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摘 要： 随着电力系统自动化程度的普及，电网运行对自动化系统保护测控部分的要求迅速提升，结合电力运行实际经验，对变电站自动化系统保护测控装置功能及硬件需求，进行剖析，提供一套清晰的相关设备需求态势。
关键词： 变电站自动化系统；现代通信技术；保护测控；保护原理
中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1220181－01
根据全国科学技术名词审定委员会定义，变电站自动化系统（substa
Tion automation system）是通过计算机网络和现代通信技术实现变电站运行管理自动化的系统。
现行变电站自动化系统为适应变电站电站自动化系统运行的需要，根据电力部门实际运行中的要求，应运用新技术、新工艺，集保护、监测、控制、录波、通信于一体的新型数字式电站自动化系统，能适用于变电站、企业站及泵站等自动化系统的保护及测控。
1 系统分层及特点
变电站自动化系统（以下简称系统）一般设计为分层分布式的系统，一般分为三层：变电站层、通信层和间隔层。
变电站层：提供就地监控功能，界面友好，满足值班人员和继保人员的不同要求。
通讯层：通过以太网、RS485等标准接口与各厂家设备互联。提供远动功能，可以以不同的规约向多个调度端传送信息。
间隔层：按对象的分布式体系，保护测控一体化设计，可组屏安装，也可分散安装。
系统构建核心保护测控装置，应有以下特点：集保护和测控功能于一体；主CPU采用高速DSP（数字信号处理器）芯片；提供纯以太网和RS485等通讯方式；集成IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、IEC60870-5-101等标准通讯规约以及CDT等部颁规约；采用高点阵蓝膜复显液晶显示器，显示内容丰富明了，图形、字形清晰；硬件和软件设计均模块化，便于升级和扩展功能。
2 保护测控功能概述
保护功能中，根据现在国家标准及通用的保护整定、设计原理，系统应具备线路保护装置、变压器差动保护装置、变压器高压侧保护装置、站用变保护装置。在实际应用中，同、异步电机也有对应的保护装置。
主要保护功能配置应具有：无时限过流保护（带方向）；两段式定时限过流保护（带方向）；三段式零序过流保护（带方向）；三相三次重合闸（检无压/检同期）；合闸后加速功能；充电保护；低频减载功能；PT断线监视；故障录波功能；差动速断保护；二次谐波制动的比率差动保护；CT断线检测和闭锁功能；非电量保护等。
测控功能应具备：遥信开入采集、装置遥信变位、事故遥信；断路器正常遥控分合；IA、IB、IC、UA、UB、UC、U0、I0、P、Q、F、COSф等模拟量；开关事故分合次数统计及电网开关事故分合次数统计和事件SOE等。
3 通讯功能框架
电气通讯方式选择比较多，如232、485、以太网等。系统内实际运用中，一般保护测控装置有两种通讯方式可供选择：RS485总线方式。以太网方式。RS485是传统的接口方式，运行经验和相应的设备丰富，我们基于通用的电力系统规约开发了相应的应用程序，可以方便接口于其他厂家的通讯管理机；以太网是近年的发展趋势，以太网的速度优势是众所周知的，我们使用先进的工业级接口芯片为用户提供了更多的选择。
4 装置一般应具备以下参数
额定数据与频率：交直流电源：220V，允许偏差+15%，-20%；交流电压：100V，57.7V；交流电流：5A，1A；频率50Hz。
功耗：交流电压回路：＜0.5VA/相（额定电压下）；交流电流回路：＜0.5VA/相 （In=1A），＜1VA/相（In=5A）；直流回路：正常＜15W，跳闸＜25W。
遥测量计量等级：电流0.2级，其他0.5级；遥信分辨率：小于2ms，信号输入方式，无源节点。
过载能力：交流电流回路2倍额定电流连续工作，10倍额定电流工作10s，20倍额定电流工作1s；交流电压回路1.2倍额定电压连续工作；电源回路：80%-120%额定电压正常工作。
绝缘性能：所有电路与外壳间的绝缘电阻在标准实验条件下不小于100MΩ、所有电路与外壳间的介质强度能耐受交流50Hz、电压2kV（有效值）、历时1min的试验而无绝缘击穿或闪络现象。
