0 引言 　　在我國農(nóng)村地區(qū)，電力基礎(chǔ)設(shè)施普遍比較落后，嚴重地影響了經(jīng)濟發(fā)展的后勁，也制約了整個國民經(jīng)濟的進一步發(fā)展。加快農(nóng)網(wǎng)技術(shù)改造，是實現(xiàn)城鄉(xiāng)電網(wǎng)同網(wǎng)同價發(fā)展目標的必要條件。 　　農(nóng)網(wǎng)中變電站為數(shù)眾多，配電設(shè)備陳舊落后，很多是20多年前的技術(shù)，現(xiàn)已不適應電力系統(tǒng)的發(fā)展要求。新興的基于微計算機技術(shù)的電站綜合自動化系統(tǒng)經(jīng)過國內(nèi)近10年的發(fā)展與應用，已成為比較成熟的技術(shù)，得到了越來越廣泛的應用。如何有效地構(gòu)造一個高效、低成本的，既符合電力行業(yè)的設(shè)計規(guī)范，又能體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展水平的微機綜合自動化系統(tǒng)，是一個值得探討的話題。 [b]1 結(jié)構(gòu)分布式的變電站綜合自動化系統(tǒng) [/b]　　隨著技術(shù)的發(fā)展，以前影響高功能集成度的處理器處理能力瓶頸現(xiàn)象已經(jīng)得到緩解，越來越多的變電站采用了將RTU功能和保護功能合二為一的模式，典型的是結(jié)構(gòu)分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)。 　　結(jié)構(gòu)分布式系統(tǒng)采用了面向?qū)ο蟮淖詣踊O(shè)備構(gòu)建模式，針對不同的電力設(shè)施的特點和要求，制造專用的自動化設(shè)備（簡稱AIO或AIO設(shè)備）來完成對設(shè)施運行狀態(tài)的實時監(jiān)控；將不同的AIO通過串行數(shù)據(jù)總線連接起來，構(gòu)成一個完整的綜合自動化系統(tǒng)。不同的AIO設(shè)備間在功能上除了相互間的通訊聯(lián)系外無別的電氣聯(lián)系。因此，基于結(jié)構(gòu)分布式的自動化系統(tǒng)具有靈活的可擴充性、可靠性和系統(tǒng)維護性，代表了電站綜合自動化系統(tǒng)的一個重要方向發(fā)展。 　　1.1 系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想及技術(shù)性能 　　1.1.1 系統(tǒng)內(nèi)部通信的特點及要求 　　由于變電站是一個具有強電磁干擾的環(huán)境，存在電源雷擊等電磁干擾和地電位差干擾，通信環(huán)境惡劣，而變電站內(nèi)各設(shè)備連續(xù)運行，事故發(fā)生時各參數(shù)變化需要快速地反映到調(diào)度，因此變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部通信應具有以下特點和要求。 　　（1）變電站通信網(wǎng)絡的要求 　　a.快速的實時響應能力，電力工業(yè)標準中對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送有嚴格的實時性指標，因此網(wǎng)絡要有足夠的速度才能保證數(shù)據(jù)實時性；b.很高的可靠性；c.優(yōu)良的電磁兼容性能；d.分層結(jié)構(gòu)。這是由整個系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)所決定的。 　　（2）信息傳輸響應速度的要求 　　不同類型和特性的信息要求傳送的時間差異很大，在《電力系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中有詳細規(guī)定，所以網(wǎng)絡應能決定各類數(shù)據(jù)傳送的優(yōu)先級。 　　（3）各層次之間和每層內(nèi)部傳輸信息時間的要求《電力系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)程》規(guī)定信息傳送到調(diào)度端主站的時間最少為1～2s，故變電站內(nèi)部傳送時間最大不能超過1s，具體傳送時間分配要求如下：a.設(shè)備層和間隔層1～100ms；b.間隔內(nèi)各個模塊1～100ms；c.間隔層的各個間隔單元之間1～100ms；d.間隔層和變電站層之間10～1000ms；e.變電站的各個設(shè)備之間≥1000ms；f.變電站和調(diào)度控制中心≥1000ms。 　　1.1.2 現(xiàn)場通信的實施 　　（1）對于結(jié)構(gòu)簡單的變電站，現(xiàn)場通訊多為點對多點的模式，基于RS485總線的通訊就是被普遍應用的一種，應用于單CPU對多CPU的串行通訊。