息接入容量龐大（不限變電站規(guī)模，擴建方便）可編程資源豐富（提供一系列工具實現(xiàn)特殊要求）3.2監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能實時數(shù)據(jù)的采集和處理

模擬量、數(shù)字量或狀態(tài)量、電能量的采集、折算回一次值、顯示并保存到歷史庫人機界面功能 主接線、數(shù)據(jù)、報文、報表、曲線、記錄顯示運行監(jiān)視和報警越限報警、事故報警、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和記錄、工況監(jiān)視操作控制功能開關(guān)分合、電容投退、檔位調(diào)節(jié)、保護投退。具備多級權(quán)限管理和電氣閉鎖、防誤操作等功能數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計

需量記錄、電壓合格率、主變負(fù)載率、開關(guān)動作次數(shù)、事故狀況統(tǒng)計、操作記錄等3.2監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能事故記錄和追憶 保護報文、SOE記錄、開關(guān)變位記錄、事故前后的電壓電流采樣值故障分析 故障錄波波形顯示、運算、分析、故障電壓、電流顯示、故障測距制表打印 對報表、報文、定值、曲線、日志等進(jìn)行手動或自動打印數(shù)據(jù)查詢 對歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷史報文、操作記錄等檢索系統(tǒng)維護 參數(shù)定義、設(shè)備增刪、限值設(shè)置、報表制作3.3監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境硬件體系結(jié)構(gòu)3.3監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境HistoricDatabasePASClientWebServerRealtimeDatabaseSuper-2000RTDBMSServerSuper-2000ServerCommunicationInterfaceSPAgentDTSClientBrowserODBC/OCIDBClientAppclient/WebclientnodeTCP/IPBasedSPBusDataprocessAPPServerSamplingprocessAlarmprocessControlprocess…DataLayerAppLayerClientLayerCCMprocessDriverManageCCMServerSPAgentSCADAClientFESClient…軟件體系結(jié)構(gòu)3.3監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境操作系統(tǒng)Unix（Solaris，AIX，HPUX，Tru64）Linux（多種發(fā)行版本）Windows（XP/2003/Vista/2007）數(shù)據(jù)庫Oracle（9i/10g/11g）MicrosoftSQLServer（2000/2005/2008）MysqlWEBApachePHP3.3監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例介紹Super-2000SCADA/EMS自動化系統(tǒng)規(guī)?？刹眉簦?最高用于省調(diào)系統(tǒng)，最低用于變電站單機監(jiān)控系統(tǒng)，靈活的硬件配置要求。系統(tǒng)跨平臺： 適用于各種主流硬件、各種主流操作系統(tǒng)、主流數(shù)據(jù)庫平滑升級： 軟件設(shè)計向上兼容，用戶可自行完成平滑升級，最大限度保護用戶投資功能強大： 集成了SCADA、EMS、PAS、RMS、DTS、AVC等功能，實現(xiàn)“六遙”功能AVC控制顯示界面3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-AVC界面遙控和視頻聯(lián)動3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-視頻聯(lián)動界面保護定值管理3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-保護定值調(diào)用保護錄波回放3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-故障錄波顯示3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-可視化界面生命線示例，紅色代表重載線路3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-生命線在SCADA中的應(yīng)用操作票界面3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-集成兩票管理

SCADA視圖CIM視圖3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-對象編輯界面對象字典定義3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-對象字典定義從畫面上調(diào)對象操作面板3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-無處不在的對象操作面板從告警中調(diào)對象操作面板3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-無處不在的對象操作面板從公式編輯中調(diào)用對象操作面板3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-無處不在的對象操作面板遙信對象操作面板斷路器對象操作面板3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-無處不在的對象操作面板從對象操作面板查詢事件3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-無處不在的對象操作面板保護對象操作面板3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-無處不在的對象操作面板變壓器圖元的參數(shù)3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-參數(shù)化圖元開關(guān)掛牌3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-參數(shù)化圖元變壓器圖元綁定到設(shè)備，圖元參數(shù)自動設(shè)定3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-超級綁定建模時自動關(guān)聯(lián)設(shè)備和測點3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-關(guān)聯(lián)和拷貝和自動粘連拓?fù)渲捎没焐?.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-拓?fù)渲鹿释瓶s略圖畫面，按告警優(yōu)先級排序3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-事故推畫面棒圖、餅圖和光字牌3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-即插即用的圖元組件系統(tǒng)控制臺組件3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-可擴展系統(tǒng)控制臺在線報文翻譯3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-在線報文自動翻譯公式編輯3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-強大的數(shù)據(jù)加工能力主變經(jīng)濟運行曲線3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-變壓器經(jīng)濟運行分析負(fù)荷管理，限電跟蹤控制3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-負(fù)荷管理基于WEB的綜合統(tǒng)計查詢3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-WEB服務(wù)3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-省調(diào)應(yīng)用3.4監(jiān)控系統(tǒng)實例-電解鋁廠應(yīng)用第4章變電站IED的硬件介紹4.1變電站IED的硬件的組成4.2模擬量采集回路4.3開關(guān)量采集回路4.4繼電器輸出回路4.5CPU核心系統(tǒng)回路4.6IED的電源系統(tǒng)4.7保護裝置操作回路4.8IED機箱設(shè)計4.1變電站IED的硬件的組成變電站IED的硬件的基本組成模擬量采集回路開關(guān)量采集回路繼電器輸出回路CPU核心系統(tǒng)回路液晶顯示和鍵盤通訊接口開關(guān)電源4.1變電站IED的硬件的組成一個IED的硬件原理框圖4.2模擬量采集回路兩種不同的模擬量采集和比較

1.直流采樣直流采樣是指將現(xiàn)場不斷連續(xù)變化的模擬量先轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，再送至A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換；即A／D轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號。直流量采樣適用于低速、緩慢變化的信號。 直流量采樣實現(xiàn)電氣隔離困難、易受高頻干擾、零漂檢測和消除困難。對快速變化的信號，實現(xiàn)高精度采樣難度高。2.交流采樣交流采樣是相對直流采樣而言，即指對交流電流和交流電壓采集時，輸入至A／D轉(zhuǎn)換器的是與電力系統(tǒng)的一次電流和一次電壓同頻率，大小成比例的交流電壓信號。在交流采樣方式中，對于有功功率和無功功率，是通過采樣所得到的u、i，計算出P、Q。交流采樣尤其適用于電力系統(tǒng)工頻變化信號?？刹捎没ジ衅鲗崿F(xiàn)隔離，容易消除檢測到直流零漂并實現(xiàn)軟件，需要采取措施實現(xiàn)雙極性采樣，對工頻信號易實現(xiàn)高精度采樣。4.2模擬量采集回路模擬量采集回路的組成1.傳感器