抗干扰性能：回路、开出回路的端子与外露的非导电金属外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5kV的标准雷电波短时冲击检验；1MHz及100kHz的振荡波干扰符合GB/T17626.12，1998《振荡波抗扰度试验》；浪涌干扰、抗静电放电干扰、抗快速瞬变脉冲群干扰、抗脉冲磁场干扰、抗幅射电磁场干扰等符合一系列国家标准。
环境条件工作温度：-10℃～70℃，储存温度：-40℃～85℃，由储存温度恢复到工作温度范围内后装置正常工作。不施加激励量，不出现不可逆变化。
可靠性指标：MTBF（平均无故障运行时间）：＞30000h；MTTR（平均故障修复时间）：＜3.5h。
5 程序框架结构及人机接口
程序设计模块化，每个模块独立运行，合理安排了优先级顺序，充分利用资源并且尽量互不联系，增强了可靠性。模块及功能如下（优先级逐次升高）：主程序模块：进行循环的测量计算，并且完成实时时钟和E2PROM的读写；5mS中断模块：完成通讯数据和进程的处理；以太网中断模块：接收以太网数据；RS485通讯中断模块：接收和发送RS485通讯接口数据；测频中断模块：进行频率跟踪并计算频率；采样中断模块：完成保护、测量、录波的采样并进行保护计算和保护过程。
人机接口为整套保护提供管理功能和外部通信功能，应提供友好的人机操作界面。CPU采用高速DSP（数字信号处理器）芯片。DSP的意思是数字信号处理器，它同常规MCU的不同之处在于内部结构和指令模块的不同，DSP采用超哈佛结构，同时处理多条指令，使速度大大加快，而指令优势是有大量用于数字信号处理的指令和寻址方式，使DFT、FFT、FIR、IIR等的处理变得方便快捷，如乘加、乘减等。优秀的寻址方式使指针的变化极其灵活，内部的多条数据总线使数据程序可以同时存取，从而加快了指令的运行。
6 结语
变电站自动化系统现在已成为电网运行的主干，但在目前的技术层面上，保护测控装置仍然是其核心，通讯方式及外围设备控制取决于核心的构架和技术应用。加强未来新技术的应用，必然促进整个系统的完善和提升。
参考文献：
[1]路文梅主编，变电站综合自动化技术，中国电力出版社，第一版，2004.
[2]马丽英主编，供用电网络继电保护，中国电力出版社，第一版，2004.
[3]李建明，输配电生产管理系统的构建，科技与生活，2011.
关键词： 变电站自动化系统；现代通信技术；保护测控；保护原理
中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1220181－01
根据全国科学技术名词审定委员会定义，变电站自动化系统（substa
Tion automation system）是通过计算机网络和现代通信技术实现变电站运行管理自动化的系统。
现行变电站自动化系统为适应变电站电站自动化系统运行的需要，根据电力部门实际运行中的要求，应运用新技术、新工艺，集保护、监测、控制、录波、通信于一体的新型数字式电站自动化系统，能适用于变电站、企业站及泵站等自动化系统的保护及测控。
1 系统分层及特点
变电站自动化系统（以下简称系统）一般设计为分层分布式的系统，一般分为三层：变电站层、通信层和间隔层。
变电站层：提供就地监控功能，界面友好，满足值班人员和继保人员的不同要求。
通讯层：通过以太网、RS485等标准接口与各厂家设备互联。提供远动功能，可以以不同的规约向多个调度端传送信息。
间隔层：按对象的分布式体系，保护测控一体化设计，可组屏安装，也可分散安装。
系统构建核心保护测控装置，应有以下特点：集保护和测控功能于一体；主CPU采用高速DSP（数字信号处理器）芯片；提供纯以太网和RS485等通讯方式；集成IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、IEC60870-5-101等标准通讯规约以及CDT等部颁规约；采用高点阵蓝膜复显液晶显示器，显示内容丰富明了，图形、字形清晰；硬件和软件设计均模块化，便于升级和扩展功能。
2 保护测控功能概述
保护功能中，根据现在国家标准及通用的保护整定、设计原理，系统应具备线路保护装置、变压器差动保护装置、变压器高压侧保护装置、站用变保护装置。在实际应用中，同、异步电机也有对应的保护装置。
