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變電站綜合自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢論文
摘要：本文對變電站自動化技術(shù)的發(fā)展過程和現(xiàn)狀作了論述和分析。提出了變電站自動化發(fā)展趨勢。變電站自動化技術(shù)在城農(nóng)網(wǎng)建設改造工作中，無論從其技術(shù)性、重要性、投資數(shù)和任務量占有相當?shù)牡匚�，為此闡寫本文與讀者探討。
關鍵詞：變電站;綜合自動化;發(fā)展趨勢
一、目前國內(nèi)變電站自動化技術(shù)
變電站綜合自動化的發(fā)展歷程按時間順序可將變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程分成叁個階段：
第一階段面向功能設計的集中式RTU加常規(guī)保護模式(始于20世紀80年代);
第二階段面向功能設計的分布式測控裝置加微機保護模式(始于20世紀90年代)：
第叁階段面向間隔、對象設計的分層分布式結(jié)構(gòu)模式(始于20世紀90年代末期)，是當前最為普遍的一種模式。
(一)現(xiàn)場單元功能與性能
在全分散式變電站自動化系統(tǒng)中，特點之一是以變電站一次設備(如高低壓開關等)為單位，在一次設備現(xiàn)場配置監(jiān)控和保護的現(xiàn)場輸入輸出葷元。如前節(jié)所述，現(xiàn)場單元可以是監(jiān)控和保護二合一裝置，亦可以保持相對獨立，但有一點是共同的，就是現(xiàn)場單元要求能獨立完成監(jiān)控和保護的功能。
監(jiān)控現(xiàn)場單元的基本功能為遙測量采集及計算，遙信采集及處理，電能脈沖采集及累計，遙控命令接收與執(zhí)行，對關鍵芯片的定時自檢，與保護單元的通信(當與保護單元保持相對獨立時)，當?shù)仫@示。
保護現(xiàn)場單元的基本功能為根據(jù)安裝單位的繼電保護配置完成保護功能，接收與執(zhí)行后臺機下發(fā)的保護定值修改，自檢功能，發(fā)送保護裝置的工作信息、告警信息、動作信息、自檢信息，與上級對時，接收與發(fā)送上級對保護裝置整定值和測量值的查詢，保護裝置復歸，當?shù)仫@示。
(二)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與通信
在變電站自動化系統(tǒng)中常用的串行通信接口RS-232C，RS-422/485雖有接口標準化、規(guī)范化和多數(shù)智能單元IED接口方便的優(yōu)點，但不足之處是RS-232C通信有效距離短(15m)，而RS-485總線為主從結(jié)構(gòu)，主接點工作繁忙時，影響系統(tǒng)性能和可靠性。
因此在變電站自動化向分散式系統(tǒng)發(fā)展時，采用計算機網(wǎng)絡的優(yōu)點來替代傳統(tǒng)串口通信成為一種趨向。
計算機網(wǎng)絡內(nèi)計算機之間是相互獨立的和平等的(Peer to Peer)，目前國內(nèi)推出的系統(tǒng)采用較多的是現(xiàn)場總線型通信方式，如CAN及Lon-Works。現(xiàn)場總線網(wǎng)是一種多點共享的廣播通信信道網(wǎng)，較點對點通信信道網(wǎng)(星形網(wǎng))為優(yōu)，各結(jié)點連在一條總線上(亦可采用冗余總線)，不象星形網(wǎng)二結(jié)點間通信需通過中心結(jié)點。
二、變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢
變電站自動化系統(tǒng)無論國內(nèi)外均是向全分散式系統(tǒng)發(fā)展，并與計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和通信新技術(shù)緊密聯(lián)結(jié)，未來變電站自動化新技術(shù)動向主要有以下幾方面。
(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
從變電站自動化系統(tǒng)的設計思想角度來看，設計者對變電站測控的看法已實現(xiàn)從局部到整體的轉(zhuǎn)化。目前的變電站自動化系統(tǒng)中，面向?qū)ο蠹夹g(shù)已成為一個十分流行的趨勢，即不單純考慮某一個量，而是為某一設備配備完備的保護和監(jiān)控功能裝置，以完成特定的功能，從而保證了系統(tǒng)的分布式開放性。