2.信號處理環(huán)節(jié)

3.多路模擬開關(guān)

4.采樣保持器

5.模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器 現(xiàn)代實際IED設(shè)計時，往往采用模擬開關(guān)、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換為一體的A/D器件，以提升硬件的可靠性。例如AD7865、MAX125、AD7656、ADS8364等

4.2模擬量采集回路兩種直流模擬量采集方式回路VFC光隔計數(shù)器CPU系統(tǒng)信號源隔離運放采樣保持A/DCPU系統(tǒng)信號源交流電壓電流輸入通道結(jié)構(gòu)框圖4.2模擬量采集回路采樣定理一個隨時間連續(xù)變化的物理量f(t)，下圖a，經(jīng)過采樣后，得到一系列的脈沖序列f*(t)，它是離散的信號，被稱為采樣信號，如圖c。根據(jù)香農(nóng)（Shannon）定理：如果隨時間變化的模擬信號（包括噪聲干擾在內(nèi)）的最高頻率為fmax，只要按照采樣頻率f≥2fmax進(jìn)行采樣，那么所給出的樣品系列，，…就足以代表（或恢復(fù)）f(t)了，實際應(yīng)用中常采用f≥(5～10)fmax。4.2模擬量采集回路采樣保持器的作用和原理（1）保證轉(zhuǎn)換時的誤差在A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差內(nèi)（2）實現(xiàn)多個模擬量的同步采樣（功率計算、差動保護）4.2模擬量采集回路A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)性能

（1）分辨率：分辨率反映A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬信號微小變化響應(yīng)的能力，通常以數(shù)字量輸出的最低位（LSB）所對應(yīng)的模擬輸入電平值表示。N位A/D轉(zhuǎn)換能反映1/2n滿量程的模擬量輸入電壓。一般用A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)來表示分辨率。

A/D位數(shù)分辨率

8

10

121416

1/28=1/2561/210=1/10241/212=1/40961/214=1/163841/216=1/655364.2模擬量采集回路A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)性能（2）準(zhǔn)確度：①絕對誤差：對應(yīng)一個數(shù)字量的實際模擬量的值和模擬量的理論值之差，為絕對誤差。用數(shù)字量的最小有效位表示。例如：±1/2LSB，±1LSB②相對誤差：(相對誤差/滿量程的模擬量）×100%（3）轉(zhuǎn)換時間：完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間。對變電站IED而言，即便每周波200點密集采樣，全部通道轉(zhuǎn)換周期也只要小于100μs即可。例如：AD7865的每通道轉(zhuǎn)換時間為2.4μs（4）量程：A/D轉(zhuǎn)換器所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓的范圍①單極性：0～＋5V，0～＋10V，0～＋20V，②雙極性：－2.5～＋2.5V，－5～＋5V，－10～＋10V

影響性能的關(guān)鍵因素在于AD分辨率和信號的信噪比。由于變電站IED內(nèi)部噪音約為1~5mV。提升信噪比即提升量程，故在最大±10V量程下，14位AD精度已接近信噪比極限，采用更高AD位數(shù)效果并不明顯。4.2模擬量采集回路4.3開關(guān)量采集回路開關(guān)量的采集的幾個注意事項

1、信號輸入推薦采用DC110/220V高電壓輸入以提升抗干擾能力

2、輸入端提供低通濾波和反向旁路抑制高頻干擾

3、應(yīng)實現(xiàn)內(nèi)外信號電氣隔離

4、應(yīng)設(shè)定合適的開關(guān)量動作檢出閾值，例如DC220V輸入的開關(guān)量，閾值設(shè)定在110V。

5、從時間或閥值上具備一定的遲滯特性來過濾抖動采用光電隔離的開關(guān)量輸入方式4.3開關(guān)量采集回路采用繼電器隔離的開關(guān)量輸入方式兩種輸入方式的優(yōu)缺點對比1、采用光耦隔離的開關(guān)量輸入方式 節(jié)省空間、功耗低(一般設(shè)定2mA)、速度快(幾十us)、成本低廉、抗擾動性能不如繼電器，但電氣隔離能力優(yōu)于繼電器2、采用繼電器隔離的開關(guān)量輸入方式 具有天然的遲滯特性，抗擾動能力強。但所占空間大、功耗大（一般至少為5~10mA）、速度慢（幾ms），成本高4.3開關(guān)量采集回路4.3開關(guān)量采集回路開關(guān)量、數(shù)字量輸入的后續(xù)輸入回路一種開關(guān)量光耦輸入前置抗擾動處理回路4.3開關(guān)量采集回路CPU對開關(guān)量、數(shù)字量采集的處理方式1、狀態(tài)變化申請中斷方式采樣 實時性極高（us級響應(yīng)），采樣電路復(fù)雜，丟失中斷時將監(jiān)測不到變化的信號，故僅用于高速信號捕捉時才使用。2、采用定時掃描方式采樣 采樣電路簡單，采集方式性能可靠，可與交流采樣中斷中順帶實現(xiàn)，實時性也能滿足一般遙信量的需要。例如在每周波24點下，時間分辨率為0.833ms。但高于掃描周期高速變化信號則無法捕捉。常用于遙信量采集。4.3開關(guān)量采集回路軟件的防抖處理 軟件處理時應(yīng)捕捉第一次狀態(tài)變化時間，但應(yīng)延時判別后才能確認(rèn)狀態(tài)是否變化4.3開關(guān)量采集回路判有變位，記錄事件放于暫存中復(fù)雜濾波時間到，變位有效，正式記錄此事件T4.4開關(guān)量輸出回路開關(guān)量輸出回路的幾個注意事項