對于多于32個AIO設(shè)備或需要進一步提高數(shù)據(jù)訪問速度等情況，可采用構(gòu)建多個主從式通訊子網(wǎng)，每個子網(wǎng)管理一部分AIO設(shè)備，然后將不同子網(wǎng)的通訊主站用并行通訊技術(shù)連接起來以構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)。 　　（2）對于復雜的變電站內(nèi)部通訊可用Lonworks現(xiàn)場總線。現(xiàn)場總線是基于微機化的智能現(xiàn)場儀表，實現(xiàn)現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散，全數(shù)字化的、智能、雙向、多變量、多點、多站的通信網(wǎng)絡，它按國際標準化組織ISO和開放系統(tǒng)互連OSI提供了網(wǎng)絡服務，可靠性高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，通信速率快，造價低，維護成本低。 　　由于Lonworks的特性，它更適應于量比較大的變電站綜合自動化系統(tǒng)。 　　每個AIO設(shè)備均具有2類相對獨立的功能，即RTU功能和保護功能，AIO設(shè)備是根據(jù)其應用對象（電力設(shè)施）來分類的，對象要求的不同，RTU及保護功能規(guī)定的AIO設(shè)備功能不同。為基于AIO設(shè)備更好地構(gòu)建電站綜合自動化系統(tǒng)，設(shè)計AIO設(shè)備時應優(yōu)先考慮一些技術(shù)因素。 　　1.1.3 系統(tǒng)的時間 　　基于AIO設(shè)備的電站實時監(jiān)控系統(tǒng)在時間功能上作了優(yōu)先的考慮：所有投運的AIO裝置正常運行時（不包括啟動瞬間）的最大時間差不超過1ms?；跁r間的功能主要表現(xiàn)在： 　　（1）時標功能：所有的實時數(shù)據(jù)包括模擬電量數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)信息和保護動作記錄等都附帶有時標信息，同一AIO裝置內(nèi)部的實時數(shù)據(jù)的時標誤差不超過1ms；同一系統(tǒng)內(nèi)（指共用同一通訊通道的AIO裝置）的實時數(shù)據(jù)的時標誤差不超過2ms； 　　（2）時間設(shè)定功能：AIO裝置支持預約事件功能，即后向指定期望發(fā)生的事件功能，為實施系統(tǒng)的同步測量等功能奠定了基礎(chǔ)。 　　1.1.4 保護功能 　　可構(gòu)造35kV及以下的電站的完整保護方案，滿足電站的一次設(shè)備對安全的要求。主要的保護功能包括：二段式比例制動特性的變壓器差動主保護；帶復合電壓啟動的電流型變壓器后備保護；帶方向選擇和電壓連鎖的電流三段式線路保護，并具有檢無壓或檢同期功能的三相一次自動重合閘功能和加速跳功能；對速動保護，動作時間≤30ms；對帶延時的保護，延時誤差≤±30ms或0.3%，保護動作量的幅值相對誤差≤±5%，動作量返回系數(shù)的裕量（與1相比）不低于5%；以上述3種保護為基礎(chǔ)，發(fā)展全系列的中低壓電站的配套保護設(shè)備。 　　1.1.5 測量功能 　　綁定了時間信息的測量數(shù)據(jù)可通過通訊的手段向上位機傳送，傳送的速率決定于所支持的通訊協(xié)議，但AIO設(shè)備應能支持至少0.2s的數(shù)據(jù)訪問周期。測量的數(shù)據(jù)包括：提供3相4電壓的測量功能，達到0.2級的測量精度；提供3相4電流的測量功能，達到0.2級的測量精度；提供一個頻率的測量功能，達到±0.01Hz的測量精度；提供三相四線制的有功/無功測量及功率累加功能，達到0.5級的測量精度；提供1～2路帶隔離的直接電量測量功能，達到0.2級的測量精度。 　　1.1.6 遙信功能 　　電站遙信量按電站主設(shè)備對象為單位來劃分，由該主設(shè)備對應的保護測量AIO設(shè)備負責監(jiān)視和檢測，并通過串行總線進行傳輸、收集和匯總。自動裝置對遙信量的響應時間應符合電力行業(yè)標準的要求。 　　由于受傳輸手段的數(shù)據(jù)傳輸速率的限制，我們將全部遙信量按重要程度劃歸為2類：開關(guān)量和狀態(tài)量，分別定義不同的響應時間和監(jiān)測方法，以期使系統(tǒng)既有足夠快的響應時間，又有比較全面的監(jiān)測功能。 　　任一AIO系列裝置都配備了16路的遙信量監(jiān)測通道，其中有6路定義為開關(guān)量，10路定義為狀態(tài)量；而10路狀態(tài)量中又有4路可定義為脈沖量，以連接電能脈沖設(shè)備。對于變壓器等同時配備有主保護和后備保護的設(shè)備對象，可有32路的遙信量監(jiān)測通道。 　　