變電站綜合自動化裝置分析

　　摘要：本文說明了各種變電站綜合自動化裝置的硬件具有相同的典型結(jié)構(gòu)，討論了模擬量的輸入／輸出回路，開關(guān)量輸入及輸出電路，微型機系統(tǒng)和變電站綜合自動化算法，人機對話、、通信和電源插件，操作回路等各部分培訓(xùn)的內(nèi)容、作用和培訓(xùn)方法，并具體介紹了測控裝置。

　　關(guān)鍵詞：變電站綜合自動化；裝置；硬件結(jié)構(gòu)；插件；　　

　　一、裝置的典型硬件結(jié)構(gòu)

　　成套的綜合自動化系統(tǒng)中微機保護系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等裝置都是由若干模塊組成的，它們的硬件結(jié)構(gòu)都是大同小異，所不同的是軟件及硬件模塊化的組合與數(shù)量不同。一個變電站綜合自動化系統(tǒng)中各種子系統(tǒng)的典型硬件結(jié)構(gòu)主要包括模擬量輸人/輸出回路、開關(guān)量輸人/輸出回路、微機系統(tǒng)、人機對話接口回路、通信回路和電源，如圖1所示�！　�

　　裝置采用統(tǒng)一硬件平臺，變電站綜合自動化裝置硬件采用整體面板、國際標準機箱。裝置強弱電徹底分離，CPU板采用印刷板、表面裝貼技術(shù)，提高了裝置的可靠性�？勺詸z和互檢，同時減少各部分的關(guān)聯(lián)性。通信接口方式選擇靈活，與變電站自動化系統(tǒng)配合，可實現(xiàn)遠方定值修改和切換、事件記錄及錄波數(shù)據(jù)上傳、壓板遙控投退和遙測、遙信、遙控跳合閘。可通過變電站監(jiān)控系統(tǒng)對保護裝置所具有的功能實施全遙控操作。裝置采用統(tǒng)一軟件平臺，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，延長了產(chǎn)品的市場生命周期，從“作坊生產(chǎn)階段”進人到“大規(guī)模生產(chǎn)階段”。裝置采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫處理，在設(shè)計裝置功能模塊時提煉不同功能應(yīng)用信息的共性，建立一個統(tǒng)一的應(yīng)用功能數(shù)據(jù)機構(gòu)模塊，包含每種功能所需的一切信息，形成功能程序的統(tǒng)一的開發(fā)平臺，降低了功能模塊程序開發(fā)的難度，提高了功能模塊程序的可靠性。

　　二、模擬量的輸入/輸出回路

　　1.模擬量的輸入電路

　　變電站綜合自動化系統(tǒng)采集的一次設(shè)備的電流、電壓、有功功率、無功功率、溫度等都是屬于模擬量，由于微機只能識別數(shù)字量，故模擬信號必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能輸人到微機中進行處理。典型的模擬量輸人電路的結(jié)構(gòu)框圖主要包括電壓形成電路、低通濾波電路、采樣電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及A/D變換芯片五部執(zhí)電壓形成電路除了起電量變換作用外，另一個重要作用是將一次設(shè)備的電流互感器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)完全隔離，提高抗干擾能力。通過低通濾波器與采樣定理、采樣保持器、模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、模/數(shù)變換(A/D)的詳細講解，使學(xué)員熟悉模擬量輸人電路如何隔離、規(guī)范輸入電壓及完成模/數(shù)變換、與CPU接口，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。　　

　　2模擬量輸出電路

　　培訓(xùn)中簡要說明模擬量輸出電路的組成、數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器工作原理。模擬量輸出電路的作用是把微型機系統(tǒng)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，該任務(wù)主要由數(shù)/模(D/A)變換器來完成。由于D/A轉(zhuǎn)換器需要一定的轉(zhuǎn)換時間，在轉(zhuǎn)換期間，輸人待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量應(yīng)該保持不變，而微型機系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上穩(wěn)定的時間很短，因此在微機系統(tǒng)與D/A換器間必須用鎖存器來保持數(shù)字量的穩(wěn)定，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器得到的模擬信號一般要經(jīng)過低通濾波器，使其輸出波形平滑，同時為了能驅(qū)動受控設(shè)備，可以采用功率放大器作為模擬量輸出的驅(qū)動電踐D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將二進制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量，其主要部件是電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和集成運算放大器。

