變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)展

河南龍宇煤化工有限公司 胡富強(qiáng)

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)展

河南龍宇煤化工有限公司 胡富強(qiáng)

現(xiàn)代變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)，逐步地進(jìn)行發(fā)展和提高。許多高校、研究單位和制造廠投入到變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究和制造工作中，對(duì)它應(yīng)包括的內(nèi)容以及設(shè)計(jì)原則和要求，觀點(diǎn)逐漸趨于一致。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能全面代替常規(guī)的二次設(shè)備。微機(jī)保護(hù)的軟、硬件設(shè)置既要與監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，又要相互協(xié)調(diào)。保護(hù)與測(cè)控單位設(shè)備的接口可采用串行口、現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)等多種接口形式兼容性設(shè)計(jì)，應(yīng)采用合理的通信網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)約，向計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供保護(hù)動(dòng)作或保護(hù)定值等信息。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和配置應(yīng)滿足無(wú)人值班的總體要求，應(yīng)具備可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，有良好的可擴(kuò)展型和適應(yīng)性。許多新建變電站需要技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能價(jià)格比高的自動(dòng)化系統(tǒng)供選用。所以，系統(tǒng)應(yīng)有良好的標(biāo)準(zhǔn)化程度和開(kāi)放性能，應(yīng)充分利用數(shù)字通信的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)工作必須統(tǒng)一規(guī)劃和進(jìn)行。隨著集成電路技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)也不斷改進(jìn)，其性能和功能以及可靠性等不斷提高。根據(jù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和安裝的物理位置的不同，其硬件結(jié)構(gòu)可以分成很多種類。但從國(guó)內(nèi)外變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，其結(jié)構(gòu)形式大致可分為集中式結(jié)構(gòu)形式、分層分面式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式、分散與集中相結(jié)合和分布分散式結(jié)構(gòu)形式等幾種。

一、集中式結(jié)構(gòu)形式

集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采用變電站的模擬量、開(kāi)關(guān)量和數(shù)字字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能。集中式結(jié)構(gòu)也并非指由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能，多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計(jì)算機(jī)完成的。這種結(jié)構(gòu)形式主要出現(xiàn)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)問(wèn)世的初期。

二、 分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式

所謂分層分布式結(jié)構(gòu)，是指在結(jié)構(gòu)上采用主、從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊（通常是各個(gè)從CPU）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

當(dāng)代分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式的變電站自動(dòng)化的一、二次設(shè)備可分為三層或二層，每一層完成不同的功能，每一層有不同的設(shè)備或不同的子系統(tǒng)組成。三層變電站自動(dòng)化由變電層、單元層（式間隔層）和設(shè)備層組成。變電站層稱為2層，單元層為1層，設(shè)備層為0層；二層變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，如南瑞ISA變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（圖1），由變電層和設(shè)備層組成。

為了防止通訊網(wǎng)絡(luò)中斷，有的公司采用環(huán)網(wǎng)通訊結(jié)構(gòu)，如許繼集團(tuán)公司的TOSCAN-D3000C配電自動(dòng)化&配電管理系統(tǒng)。

圖1 變電站自動(dòng)化二層分層分布式結(jié)構(gòu)

設(shè)備層主要指變電站內(nèi)的變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電壓互感器和電流互感器等一次設(shè)備和測(cè)量、控制部件和繼電保護(hù)部件。

變電層包括全站性的監(jiān)控主機(jī)、工程師機(jī)、通信控制機(jī)等。該層設(shè)現(xiàn)場(chǎng)總線或局域網(wǎng)，供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)與間隔層之間交換信息，現(xiàn)在又稱之為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)是把整套綜合自動(dòng)化系統(tǒng)按不同的功能組裝成多個(gè)屏（或稱柜），如主變壓器保護(hù)屏、線路保護(hù)屏、數(shù)采屏、出口屏等。這些屏都集中安裝在主控制室內(nèi)，再把各保護(hù)單元和數(shù)據(jù)采集分別安裝于各保護(hù)屏和數(shù)據(jù)采集屏上，由監(jiān)控主機(jī)集中對(duì)各屏（柜）進(jìn)行管理，然后通過(guò)調(diào)制解調(diào)器與調(diào)度中心聯(lián)系。例如，有的用于中、小型變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是由數(shù)采控制機(jī)直接完成與調(diào)度通信的任務(wù)；大型變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)則在變電層調(diào)用通信控制機(jī)，專門(mén)負(fù)責(zé)與調(diào)度中心通信，并設(shè)有工程師機(jī)，負(fù)責(zé)軟件開(kāi)發(fā)與管理，在功能單元層可能還有故障錄波儀等。

三、 分散與集中相結(jié)合的分布分散式結(jié)構(gòu)形式

隨著單片機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線和局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，以及變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的不斷提高，可以將這個(gè)一體化的保護(hù)和測(cè)控單元分散安裝在各個(gè)開(kāi)關(guān)柜中，然后由監(jiān)控主機(jī)通過(guò)光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)對(duì)它們進(jìn)行管理和交換信息。這種將配電線路的保護(hù)和測(cè)控單元分散安裝在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路保護(hù)和主變壓器保護(hù)裝置等仍采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，被稱為分散與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。最近幾年，又逐漸出現(xiàn)了分布分散式的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示。

圖2 變電站自動(dòng)化分布分散式結(jié)構(gòu)

四、結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，變電站自動(dòng)化技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，出現(xiàn)了高集成、高自動(dòng)化和高效率的變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，從而有效地使用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使變電站向無(wú)人值守和遠(yuǎn)方監(jiān)控與操作發(fā)展和有輻射型網(wǎng)絡(luò)向環(huán)網(wǎng)發(fā)展，進(jìn)而提高了網(wǎng)絡(luò)回路的運(yùn)行性能。