1.1.7 遙控及遙調(diào)功能 　　AIO系列設(shè)備全都支持8路相互獨立的開出控制，其中有4路用于支持DL的合/分操作，另4路作為備用，可考慮用于實現(xiàn)遙控及遙調(diào)功能。 　　1.1.8 其他相關(guān)通訊功能 　　（1）參數(shù)設(shè)定功能：提供所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)的通訊設(shè)定功能； 　　（2）數(shù)據(jù)采樣功能：提供對任何邏輯通道任一后向指定時刻（時間分辨率不低于2ms）開始的10周波的數(shù)據(jù)采樣功能，采樣間隔不低于24點/周波； 　　（3）掉電保護的數(shù)據(jù)存儲器至少可保存最近發(fā)生的4次事故記錄以供查詢； 　　1.1.9 通訊規(guī)約 　　作為一個示例，可將某變電站綜合自動化系統(tǒng)中串行總線數(shù)據(jù)通訊的數(shù)據(jù)包格式定義為如下形式。 　　DA命令類型信息長度正文校驗碼子站：SA命令類型信息長度類型狀態(tài)正文校驗碼DA/SA為目的/源地址號，范圍為1～32，另外定義99H為廣播地址號，用于系統(tǒng)對時等公共操作；命令類型可為FOH～FFH等類型之一；信息長度為幀字節(jié)長度減2，即除站號和校驗字節(jié)以外的數(shù)據(jù)長度；正文為傳送的有效信息部分，部分命令可無正文；類型為SA標定的子站AIO設(shè)備的類型；狀態(tài)反映DA/SA標定的子站AIO設(shè)備的運行狀態(tài)，可用于主站決定隨后的通訊策略。 　　1.2 基于AIO裝置的變電站綜合自動化系統(tǒng) 　　該系統(tǒng)可以按集中組屏的方式構(gòu)建，即不同電力設(shè)施（稱為對象）的保護/測量AIO設(shè)備共同放置于1個或幾個屏柜中；也可以按分開布置的方式構(gòu)建，即不同對象的AIO設(shè)備按就近的原則布置在該對象的附近。AIO設(shè)備間通過串行數(shù)據(jù)通訊總線連接。 　　1.2.1 AIO裝置設(shè)計原理圖（見圖1）。 　　1.2.2 基于AIO裝置的變電站綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)成（見圖2）。 　　由于變壓器保護及監(jiān)控的特點，1個雙圈變壓器的測量及保護至少要使用2個AIO設(shè)備（分別稱為A設(shè)備和B設(shè)備），1個用于變壓器的主保護（即差動保護，A設(shè)備），完成變壓器高壓側(cè)電量等的測量，進行高壓側(cè)DL等的相關(guān)控制；另一個用于變壓器的后備保護（B設(shè)備），完成變壓器低壓側(cè)電量等的測量，進行低壓側(cè)DL等的相關(guān)控制。 　　1.2.3 基于AIO裝置的雙圈變壓器微機保護測量方案 　　 由于不同類型的AIO裝置均只設(shè)計有1路完備的DL控制出口回路，無論是主保護AIO裝置還是后備保護AIO裝置都不能同時直接控制高/低壓側(cè)的2個DL，而保護動作又有同時跳開高/低壓側(cè)的2個DL的需要。為解決這一矛盾，主保護AIO裝置和后備保護AIO裝置（所有的AIO裝置）均配有專用的輔助開入和開出通道各2路，通過類似于手動分閘的原理來快速自動地協(xié)同跳開高壓側(cè)和低壓側(cè)的2個DL開關(guān)。 　　具體地講就是：對于有雙跳要求的變電站綜合自動化方案，主保護設(shè)備A動作時不僅跳開高壓側(cè)的DL，同時通過備份開出接點啟動B設(shè)備的特定開入，從而跳開低壓側(cè)DL；反之亦然。2結(jié)束語結(jié)構(gòu)分布式變電站綜合自動化模式在技術(shù)上是可行的，在結(jié)構(gòu)上是簡潔可靠的，在構(gòu)建方案上是靈活的，同時AIO設(shè)備自動化系統(tǒng)具有擴充性好、可維護性高等優(yōu)點。 　　隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)如廣域網(wǎng)（WAN），光纖分布數(shù)據(jù)接口（FDDI），綜合業(yè)務數(shù)據(jù)（ISDN）及幀駁接（Frame Relay）的進一步發(fā)展，結(jié)構(gòu)分布式變電站綜合自動化方案將得到越來越廣泛和深入的應用，代表了變電站綜合自動化的一個十分重要的發(fā)展方向。 [b]參考文獻 [/b]　　1 劉健，倪建立，鄧永輝.配電自動化系統(tǒng).中國水利電力出版社，1999年1月 　　2 遠動終端通用技術(shù)條件.GB/T 13729-92 　　3 交流采樣遠動終端技術(shù)條件DL/T630.1997 　　4 電子產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范國家標準匯編，中國標準出版社