1、繼電器線圈去激勵時的瞬變干擾抑制

2、多重閉鎖措施防止誤出口

3、根據(jù)控制對象的特點設(shè)計印制板走線

4、應(yīng)實現(xiàn)內(nèi)外信號電氣隔離

5、推薦兩級隔離抑制源于輸出回路的傳導(dǎo)干擾常用數(shù)字量輸出接口電路 輸出接口電路可直接由CPUIO引腳內(nèi)部寄存器鎖存輸出，也可由外部控制總線鎖存輸出。 兩則的區(qū)別僅僅在于鎖存器在CPU片內(nèi)還是片外。顯然片內(nèi)鎖存可靠性更高些，但CPUIO資源往往有限，無法滿足大規(guī)模開關(guān)量輸出需要。4.4開關(guān)量輸出回路繼電器輸出電路設(shè)計繼電器線圈并列續(xù)流二級管抑制瞬變干擾動作于開關(guān)的出口繼電器，其工作電源必須經(jīng)裝置自診斷輸出和裝置啟動輸出控制推薦采用光耦將CPU邏輯電源與繼電器工作電源進(jìn)行隔離動作于開關(guān)的出口繼電器，其印制板走線應(yīng)滿足額定10A的載流能力，相應(yīng)的繼電器接點容量也應(yīng)滿足大容量負(fù)載要求所有出口和信號輸出印制板走線長度應(yīng)盡量短，減少外部干擾信號進(jìn)入IED內(nèi)部的輻射空間4.4開關(guān)量輸出回路繼電器輸出回路設(shè)計4.4開關(guān)量輸出回路VCC24VQDQDJVCC24VBSBSJVCC24VTZTZJCPU核心系統(tǒng)基本組成CPU芯片（8~32位，DSP、ARM、COLDFIRE、PPC、51/96）RAM及容量（SRAM或SDRAM、帶電池SRAM，1~16M字節(jié))可編程ROM及容量（FLASH，1~16M字節(jié)）地址譯碼電路（CPLD、FPGA等）RTC(實時日歷時鐘)硬件WATCHDOG及電源監(jiān)視回路4.5CPU核心系統(tǒng)介紹CPU核心系統(tǒng)可選模塊大容量存儲單元（SD卡、CF卡、U盤）以太網(wǎng)絡(luò)（32位自帶以太網(wǎng)接口、外掛網(wǎng)絡(luò)接口）串行接口（RS485/232）關(guān)于三種總線選擇方式的技術(shù)評價總線不出CPU

特點：所需器件最少，受干擾面積最小，可靠性最高 缺點：資源有限，軟硬件升級困難，僅用于代碼量小的IED設(shè)備總線不出模塊特點：易共享軟硬件平臺，升級方便，易規(guī)模化生產(chǎn)缺點：集成度高，布線密集總線不出CPU板特點：布線容易缺點：針對特別的IED開發(fā)，易造成板件種類增多，受干擾面積最大，可靠性最低。4.5CPU核心系統(tǒng)介紹4.5CPU核心系統(tǒng)實例電源系統(tǒng)-IED的“心臟”完成高電壓小電流輸入到低壓大電流輸出的轉(zhuǎn)換完成外部電源系統(tǒng)與IED內(nèi)部系統(tǒng)的隔離抑制外部高頻干擾信號對IED內(nèi)部系統(tǒng)的擾動抑制內(nèi)部高頻信號對外部電源系統(tǒng)的干擾實現(xiàn)過流、過壓、過熱保護在電源輸入較大波動下，仍然維持輸出穩(wěn)定4.6IED電源系統(tǒng)介紹電源系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則元器件等降額使用（整流器件、電容、MOSFET）電源輸出功率降額使用電解電容原理發(fā)熱器件優(yōu)化散熱條件考慮EMI和EMS壽命計算和等壽命法則運用4.6IED電源系統(tǒng)介紹電源系統(tǒng)工作原理4.6IED電源系統(tǒng)介紹X-Y濾波及共模抑制全橋整流高頻振蕩及過載檢測高頻變壓器隔離高頻整流及濾波電壓反饋電源輸入多路低壓電源輸出4.6IED電源系統(tǒng)介紹操作回路的基本功能電氣防跳動作保持以保證出口接點不拉弧斷路器異常閉鎖操作（壓力、儲能）斷路器操作回路斷線監(jiān)視斷路器位置監(jiān)視實現(xiàn)人工遠(yuǎn)方或就地分閘閉鎖重合閘4.7保護操作回路介紹4.7保護操作回路介紹機箱的基本要求美觀、實用提供人機操作界面實現(xiàn)對外部干擾的屏蔽4.8變電站保護、測控及自動化裝置機箱兩種插件布置結(jié)構(gòu)前插件結(jié)構(gòu)維護方便、強弱電分離困難、抗干擾差后插件結(jié)構(gòu)每塊插件就地實現(xiàn)內(nèi)外隔離和屏蔽、弱電走線遠(yuǎn)離強電區(qū)域、抗干擾強、組屏方式不易維護4.8變電站保護、測控及自動化裝置機箱采用后插件結(jié)構(gòu)的機箱實例第5章變電站IED設(shè)備軟件和算法5.1有效值的計算方法5.2功率和電度量計算方法5.3定時限過量保護元件的實現(xiàn)5.4定時限欠量保護元件的實現(xiàn)5.5定時限矢量保護元件的實現(xiàn)5.6反時限保護的實現(xiàn)5.7復(fù)雜保護的實現(xiàn)5.1有效值計算方法有效值計算方法主要有三種正弦函數(shù)的半周積分法周期函數(shù)的傅立葉濾波算法周期函數(shù)的真有效值計算法5.1有效值計算方法正弦函數(shù)的半周積分法一個正弦函數(shù)的半周期面積為S，而S可由離散采樣點通過梯形法近似求得。半波絕對值算法常用用于過流保護等場合5.1有效值計算方法周期函數(shù)的傅立葉濾波算法一個周期函數(shù)可用傅立葉級數(shù)展開為：該函數(shù)的基波表達(dá)式為：其中a1、b1分別為基波相量的實部和虛部，可由傅立葉逆變換求得：

5.1有效值計算方法周期函數(shù)的傅立葉濾波算法a1、b1用離散采樣點梯形法求和近似可得：

該函數(shù)對應(yīng)相量表達(dá)式為：I1=a1+jb1該相量表達(dá)式在基波功率計算、方向保護、阻抗保護、序分量計算中極為有用5.1有效值計算方法周期函數(shù)的真有效值(RMS)計算方法真有效值計算方法也稱均方根算法，常用于監(jiān)控設(shè)備中5.2功率和電度計算方法采用離散采樣值近似計算，也可得P、Q等計算表達(dá)式三表計法功率計算方法如下：功率因數(shù)的計算方法如下：兩表計法功率計算方法如下：5.3定時限過量保護的實現(xiàn)定時限過量保護種類：過流保護、過負(fù)荷保護、過壓保護、零序接地保護、 差動保護、過功率保護等定時限過量保護的基本判據(jù)：動作時間判別的實現(xiàn)方法 t>Tzd=>N>Tzd/Ts=Nzd其中Ts為保護流程計算周期在每一次保護流程計算中，有效值滿足條件則+1，不滿足條件則將整個計數(shù)器清零。累加值達(dá)到整定值則動作返回系數(shù)的處理：

