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(yán)重地影響了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的后勁，也制約了整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。加快農(nóng)網(wǎng)技術(shù)改造，是實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)電網(wǎng)同網(wǎng)同價(jià)發(fā)展目標(biāo)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(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展要求。新興的基于微計(jì)算機(jī)技術(shù)的電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過國內(nèi)近10年的發(fā)展與應(yīng)用，已成為比較成熟的技術(shù)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如何有效地構(gòu)造一個(gè)高效、低成本的，既符合電力行業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范，又能體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展水平的微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是一個(gè)值得探討的話題。 [b]1 結(jié)構(gòu)分布式的變電站綜合自動(dòng)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(hù)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(dòng)化系統(tǒng)。 　　結(jié)構(gòu)分布式系統(tǒng)采用了面向?qū)ο蟮淖詣?dòng)化設(shè)備構(gòu)建模式，針對不同的電力設(shè)施的特點(diǎn)和要求，制造專用的自動(dòng)化設(shè)備（簡稱AIO或AIO設(shè)備）來完成對設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)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(gè)完整的綜合自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)具有靈活的可擴(kuò)充性、可靠性和系統(tǒng)維護(hù)性，代表了電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)重要方向發(fā)展。 　　1.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想及技術(shù)性能 　　1.1.1 系統(tǒng)內(nèi)部通信的特點(diǎn)及要求 　　由于變電站是一個(gè)具有強(qiáng)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(yùn)行，事故發(fā)生時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部通信應(yīng)具有以下特點(diǎn)和要求。 　　（1）變電站通信網(wǎng)絡(luò)的要求 　　a.快速的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性指標(biāo)，因此網(wǎng)絡(luò)要有足夠的速度才能保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)所決定的。 　　（2）信息傳輸響應(yīng)速度的要求 　　不同類型和特性的信息要求傳送的時(shí)間差異很大，在《電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中有詳細(xì)規(guī)定，所以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(shí)間的要求《電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定信息傳送到調(diào)度端主站的時(shí)間最少為1～2s，故變電站內(nèi)部傳送時(shí)間最大不能超過1s，具體傳送時(shí)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(gè)模塊1～100ms；c.間隔層的各個(gè)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(gè)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(shí)施 　　（1）對于結(jié)構(gòu)簡單的變電站，現(xiàn)場通訊多為點(diǎn)對多點(diǎn)的模式，基于RS485總線的通訊就是被普遍應(yīng)用的一種，應(yīng)用于單CPU對多CPU的串行通訊。對于多于32個(gè)AIO設(shè)備或需要進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)訪問速度等情況，可采用構(gòu)建多個(gè)主從式通訊子網(wǎng)，每個(gè)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(dòng)化系統(tǒng)。 　　（2）對于復(fù)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(jī)化的智能現(xiàn)場儀表，實(shí)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(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)，它按國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和開放系統(tǒng)互連OSI提供了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可靠性高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，通信速率快，造價(jià)低，維護(hù)成本低。 　　由于Lonworks的特性，它更適應(yīng)于量比較大的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。 　　每個(gè)AIO設(shè)備均具有2類相對獨(dú)立的功能，即RTU功能和保護(hù)功能，AIO設(shè)備是根據(jù)其應(yīng)用對象（電力設(shè)施）來分類的，對象要求的不同，RTU及保護(hù)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(dòng)化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)AIO設(shè)備時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮一些技術(shù)因素。 　　1.1.3 系統(tǒng)的時(shí)間 　　基于AIO設(shè)備的電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)在時(shí)間功能上作了優(yōu)先的考慮：所有投運(yùn)的AIO裝置正常運(yùn)行時(shí)（不包括啟動(dòng)瞬間）的最大時(shí)間差不超過1ms。