設計思想的發(fā)展導致了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，塬先的自動化系統(tǒng)基本只能集中配屏，由于面向?qū)ο笤O計思想的深入以及一次設備的整體化設計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將由集中式向部分分散式或全分散式發(fā)展，變電站內(nèi)可能將不再具有規(guī)模龐大的測控屏以及大量連接信號源和測控屏之間的銅芯電纜，全部測控裝置下放在就地，實現(xiàn)所有功能，而在控制室，取而代之的是一個計算機顯示器甚至僅為一臺臨時監(jiān)視、操作使用的便攜機。
(二)通信及規(guī)約
一個典型的變電站自動化系統(tǒng)，可分為叁個層次，(如圖1所示)。叁個層次分別為：
�、佻F(xiàn)場I/0層，用于和現(xiàn)場一次設備的信號和控制相連;
�、谕ㄐ艑�，完成上位I(Workstation)和數(shù)據(jù)終端設備(DCU)的數(shù)據(jù)和命令傳;
�、嵊嬎銠C管理層，完成相應的SCADA及變電站管理功能以及其它相應的輔助功能。由圖可見，通信層在這里起著舉足輕重的作用。網(wǎng)絡技術(shù)的普及化更使自動化系統(tǒng)發(fā)生了根本的變化，這些變化將集中表現(xiàn)在以下幾個方面。
l、在測控單元和通信單元之間
首先是將引入現(xiàn)場總線技術(shù)，由于分散式系統(tǒng)的推出，成百個CPU將在變電站之內(nèi)運行，傳統(tǒng)的RS-485通信已不能勝任此項任務，而現(xiàn)場總線技術(shù)不僅具有高速(達1 MHz及以上)傳輸特征，并且具備”多路偵聽，自動上送”的功能解決了多CPU系統(tǒng)的信息傳輸及突發(fā)事件優(yōu)先傳輸?shù)膯栴}。
國內(nèi)變電站自動化已大規(guī)模推廣并已有大量變電站實現(xiàn)無人值班，作為”樞紐工程”的通信系統(tǒng)，必須采用雙網(wǎng)絡來提高系統(tǒng)的可靠性。在通信媒介方面，光纖是較為理想的通信媒介，但由于價格及施工方便等方面的因素，雙絞線仍將被普遍采用;在通信協(xié)議上。
2、在當?shù)赜嬎銠C和通信單元方面
由于利用變電站自動化來實現(xiàn)無人值班，因此其傳遞的信息容量將很大(不僅要傳遞監(jiān)控、保護的信息，還要傳遞數(shù)字電量、錄波及其它安全自動裝置的信息)。這樣大容量的信息用RS-485來傳輸顯然已不行，而事實上，計算機(工作站)及LAN技術(shù)已十分成熟，利用LAN來傳輸信息已成為近距離計算機通信的優(yōu)選方案。
因此在通信單元和當?shù)赜嬎銠C間將用以太網(wǎng)來連接，遵循IEE802.3標準，按TCP/IP協(xié)議以10 MHz/100 MHz的速率傳輸信息。當?shù)赜嬎銠C可用PC或工作站，軟件建立在同- TCP/IP協(xié)議上，可互相通用。從系統(tǒng)整體的可靠性考慮，配備雙通信單元、雙以太網(wǎng)、雙計算機實現(xiàn)信息的傳輸及管理。一般來說，該方案的通信媒介大多采用雙絞線。
3、與多個控制中心的連接
與控制中心(遠方計算機)的連接突出地表現(xiàn)在通道和通信協(xié)議上。在通信通道上，有傳統(tǒng)的微波、載波、光纖、衛(wèi)星等傳輸鏈路，這些通道基本上是專線或臨時專線。
而近年來發(fā)展的網(wǎng)絡技術(shù)可為其提供一個或多個虛擬通道，尤其是國家電力一級數(shù)據(jù)網(wǎng)的建立，為這種數(shù)據(jù)傳輸方式提供了強有力的手段;在通信協(xié)議上，傳統(tǒng)意義上的RS-232鏈路已有國家標準IEC 60870-5-101支持;在實時數(shù)據(jù)網(wǎng)上，可利用TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)上網(wǎng)，上網(wǎng)方式可以是RS-232標準，亦可能按IEE 802.3標準。
(三)系統(tǒng)性能
由于變電站自動化已大量應用于各電壓等級的變電站，且已有大量變電站實現(xiàn)無人值班，因此在可靠性方面的研究將是持久的�？蓪⒖煽啃苑譃槎糠郑阂徊糠质窍到y(tǒng)本身的，如控制器工作的電磁兼容性、軟件容錯技術(shù)、軟件冗余技術(shù)、工藝結(jié)構(gòu)等;另一方面是對外界因素的抵抗能力，如雷電、過流、過壓、強震以及高低溫、濕度等環(huán)境因素。
三、結(jié)束語
隨著自動化技術(shù)、通信技術(shù)、計算機和網(wǎng)絡技術(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。
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