返回系數(shù)理論可為1，但一般設(shè)定0.95~0.98，目的在于： 被測量在動作邊界時有一個明確的輸出結(jié)果 保證輸出接點不抖動以延長接點壽命5.4定時限欠量保護的實現(xiàn)定時限欠量保護種類：低電壓保護、電機失載保護、全阻抗距離保護、低頻減載等定時限欠量保護的基本判據(jù)：動作時間和返回系數(shù)的處理與過量保護類似，所不同的是，對欠量保護而言，返回系數(shù)常設(shè)為1.02~1.055.5矢量保護的實現(xiàn)矢量保護以判別角度是否滿足動作范圍為主，矢量保護的種類包括：方向繼電器、姆歐繼電器等姆歐繼電器動作方程：正方向繼電器動作方程：顯然，上述兩個判別式可以簡化其特征矢量的實部的極性判別。5.6反時限保護的實現(xiàn)以IEC規(guī)定的幾種反時限過流保護為例：一般反時限標(biāo)準(zhǔn)方程為：非常反時限標(biāo)準(zhǔn)方程為：極端反時限標(biāo)準(zhǔn)方程為：上述表達(dá)式中，Tp、Ip為整定值，Ts為保護流程間隔時間5.7復(fù)雜保護的實現(xiàn) 對邏輯相對復(fù)雜的保護，往往是對多個過量判別元件、欠量判別元件和矢量判別元件的”與或非”邏輯和優(yōu)先級邏輯組合。以復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護為例，其動作判據(jù)如下： 只有上述幾個判據(jù)同時滿足時，保護才出口。復(fù)合電壓判據(jù)又是一個欠量元件和一個過量元件的或邏輯：

Uφφmin<ULzd或U2>U2zd采用序分量判別方向元件時，方向元件又是一個復(fù)合判據(jù)：負(fù)序判據(jù)：θ+90°<ArgU2/I2<θ+270°（I2>I2q）零序判據(jù)：θ+90°<ArgU0/I0<θ+270°（I0>I0q）正序判據(jù)：θ-90°<ArgU1/I1<θ+90°優(yōu)先級第6章變電站保護元件的常規(guī)配置6.1繼電保護的基本要求6.2高壓輸電線路保護配置6.3主變的保護配置6.4母線保護6.5中壓聯(lián)絡(luò)線的保護配置6.6電容器的保護配置6.7中壓饋出線的保護配置6.8備自投裝置的功能配置6.9廠用電快切的功能配置6.10其它安全穩(wěn)定裝置6.1繼電保護的基本要求繼電保護和安全自動裝置的作用 電力系統(tǒng)的電力元件或系統(tǒng)本身發(fā)生故障或危及安全運行的事件時，及時告警或直接跳閘，以終止事件發(fā)展的自動化設(shè)備。 繼電保護裝置保證電力元件安全運行 安全自動裝置保證電力系統(tǒng)安全運行繼電保護的任務(wù) 設(shè)備故障，迅速準(zhǔn)確實現(xiàn)最近點斷路器跳閘，減少對設(shè)備的損壞，降低對系統(tǒng)安全供電的影響，滿足穩(wěn)定性要求 反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況，及時發(fā)信或自動調(diào)整，或自動切除那些繼續(xù)運行將引發(fā)事故的電氣設(shè)備。6.1繼電保護的基本要求電力系統(tǒng)對繼電保護的基本要求可靠性-最基本的性能要求可信賴-不拒動，通過雙重化提升。 安全性-不誤動，通過改善工藝和質(zhì)量提升選擇性 選擇對系統(tǒng)影響最小的點，終止事故發(fā)展 措施：時限和定值滿足上下級級差配合 提供后備保護-中壓遠(yuǎn)后備，高壓近后備 高壓配置雙重化及斷路器保護快速性 最快速度切除故障，結(jié)合重合閘，提升暫態(tài)穩(wěn)定性。靈敏性 對設(shè)計規(guī)定要求動作的故障和狀態(tài)，能夠可靠的動作 需協(xié)調(diào)好與選擇性之間的矛盾6.2輸電線路保護配置高壓、超高壓輸電線路保護基本配置 相間和接地距離保護（21P/21N） 零序過流和零序方向保護（51N/67N） 重合閘（三相、單相、綜合）（79） 光纖差動保護（87L，終端線不配） 振蕩檢測和失步保護（78，終端線不配） 斷路器失靈保護（50BF，110KV不配） 非全相運行保護（52PD，110KV不配） 過流保護和過流方向保護（50P/51P/67P） 低頻保護（81U）

低壓保護（27）6.2主變保護基本配置主變保護基本配置 主變差動保護（87T） 復(fù)壓過流和方向過流（50P/51P/67P） 零序過流和方向零序（51N/67N） 零序過壓保護（59N） 過負(fù)荷控制（51P） 非電量保護（瓦斯、壓力、溫度、冷卻器故障） 距離保護和振蕩閉鎖（21，110KV不配） 過激磁保護（24，110KV不配） 斷路器失靈保護（50BF，110KV不配）6.3母線保護配置母線保護基本配置 母線差動保護（87B） 斷路器失靈保護（50BF） 復(fù)合電壓啟動（27/59） 母聯(lián)充電保護（51） 母聯(lián)過流保護（51） 母聯(lián)失靈保護（50BF） 母聯(lián)非全相運行保護（52PD）6.4中壓聯(lián)絡(luò)線保護配置中壓聯(lián)絡(luò)線保護基本配置 復(fù)壓過流和方向過流保護（50P/51P/67P） 限制性接地保護（51N/67N） 低頻保護（81U）

低壓保護（27） 三相重合閘（79） 相間距離保護（21P，視情況配） 光纖差動保護（87L，視情況配） 振蕩檢測和失步保護（78，視情況配）6.5中壓電容器保護配置中壓電容器保護基本配置 過流保護（50P/51P/67P） 限制性接地保護（51N/67N）

低壓保護（27） 過壓保護（59） 中性線不平衡電流保護（51N） 零序電壓或不平衡電壓保護（59N）6.6中壓饋線保護配置中壓饋線保護基本配置 復(fù)壓過流保護（50P/51P） 限制性接地保護（51N） 低頻保護（81U）