主要保护功能配置应具有：无时限过流保护（带方向）；两段式定时限过流保护（带方向）；三段式零序过流保护（带方向）；三相三次重合闸（检无压/检同期）；合闸后加速功能；充电保护；低频减载功能；PT断线监视；故障录波功能；差动速断保护；二次谐波制动的比率差动保护；CT断线检测和闭锁功能；非电量保护等。
测控功能应具备：遥信开入采集、装置遥信变位、事故遥信；断路器正常遥控分合；IA、IB、IC、UA、UB、UC、U0、I0、P、Q、F、COSф等模拟量；开关事故分合次数统计及电网开关事故分合次数统计和事件SOE等。
3 通讯功能框架
电气通讯方式选择比较多，如232、485、以太网等。系统内实际运用中，一般保护测控装置有两种通讯方式可供选择：RS485总线方式。以太网方式。RS485是传统的接口方式，运行经验和相应的设备丰富，我们基于通用的电力系统规约开发了相应的应用程序，可以方便接口于其他厂家的通讯管理机；以太网是近年的发展趋势，以太网的速度优势是众所周知的，我们使用先进的工业级接口芯片为用户提供了更多的选择。
4 装置一般应具备以下参数
额定数据与频率：交直流电源：220V，允许偏差+15%，-20%；交流电压：100V，57.7V；交流电流：5A，1A；频率50Hz。
功耗：交流电压回路：＜0.5VA/相（额定电压下）；交流电流回路：＜0.5VA/相 （In=1A），＜1VA/相（In=5A）；直流回路：正常＜15W，跳闸＜25W。
遥测量计量等级：电流0.2级，其他0.5级；遥信分辨率：小于2ms，信号输入方式，无源节点。
过载能力：交流电流回路2倍额定电流连续工作，10倍额定电流工作10s，20倍额定电流工作1s；交流电压回路1.2倍额定电压连续工作；电源回路：80%-120%额定电压正常工作。
绝缘性能：所有电路与外壳间的绝缘电阻在标准实验条件下不小于100MΩ、所有电路与外壳间的介质强度能耐受交流50Hz、电压2kV（有效值）、历时1min的试验而无绝缘击穿或闪络现象。
抗干扰性能：回路、开出回路的端子与外露的非导电金属外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5kV的标准雷电波短时冲击检验；1MHz及100kHz的振荡波干扰符合GB/T17626.12，1998《振荡波抗扰度试验》；浪涌干扰、抗静电放电干扰、抗快速瞬变脉冲群干扰、抗脉冲磁场干扰、抗幅射电磁场干扰等符合一系列国家标准。
环境条件工作温度：-10℃～70℃，储存温度：-40℃～85℃，由储存温度恢复到工作温度范围内后装置正常工作。不施加激励量，不出现不可逆变化。
可靠性指标：MTBF（平均无故障运行时间）：＞30000h；MTTR（平均故障修复时间）：＜3.5h。
5 程序框架结构及人机接口
程序设计模块化，每个模块独立运行，合理安排了优先级顺序，充分利用资源并且尽量互不联系，增强了可靠性。模块及功能如下（优先级逐次升高）：主程序模块：进行循环的测量计算，并且完成实时时钟和E2PROM的读写；5mS中断模块：完成通讯数据和进程的处理；以太网中断模块：接收以太网数据；RS485通讯中断模块：接收和发送RS485通讯接口数据；测频中断模块：进行频率跟踪并计算频率；采样中断模块：完成保护、测量、录波的采样并进行保护计算和保护过程。
人机接口为整套保护提供管理功能和外部通信功能，应提供友好的人机操作界面。CPU采用高速DSP（数字信号处理器）芯片。DSP的意思是数字信号处理器，它同常规MCU的不同之处在于内部结构和指令模块的不同，DSP采用超哈佛结构，同时处理多条指令，使速度大大加快，而指令优势是有大量用于数字信号处理的指令和寻址方式，使DFT、FFT、FIR、IIR等的处理变得方便快捷，如乘加、乘减等。优秀的寻址方式使指针的变化极其灵活，内部的多条数据总线使数据程序可以同时存取，从而加快了指令的运行。
6 结语
变电站自动化系统现在已成为电网运行的主干，但在目前的技术层面上，保护测控装置仍然是其核心，通讯方式及外围设备控制取决于核心的构架和技术应用。加强未来新技术的应用，必然促进整个系统的完善和提升。
参考文献：
[1]路文梅主编，变电站综合自动化技术，中国电力出版社，第一版，2004.
[2]马丽英主编，供用电网络继电保护，中国电力出版社，第一版，2004.
[3]李建明，输配电生产管理系统的构建，科技与生活，2011.