基于時(shí)間的功能主要表現(xiàn)在： 　　（1）時(shí)標(biāo)功能：所有的實(shí)時(shí)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(hù)動(dòng)作記錄等都附帶有時(shí)標(biāo)信息，同一AIO裝置內(nèi)部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)標(biāo)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)標(biāo)誤差不超過2ms； 　　（2）時(shí)間設(shè)定功能：AIO裝置支持預(yù)約事件功能，即后向指定期望發(fā)生的事件功能，為實(shí)施系統(tǒng)的同步測量等功能奠定了基礎(chǔ)。 　　1.1.4 保護(hù)功能 　　可構(gòu)造35kV及以下的電站的完整保護(hù)方案，滿足電站的一次設(shè)備對安全的要求。主要的保護(hù)功能包括：二段式比例制動(dòng)特性的變壓器差動(dòng)主保護(hù)；帶復(fù)合電壓啟動(dòng)的電流型變壓器后備保護(hù)；帶方向選擇和電壓連鎖的電流三段式線路保護(hù)，并具有檢無壓或檢同期功能的三相一次自動(dòng)重合閘功能和加速跳功能；對速動(dòng)保護(hù)，動(dòng)作時(shí)間≤30ms；對帶延時(shí)的保護(hù)，延時(shí)誤差≤±30ms或0.3%，保護(hù)動(dòng)作量的幅值相對誤差≤±5%，動(dòng)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(hù)為基礎(chǔ)，發(fā)展全系列的中低壓電站的配套保護(hù)設(shè)備。 　　1.1.5 測量功能 　　綁定了時(shí)間信息的測量數(shù)據(jù)可通過通訊的手段向上位機(jī)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(yīng)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(dá)到0.2級的測量精度；提供3相4電流的測量功能，達(dá)到0.2級的測量精度；提供一個(gè)頻率的測量功能，達(dá)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(dá)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(dá)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(yīng)的保護(hù)測量AIO設(shè)備負(fù)責(zé)監(jiān)視和檢測，并通過串行總線進(jìn)行傳輸、收集和匯總。自動(dòng)裝置對遙信量的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)符合電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)時(shí)間和監(jiān)測方法，以期使系統(tǒng)既有足夠快的響應(yīng)時(shí)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(shí)配備有主保護(hù)和后備保護(hù)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(dú)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(shí)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(shí)刻（時(shí)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(diǎn)/周波； 　　（3）掉電保護(hù)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(gè)示例，可將某變電站綜合自動(dòng)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(yàn)碼子站：SA命令類型信息長度類型狀態(tài)正文校驗(yàn)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(shí)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(yàn)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(biāo)定的子站AIO設(shè)備的類型；狀態(tài)反映DA/SA標(biāo)定的子站AIO設(shè)備的運(yùn)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(dòng)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(hù)/測量AIO設(shè)備共同放置于1個(gè)或幾個(gè)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(jì)原理圖（見圖1）。 　　1.2.2 基于AIO裝置的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成（見圖2）。 　　由于變壓器保護(hù)及監(jiān)控的特點(diǎn)，1個(gè)雙圈變壓器的測量及保護(hù)至少要使用2個(gè)AIO設(shè)備（分別稱為A設(shè)備和B設(shè)備），1個(gè)用于變壓器的主保護(hù)（即差動(dòng)保護(hù)，A設(shè)備），完成變壓器高壓側(cè)電量等的測量，進(jìn)行高壓側(cè)DL等的相關(guān)控制；另一個(gè)用于變壓器的后備保護(hù)（B設(shè)備），完成變壓器低壓側(cè)電量等的測量，進(jìn)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(jī)保護(hù)測量方案 　　 由于不同類型的AIO裝置均只設(shè)計(jì)有1路完備的DL控制出口回路，無論是主保護(hù)AIO裝置還是后備保護(hù)AIO裝置都不能同時(shí)直接控制高/低壓側(cè)的2個(gè)DL，而保護(hù)動(dòng)作又有同時(shí)跳開高/低壓側(cè)的2個(gè)DL的需要。為解決這一矛盾，主保護(hù)AIO裝置和后備保護(hù)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(dòng)分閘的原理來快速自動(dòng)地協(xié)同跳開高壓側(cè)和低壓側(cè)的2個(gè)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(dòng)化方案，主保護(hù)設(shè)備A動(dòng)作時(shí)不僅跳開高壓側(cè)的DL，同時(shí)通過備份開出接點(diǎn)啟動(dòng)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(dòng)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(shí)AIO設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)具有擴(kuò)充性好、可維護(hù)性高等優(yōu)點(diǎn)。 　　隨著計(jì)算機(jī)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(wù)數(shù)據(jù)（ISDN）及幀駁接（Frame Relay）的進(jìn)一步發(fā)展，結(jié)構(gòu)分布式變電站綜合自動(dòng)化方案將得到越來越廣泛和深入的應(yīng)用，代表了變電站綜合自動(dòng)化的一個(gè)十分重要的發(fā)展方向。 [b]參考文獻(xiàn) [/b]　　1 劉健，倪建立，鄧永輝.配電自動(dòng)化系統(tǒng).中國水利電力出版社，1999年1月 　　2 遠(yuǎn)動(dòng)終端通用技術(shù)條件.GB/T 13729-92 　　3 交流采樣遠(yuǎn)動(dòng)終端技術(shù)條件DL/T630.1997 　　4 電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)匯編，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社