低壓保護（27） 三相重合閘（79） 光纖差動保護（87L，級差不滿足時）6.7備用電源自動投入裝置配置備自投基本配置 進(jìn)線互備用 母聯(lián)或橋開關(guān)備用 母聯(lián)或橋開關(guān)過流保護（50P/51P） 母聯(lián)或橋開關(guān)充電保護（50P/51P）6.8中壓馬達(dá)保護配置中壓馬達(dá)保護基本配置 過流保護（50P/51P） 限制性接地保護（51N） 低頻保護（81U）

低壓保護（27） 啟動控制（68） 堵轉(zhuǎn)保護（80） 負(fù)序過流（51） 過熱保護（49） 工藝聯(lián)鎖控制 差動保護（87M，容量2MW以上）6.9廠用電快切裝置配置快切裝置基本配置 正常手動切換、事故切換、非正常切換 快速切換 首次同期切換 檢耐受電壓切換 殘壓切換6.10其它安全穩(wěn)定裝置低周低壓減載： 按頻率多輪減載 提供頻率特殊輪防止頻率懸浮 按電壓多輪減載 提供電壓特殊輪防止電壓懸浮過負(fù)荷自動減載 按過負(fù)荷嚴(yán)重程度，提供多輪減載自動解列裝置 振蕩解列 高周切機

低周解列 低壓解列快速勵磁、PSS、SVC……第7章變電站綜合自動化其它IED設(shè)備7.1故障錄波器7.2電壓無功自動控制器（VQC）7.3測控裝置7.4總控裝置或通訊管理機7.5在線監(jiān)測設(shè)備7.1

故障錄波器 故障錄波器的功能

故障錄波器帶數(shù)據(jù)記憶功能，能記錄故障前后系統(tǒng)的電壓、電流、頻率等變化的全工程以及繼電保護和安全自動裝置的動作行為，為分析系統(tǒng)事故提供科學(xué)依據(jù)。它的主要作用如下： 找出事故原因，制定反事故措施 利于解決復(fù)雜故障、不正確動作、記錄不全或次序顛倒 為查找故障點提供依據(jù) 判斷故障性質(zhì)、測算故障距離

積累運行經(jīng)驗，提供運行水平 判定故障性質(zhì)，方便統(tǒng)計分析 找出繼電保護不正確動作的原因，及時改進(jìn) 分析斷路器可能存在的問題，便于改進(jìn) 為檢修工作提供依據(jù)7.1

故障錄波器故障錄波器的啟動判據(jù)

相電壓和零序電壓突變量啟動

U=5%Un，U0=2%Un 電壓越限啟動

U<90%Un，U<110%Un，U2=3%Un，U0=2%Un

主變中性點電流越限啟動

3I0=2%In 頻率越限和滑差越限啟動 f<49.5Hz，f>50.5Hz，df/dt>0.1Hz/s

系統(tǒng)振蕩啟動

0.5s內(nèi)I波動大于10%In 保護跳閘接點啟動 人工啟動7.1

故障錄波器故障錄波器的記錄格式

分時段記錄 至少為擾動前、擾動初期、擾動中期、擾動后期、恢復(fù)期五個時段，前2個時期為原始波形，后3個時期可為有效值波形

不定長錄波 錄波長度由啟動次數(shù)和故障性質(zhì)決定故障錄波器的數(shù)據(jù)輸出格式

符合暫態(tài)數(shù)據(jù)交換格式COMTRADE格式7.2

電壓無功自動控制器變電站調(diào)壓的主要手段 有載調(diào)壓變壓器

UL=UH/Kt調(diào)節(jié)變比Kt實現(xiàn)調(diào)壓 補償電容器

U=US-U=[P*RS+(Q-QC)*XS]/U 投退電容器，改變系統(tǒng)壓降VQC的目標(biāo)

維持供電電壓在規(guī)定范圍內(nèi) 保持系統(tǒng)穩(wěn)定和無功平衡 保證電壓合格前提下網(wǎng)損最小7.2

電壓無功自動控制器VQC裝置的基本要求自動識別運行方式，并采取相應(yīng)的控制策略能靈活設(shè)定電壓允許偏差和功率因素上下限能閉環(huán)檢測控制輸出，不成功則采取相應(yīng)對策，并保存記錄變壓器的分接頭控制和電容器組的投切考慮各種條件的限制；7.2

電壓無功自動控制器cosφ0UU0cosφHcosφLQ0區(qū)目標(biāo)區(qū)8區(qū)先切電容再降壓1區(qū)，只降壓2區(qū)先降壓再投電容3區(qū)只投電容7區(qū)只切電容6區(qū)先升壓再切電容4區(qū)先投電容再升壓5區(qū)，只升壓UHULVQC九區(qū)控制策略為達(dá)到更加優(yōu)化的控制策略，可從九區(qū)控制演化為27區(qū)控制7.2

電壓無功自動控制器主變調(diào)檔應(yīng)遵循以下條件和要求多臺變壓器并列運行時必須保證同步調(diào)檔；確保有載調(diào)壓分級進(jìn)行，一次調(diào)一檔，前后兩次調(diào)檔應(yīng)有一定延時；人工閉鎖或主變保護動作或主變停運閉鎖調(diào)擋；調(diào)檔命令發(fā)出后要進(jìn)行校驗，發(fā)現(xiàn)拒動、滑檔閉鎖調(diào)檔機構(gòu)主變過負(fù)荷、母線電壓太低閉鎖調(diào)檔。主變故障、母線故障閉鎖調(diào)壓；主變的檔位已達(dá)極限或出現(xiàn)滑檔等閉鎖調(diào)壓7.2

電壓無功自動控制器電容投切操作應(yīng)滿足以下條件和要求電容器組的投切應(yīng)實行輪流原則，即保證先投者先切、先切者先投；電容器組輪換投切應(yīng)考慮運行方式的影響，當(dāng)多臺主變既有關(guān)聯(lián)又有獨立性時，應(yīng)各自投入本身的電容器；人工投切的電容器組也應(yīng)參加排隊；主變低壓側(cè)電壓過高或過低應(yīng)閉鎖電容的投切；電容器檢修或保護動作應(yīng)閉鎖投切；母線故障、電容器正常退出運行是閉鎖投切；7.3