　　三、開關(guān)量輸入及輸出電路

　　在變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集中，除模擬信號外，還有大量的以二進制數(shù)字變化為特點的信號，如隔離開關(guān)、斷路器的狀態(tài)，按鈕、普通的開關(guān)、刀閘、斷路器的觸點以及人機聯(lián)系的功能鍵的狀態(tài)等，稱為開關(guān)量。

　　1.開關(guān)量輸入電路

　　開關(guān)量輸入電路的基本功能就是將變電站內(nèi)需要的狀態(tài)信號引人微機系統(tǒng)，如斷路器狀態(tài)、繼電保護信號等。開關(guān)量輸人電路由消抖濾波電路、信號調(diào)節(jié)電路、控制邏輯電路、驅(qū)動電路、地址譯碼電路、隔離電路等組成。培訓(xùn)中講清消抖濾波電路與信號調(diào)節(jié)電路、電隔離技術(shù)的應(yīng)用、驅(qū)動控制與端口地址譯碼問題，特別是要了解簡單的開關(guān)量輸人電路。開關(guān)量信號都是成組并行輸人(出)微機系統(tǒng)的，每組一般為微機系統(tǒng)的字節(jié)，即8,16或32位，對于斷路器、隔離開關(guān)等開關(guān)量的狀態(tài)，體現(xiàn)在開關(guān)量信號的每一位上，如斷路器的分、合兩種工作狀態(tài)，可用0,1表示。簡單的開關(guān)量輸人電路包括斷路器和隔離開關(guān)的輔助觸點、跳合閘位置繼電器觸點、有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置等輸入、外部裝置閉鎖重合閘觸點輸人、裝置上連接片位置輸入等回路。

　　2開關(guān)量輸出回路

　　開關(guān)量輸出電路主要是將CPU送出的數(shù)字信號或數(shù)據(jù)進行顯示、控制或調(diào)節(jié)，如斷路器跳閘命令和屏幕顯示、報警信號等。開關(guān)量輸出電路與輸人電路基本一樣。簡單的開關(guān)量輸出主要包括保護的跳閘出口以及本地和中央信號等，一般都采用并行接口的輸出來控制有觸點繼電器(干簧或密封小中間繼電器)的方法，但為提高抗干擾能力，最好也經(jīng)過一級光電隔離。

　　四、微型機系統(tǒng)和變電站綜合自動化算法

　　微型機系統(tǒng)的CPU是由一片大規(guī)模集成電路芯片制成，不僅能進行算法邏輯運算，還能執(zhí)行各種控制功能。配備一定容量的存儲器、輸人/輸出設(shè)備的接口電路及系統(tǒng)總線。計算機監(jiān)控系統(tǒng)都應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集和輸出控制部分，這兩個部分構(gòu)成了基本測控單元的主要內(nèi)容。數(shù)字信號處理器(DSP)是一種經(jīng)過優(yōu)化后用于處理實時信號的微控制器。

　　在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，計算機對采樣值進行分析、計算得到所需的電流、電壓的有效值和相位以及有功功率、無功功率等量，或者算出它們的序分量，或者線路和元件的視在阻抗，或者某次諧波的大小和相位等，并根據(jù)這些參數(shù)的計算結(jié)果以及定值，通過比較判斷決定裝置的動作行為，而完成上述分析計算和比較判斷以實現(xiàn)各種預(yù)期功能的方法就稱為變電站綜合自動化系統(tǒng)算法。其主要任務(wù)是如何從包含有噪聲分量的輸入信號中快速、準確地計算出所需的各種電氣量參數(shù)。算法的運算速度將影響自動化裝置檢測量的檢測和自動化裝置的動作速度。變電站綜合自動化系統(tǒng)中保護和監(jiān)控對算法有不同要求。