測控裝置變電站測控裝置應(yīng)用范圍110KV及以上斷路器需單獨配置測控主變宜單獨配置測控變電站公共設(shè)施需配置公共量測控裝置變電站測控的功能提供常規(guī)“四遙”功能實現(xiàn)必要的電氣邏輯閉鎖功能能接入本間隔其它IED設(shè)備的信息和狀態(tài)7.4

總控裝置或通訊管理機總控裝置或通訊管理機的主要功能擔(dān)當(dāng)變電站自動化系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)間的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)雙方的物理隔離。提供多個網(wǎng)口和各種串行通訊接口支持同時與多個主站系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)支持各種常規(guī)通訊協(xié)議，可接入站內(nèi)各IED設(shè)備支持雙機協(xié)同工作，實現(xiàn)系統(tǒng)冗余配置內(nèi)置大容量非易失性存儲器，能夠保持一段時期內(nèi)的全站重要歷史數(shù)據(jù)7.5

在線監(jiān)測設(shè)備現(xiàn)行高壓設(shè)備定期檢修制度的弊端停電試驗，減少設(shè)備的可用時間不能真實反映設(shè)備的運行狀況?！斑^剩維修”，有時試驗甚至引發(fā)維修故障試驗時間集中，工作量大，造成巨大浪費7.5

在線監(jiān)測設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點：不停電進(jìn)行，測量準(zhǔn)確性高以設(shè)備的當(dāng)前運行狀態(tài)為依據(jù)可識別故障早期征兆確定設(shè)備的最佳維修時機，實現(xiàn)“狀態(tài)修”減少停機時間，延長設(shè)備的使用壽命變電站綜合自動化系統(tǒng)第六遙--“遙診”：通過在變電站安裝在線監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)對電力設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷。7.5

在線監(jiān)測設(shè)備在線監(jiān)測對象及參數(shù)一覽表監(jiān)測對象監(jiān)測內(nèi)容電力變壓器鐵芯接地電流、油中溶解氣體互感器、耦合電容器、套管末屏電流、等值電容、介損tanδMOA避雷器泄漏電流、阻性電流、容性電流開關(guān)柜及母線接頭、地下電纜、隧道電纜、高壓進(jìn)線在線測溫斷路器動作時間、累計次數(shù)、累計的觸頭磨損量、開關(guān)動作時刻的電流波形等母線PT母線電壓、諧波電壓、系統(tǒng)頻率現(xiàn)場環(huán)境污穢電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度7.5

在線監(jiān)測設(shè)備在線油色譜分析通過安裝在線監(jiān)測設(shè)備，采用與電力油化驗室相同的氣相色譜原理，檢測出混合氣體（H2、CO、C2H2、C2H4）濃度或直接得到國標(biāo)規(guī)定的六組分氣體（H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6）的濃度，將以往變壓器油最短半年化驗一次，提升為約1小時自動檢測一次，真正實現(xiàn)對變壓器等設(shè)備的全程監(jiān)視。7.5

在線監(jiān)測設(shè)備絕緣性能在線檢測 通過對CT、CVT、MOV、耦合電容器、套管、主變鐵芯的末屏電流或接地電流的在線監(jiān)測，在線獲得設(shè)備泄露電流、阻性電流、阻容電流比、介質(zhì)損耗角、等值電容等反應(yīng)設(shè)備絕緣性能的特征值、實現(xiàn)對高壓設(shè)備絕緣性能的在線自動分析。7.5

在線監(jiān)測設(shè)備設(shè)備溫度的在線監(jiān)測通過在高壓開關(guān)柜、電力電纜及電纜頭、電纜溝道、電力變壓器、發(fā)電機、隔離開關(guān)、母線、電力電容器等高壓電力設(shè)備的內(nèi)部或表面，安裝各種溫度傳感器，實現(xiàn)對這些設(shè)備溫度的實時測量和監(jiān)視。第8章變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信8.1數(shù)據(jù)通信內(nèi)容和要求8.2數(shù)據(jù)通信的傳輸方式8.3遠(yuǎn)距離通訊技術(shù)8.4數(shù)據(jù)通信的物理接口8.5數(shù)據(jù)通信常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)8.6數(shù)據(jù)通信常用協(xié)議8.7變電站無縫通信體系-IEC618508.1數(shù)據(jù)通信內(nèi)容和要求變電站數(shù)據(jù)通信任務(wù)與內(nèi)容對外任務(wù)：完成變電站與控制中心之間信息的信息交互上傳：四遙信息、故障信息、電度信息、設(shè)備診斷信息等下達(dá)：控制命令、信息查詢、參數(shù)查詢和修改等對內(nèi)任務(wù)：過程層與間隔層的信息傳輸—數(shù)據(jù)采集、命令執(zhí)行間隔層間的信息交互—數(shù)據(jù)共享，橫向操作、控制與閉鎖間隔層與站控層信息交互—信息上傳、參數(shù)修改、命令下達(dá)8.1數(shù)據(jù)通信內(nèi)容和要求變電站數(shù)據(jù)通信對網(wǎng)絡(luò)的要求快速的實時響應(yīng)能力對計量信息、錄波信息、SOE信息、正常測量和狀態(tài)信息、參數(shù)修改、常規(guī)控制命令、狀態(tài)變位信息、快速跳閘指令、原始采樣數(shù)據(jù)、時鐘同步命令等應(yīng)按優(yōu)先級從低到高進(jìn)行排列，實現(xiàn)對帶寬資源的合理利用。很高的可靠性功能的分散化和采樣與執(zhí)行模塊的就地化，導(dǎo)致對通訊網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來越高，要求保護動作應(yīng)不依賴于通訊網(wǎng)絡(luò)的規(guī)定已不符合最新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此通訊的可靠性顯得更加重要。優(yōu)秀的電磁兼容性能電磁兼容性能直接影響通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性，必須采取措施以面對強電磁干擾、高地電位差干擾。采用分層式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只有分層式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，才能滿足分層分布式的綜合自動化系統(tǒng)分層式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)既使過程層通訊成為相對獨立的子網(wǎng)，又使站控層網(wǎng)絡(luò)流量大大降低，從而顯著提升通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性。8.2數(shù)據(jù)通信的傳輸方式并行通信和串行通訊并行通信數(shù)據(jù)各位以字或字節(jié)為單位并行傳輸、同時接收并行傳輸速度優(yōu)于傳統(tǒng)串行通訊，但需要提供多根數(shù)據(jù)線和控制線。僅能用于超短距離通訊。隨著串行通訊技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)備間通訊很少使用并行通信。串行通訊數(shù)據(jù)按一位一位的順序傳送，將一個字節(jié)的不同位，分時在同一數(shù)據(jù)線上傳送。數(shù)據(jù)傳輸雖然慢，卻可節(jié)約傳輸線，尤適用于遠(yuǎn)距離傳輸。千兆網(wǎng)的出現(xiàn)，使得串行通信傳輸速度已優(yōu)于普通并行傳輸。8.2數(shù)據(jù)通信的傳輸方式異步通信和同步通訊異步通信每一個字節(jié)傳輸均帶有起始位、停止位和可選擇的奇偶校驗位。在不帶校驗位的情況下，一個字節(jié)共占10位。停止位保證了相鄰兩字節(jié)間的間隙，并與下一個字節(jié)起始位構(gòu)成下降沿，用于下一字節(jié)通訊同步。RS232/485即采用同步傳輸。同步通訊數(shù)據(jù)塊內(nèi)部每個字節(jié)無停止位和起始位，而在數(shù)據(jù)塊傳輸開始前使用同步字符作為傳輸指示。接收方先搜索同步字符，找到后根據(jù)幀長接收數(shù)據(jù)。同步通訊要求收發(fā)雙方必須采取措施保證時鐘同頻率同相位運轉(zhuǎn)。一般地，同步通訊在數(shù)據(jù)傳輸過程中，包含著時鐘信息，接收者根據(jù)該時鐘接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)同步傳輸。電信常用的64K、2M等通訊就是采用同步傳輸?shù)摹?.2數(shù)據(jù)通信的傳輸方式串行通訊的差錯控制數(shù)據(jù)傳輸過程中經(jīng)常會遇到干擾，使數(shù)據(jù)的一位或幾位發(fā)生變化，或則，同步通訊中時鐘的丟失造成數(shù)據(jù)滑碼，因此必須及時檢測到差錯并在一定程度上糾正。奇偶校驗在串行通訊中，常在數(shù)據(jù)位后增加一個奇偶校驗位，奇校驗保證所有數(shù)據(jù)位和校驗位相加為奇數(shù)，偶校驗則反之。循環(huán)冗余校驗（CRC）一組信息碼元后面附加一組監(jiān)督碼，組成一組循環(huán)碼序列，并作為一幀信息發(fā)送出去，使得該序列能被某個預(yù)定的生產(chǎn)多項式整除。CRC校驗具有很強的檢錯能力。8.3數(shù)據(jù)通信的遠(yuǎn)距離傳輸原碼傳輸和數(shù)據(jù)調(diào)制傳輸原碼傳輸原碼傳輸指數(shù)據(jù)通信時，不做處理而直接傳輸原始數(shù)據(jù)位。原碼傳輸只能用于近距離通訊。RS232/485即采用原碼傳輸方案。調(diào)制傳輸為增加通訊抗干擾能力，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸中，必須經(jīng)過一定調(diào)制或編碼傳輸。例如數(shù)據(jù)采用模擬方式通訊時，可以使用ASK、FSK和PSK調(diào)制，然后在接收端再進(jìn)行解調(diào)，即通過調(diào)制的逆過程，將數(shù)據(jù)還原。而在采用光纖通信時，往往還需將數(shù)據(jù)編碼后才傳輸，例如將數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖編碼調(diào)制（PCM）后再進(jìn)行傳輸。8.3數(shù)據(jù)通信的遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳常用媒介明線或電纜信道敷設(shè)簡單，易受干擾，適用于近距離通訊。例如電話線電力線載波信道將0.3~2.7kHz電話信號與已調(diào)制成2.7~3.4kHz的遠(yuǎn)動信號疊加成音頻信號后調(diào)制放大耦合到高壓線路上，并在接收端經(jīng)解調(diào)分離出話路和遠(yuǎn)動信號。微波中繼信道采用300MHz~300GHz的無線電波進(jìn)行傳輸。因其采用直線傳播，繞射能力弱，必須進(jìn)行中繼。優(yōu)點在于容量大，可同時傳輸幾百~幾千個話路。且發(fā)射功率小，性能穩(wěn)定。光纖信道以激光為載體，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介進(jìn)行通訊。具有很強的抗電磁干擾能力，保密性高，容量大，安裝維護簡單。8.4數(shù)據(jù)通信的物理接口UART常用接口EIA-RS232接口標(biāo)準(zhǔn)

EIA-RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)是早期串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制定。因接口簡單，因此也廣泛應(yīng)用于變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部的通信，缺點是易受干擾，故傳輸距離短，速率低，最大傳輸距離為15米。EIA-RS422/485接口標(biāo)準(zhǔn)

RS422是對RS232電路的改進(jìn)，采用了平衡差分的電氣接口，RS422加強了抗干擾能力，使傳輸速率和距離比RS232有很大的提高。RS422用4根傳輸線，工作于全雙工；RS485由RS422變形而來，RS485采用兩線傳輸，工作于半雙工，它們的傳輸距離可到1200M，傳輸速度100K。幾種常用UART通信標(biāo)準(zhǔn)接口的主要性能RS232CRS-422RS-485操作方式單端差分差分最大電纜距離15m1200m1200m不同距離下的最大傳輸速率(bps)12m20K(15m)10M10M120m-1M1M1200m-100K100K8.4數(shù)據(jù)通信的物理接口

RS422/485的優(yōu)點： ①接口簡單，僅需一根信號電纜（雙絞線、同軸電纜），便可實現(xiàn)多節(jié)點互聯(lián)。 ②可采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸規(guī)約，例如：IEC60870-5-101/103、DNP協(xié)議等） 由于以上優(yōu)點，間隔層設(shè)備一般均能提供RS-232/485串行接口，以方便設(shè)備互聯(lián)。

RS422/485缺點： ①一般能直接相連節(jié)點數(shù)≤32 ②通信多為查詢方式8.4數(shù)據(jù)通信的物理接口現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò) 根據(jù)國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會FF（FieldbusFoundation）的定義：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。以現(xiàn)場總線構(gòu)成的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)上是分散的，從而提高了系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟性能。 現(xiàn)場總線按ISO的OSI標(biāo)準(zhǔn)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，特點如下：

(1)現(xiàn)場設(shè)備互連網(wǎng)絡(luò)化

(2)信號傳輸數(shù)字化

(3)系統(tǒng)和功能分散化

(4)現(xiàn)場總線設(shè)備有互操作性

(5)現(xiàn)場總線的通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò)8.4數(shù)據(jù)通信的物理接口電力系統(tǒng)常用的現(xiàn)場總線LonWorks現(xiàn)場總線

LonWorks的核心部件是Neuron神經(jīng)元通信處理芯片，收發(fā)器模塊和Lontalk通信協(xié)議。

LonWorks的節(jié)點相互獨立，從硬件結(jié)構(gòu)上保證當(dāng)任何一節(jié)點出現(xiàn)故障，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的工作。

LonWorks可接入上萬個節(jié)點，主要適用于大型的、對響應(yīng)時間要求不太高的分布式控制系統(tǒng)。CAN現(xiàn)場總線

CAN（ControllerAreaNetwork）控制局域網(wǎng)是一種具有很高可靠性、支持分布式控制。

CAN總線節(jié)點接入數(shù)量一般不大于110個，主要用于小型、實時性要求比較高的過程控制系統(tǒng)。8.4數(shù)據(jù)通信的物理接口現(xiàn)場總線的使用現(xiàn)狀 現(xiàn)場總線由于具備較高的實時性、以及其標(biāo)榜的開放性和互操作性，所以曾在電力系統(tǒng)中得到過大規(guī)模應(yīng)用。例如：采用LonWorks的廠家有：ABB、北京四方、上海申瑞等；采用CAN的廠家有：深圳南瑞等。但上述廠家在最新推出的產(chǎn)品中已基本停止使用（CAN總線在IED內(nèi)部仍存在一定應(yīng)用）?，F(xiàn)場總線存在問題 大信息量傳輸時實時性一般

LonWorks支持長報文傳輸，但實時性能大大降低。CAN的實時性能高，但只能用于短報文傳遞，長報文必須分拆，大大增加軟件復(fù)雜度。 開放性與互操作性遠(yuǎn)低于RS485或以太網(wǎng)

由于電力系統(tǒng)沒有一個針對各種現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，導(dǎo)致各個廠家均自行定義一套傳輸協(xié)議，兩個不同廠家間無法直接互聯(lián)互通。 生產(chǎn)成本高，工程配置不便

LonWorks的器件成本遠(yuǎn)高于RS485及以太網(wǎng)，工程每增刪一個節(jié)點或還需要專用工具配置。CAN的成本也略高于RS485，且在系統(tǒng)傳輸大量數(shù)據(jù)時還存在諸多不變。8.4數(shù)據(jù)通信的物理接口以太網(wǎng)（Ethernet） 以太網(wǎng)（Ethernet最早在美國軍方使用，但隨其在民用系統(tǒng)中的普及，已成為當(dāng)今使用最廣泛的局域網(wǎng)，在所有的網(wǎng)絡(luò)連接中，80%都是基于以太網(wǎng)的。以太網(wǎng)的優(yōu)越性 傳輸速度快（支持10-1000M），可擴展性好 生產(chǎn)和組網(wǎng)成本低 網(wǎng)絡(luò)維護和管理簡單

基于以上原因，以太網(wǎng)近幾年在變電站自動化系統(tǒng)中已得到大量應(yīng)用，且必將成為IED互聯(lián)的必然選擇。另外，受變電站強電磁場、高電位差干擾，以及存在數(shù)百米的傳輸距離，光纖以太網(wǎng)得到大量的應(yīng)用。8.4數(shù)據(jù)通信的物理接口

在網(wǎng)絡(luò)中，多個站點相互連接的方法和形式稱為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。通訊網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基本形態(tài)主要有星形、總線形和環(huán)形等，變電站自動化系統(tǒng)實際應(yīng)用時，往往是上述幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組合應(yīng)用。8.5數(shù)據(jù)通信常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形總線形環(huán)形

幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能對比8.5數(shù)據(jù)通信常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形拓?fù)淇偩€形拓?fù)洵h(huán)形拓?fù)鋫鬏敊C制點對點傳輸輪詢或總線仲裁令牌環(huán)或總線仲裁關(guān)鍵部件中心節(jié)點傳輸總線環(huán)上每一點普通點故障的影響低低高冗余方式中心節(jié)點備份無雙環(huán)自愈施工成本高低較低可靠性評價較高一般實現(xiàn)雙環(huán)自愈時最高變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活應(yīng)用 采用RS485或現(xiàn)場總線時，易采用總線形結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)接入規(guī)模大時，可采用分層分級總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即干線的每個節(jié)點都是一個網(wǎng)橋或網(wǎng)關(guān)，擔(dān)當(dāng)支線的主接點。 采用以太網(wǎng)絡(luò)時，易采用星形結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)接入規(guī)模大時，可采用分層分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，干線采用雙環(huán)自愈結(jié)構(gòu)，而支線仍采用星形網(wǎng)絡(luò)。干線的每個節(jié)點都是一個網(wǎng)橋或網(wǎng)關(guān)，擔(dān)當(dāng)支線的主接點。8.5數(shù)據(jù)通信常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)什么是通訊協(xié)議 變電站自動化系統(tǒng)作為一個整體，包含多個子系統(tǒng)和大量的IED設(shè)備，這些子系統(tǒng)或IED要實現(xiàn)信息共享，就必須借助于通訊網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。而兩個相對獨立的設(shè)備或系統(tǒng)要想成功地通信，它們借助哪種語言、交流什么、怎樣交流及何時交流，都必須遵從一系列互相都能接受的規(guī)則，這些規(guī)則的集合稱為協(xié)議，它可以定義為在兩實體間控制數(shù)據(jù)交換的規(guī)則的集合。8.6變電站數(shù)據(jù)通信常用協(xié)議 由于不同系統(tǒng)中的實體間通信的任務(wù)十分復(fù)雜，相互不可能作為一整體來處理。一種替代的辦法是使用結(jié)構(gòu)式的設(shè)計和實現(xiàn)技術(shù)，用分層或?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的協(xié)議集合，較低級別的，更原始的功能在較低級別的實體上實現(xiàn)，而它們又向較高級別的實體服務(wù)。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IS0在1977年建立了一個委員會來專門研究這樣一種體系結(jié)構(gòu)，提出了開放系統(tǒng)互連OSI模型，OSI采用分層的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，模型共有七層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。8.6變電站數(shù)據(jù)通信常用協(xié)議l

物理層：提供為建設(shè)維護和撤除物理鏈路所需的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性有關(guān)在物理鏈路上傳輸非結(jié)構(gòu)的位流以及故障檢測指示l

數(shù)據(jù)鏈路層：在網(wǎng)絡(luò)