【摘要】 目前越來越多智能設(shè)備應(yīng)用于變電站，本文在概述高電壓等級變電站測控裝置基礎(chǔ)上，討論了電力系統(tǒng)測控裝置的方案設(shè)計，分析了實現(xiàn)電力系統(tǒng)測控裝置實現(xiàn)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】 測控裝置；靈活性；可靠性

【中圖分類號】 TM71【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A【文章編號】 1005-1074(2009)04-0199-01

1 變電站測控裝置概述

變電站測控裝置在國內(nèi)的發(fā)展，已經(jīng)走過了近 30年的歷史，從早期的集控臺方式、全集中式、功能分布式，到目前以設(shè)備間隔為對象的分散、分層、分布式變電站測控裝置。20世紀(jì)90年代中期，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，采用按間隔為對象設(shè)計測控單元，采用分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成真正意義上的分層分布式自動化系統(tǒng)。

2 電力系統(tǒng)測控裝置的方案設(shè)計

2.1 測控裝置設(shè)計原則 測控裝置設(shè)計原則包括以下幾個方面：①變電站測控裝置作為電網(wǎng)調(diào)度自動化的一個子系統(tǒng)，應(yīng)服從電網(wǎng)調(diào)度自動化的總體設(shè)計要求，其配置、功能包括設(shè)備的布置應(yīng)滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運行以及信息分層傳輸、資源共享的原則；②本著提高電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運行水平、采用先進(jìn)的計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，功能有機集成、相互協(xié)調(diào)、提高自動化水平、減少變電站硬件的重復(fù)設(shè)置及投資費用，滿足變電站自動化及無人值守的工程需求；③構(gòu)造按超高壓樞紐變電站(500KV～220KV)設(shè)計，同時簡化的結(jié)構(gòu)模式應(yīng)能使用于中壓變電站(含 220KV終端站和 10KV～35KV站)及低壓配電站(35KV、10KV站)的系統(tǒng)構(gòu)造要求，同時兼顧考慮同保護(hù)配合；④系統(tǒng)用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，測控裝置設(shè)計體現(xiàn)面向?qū)ο?，功能有機集成，系統(tǒng)各部分有機協(xié)調(diào)的思想。充分考慮工程的實用化(分散、就地安裝等模式)。分散式配置宜采用能下放的功能盡量下放的原則，凡可以在間隔層就地完成的功能，無需通過網(wǎng)絡(luò)及上位機完成；⑤采用代表國際技術(shù)發(fā)展先進(jìn)潮流的、標(biāo)準(zhǔn)而成熟的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。對于 220KV樞紐站及 330KV、500KV超高壓變電站，其網(wǎng)絡(luò)層及站控層宜采用雙重化、冗余配置，如雙網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、光纖雙環(huán)冗余自愈系統(tǒng)等手段。⑥在系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮同我國電力通訊網(wǎng)的接口問題，系統(tǒng)支撐軟件符合 ISO開放系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)、通信規(guī)約及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義、格式、編程、地址等與相應(yīng)的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)保持一致，以適應(yīng)電力工業(yè)信息化的發(fā)展要求。⑦站控層應(yīng)能實現(xiàn)對全站進(jìn)行監(jiān)視、保護(hù)、控制以及設(shè)備檢測功能的綜合管理。間隔層 IED符合設(shè)計規(guī)范及技術(shù)指標(biāo)要求，同時可以適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)接口；⑧傳統(tǒng)的變電站測控裝置采用串形口通信方式，其通信速率和資源共享均受到限制。新系統(tǒng)采用總線型局域網(wǎng)絡(luò)，其通信速率高，傳輸可靠。

2.2 技術(shù)要求 測控裝置容量按滿足變電站的一個獨立對象設(shè)計，具有超強的通訊和數(shù)據(jù)處理能力，技術(shù)超前，符合高電壓變電站監(jiān)控發(fā)展趨勢。主要幾個方面包括：①雙 CPU設(shè)計及其基本系統(tǒng)。測控裝置為MC68360+DSP。雙CPU并行工作，雙CPU板之間通過雙口RAM交換數(shù)據(jù)。雙 CPU分工合作，MC68360主要完成通訊功能和遙控、遙信及 PLC邏輯的處理，DSP主要完成模擬量的采集和全電量的計算、故障分析和錄波功能、GPS相角測量功能和諧波分析功能；②PSOS實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用，PSOS嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，其內(nèi)核經(jīng)過了美國 FAA及 FDA認(rèn)證，并已在波音飛機等上廣泛應(yīng)用，其可靠性完全可以信賴。③GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）相角自動監(jiān)測系統(tǒng)，相角測量的功能由測控模塊完成，GPS模塊內(nèi)嵌于測控模塊內(nèi)部，通過 GPS模板輸出的 1PPS（秒脈沖信號）作為同步采樣信號，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)各個結(jié)點的電壓相量同步采樣。④雙以太網(wǎng)應(yīng)用，目前大中型變電站對監(jiān)控系統(tǒng)的要求越來越高，其典型模式是采用分散分布式模塊結(jié)構(gòu)，安裝方式為既可集中安裝也可分散安裝，模塊間通信采用高速的網(wǎng)絡(luò)通訊。⑤電磁兼容性，超高壓變電站的一次開關(guān)設(shè)備附近電磁干擾極為強烈，在其附近安裝的計算機監(jiān)控設(shè)備必須具有極強的可靠性及電磁兼容性。⑥遙信、遙脈功能，測控裝置可以采集 32/64遙信量輸入，模塊到機柜端子輸入回路信號電源采用 DC24V，以 16為模共地，輸入回路經(jīng)過磁珠濾波和壓敏電阻保護(hù)。所有遙信量還可以用作脈沖計數(shù)。⑦遙測功能，12路模擬量采集。交流量采集，包括 6路電壓、6路電流，用于本間隔或安裝單元電流、電壓、有功及無功功率測量等等設(shè)計方面。

3 電力系統(tǒng)測控裝置的硬件和軟件設(shè)計技術(shù)

3.1 硬件設(shè)計概述 測控裝置采用 68360+DSP的雙CPU結(jié)構(gòu)，其中DSP采用德州儀器公司的TMS320F206；測控模塊具有雙以太網(wǎng)與FDK-BUS、CAN-BUS現(xiàn)場總線接口，因而它可以方便地組成雙以太網(wǎng)。

3.2 軟件設(shè)計概述 設(shè)計采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，以抽象數(shù)據(jù)類型為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過繼承和消息等概念和手段，建立抽象數(shù)據(jù)類型的實例——對象之間的聯(lián)系，由對象和對象之間的關(guān)系構(gòu)成基本的軟件體系結(jié)構(gòu)。其中主要功能算法有如下幾種：①同期功能實現(xiàn)，測控裝置可以實現(xiàn)單個斷路器的準(zhǔn)同期合閘，在一個半接線方式下，能夠按就近原則選擇同期電壓。在同期合閘操作中，采用兩種不同的原理捕捉同期點，實現(xiàn)互鎖，保證了同期合閘的準(zhǔn)確性，有效防止異常同期合閘。②基于數(shù)字信號處理技術(shù)的交流采樣算法研究。在此過程中實現(xiàn)線路電壓、電流、有功、無功、積分電度的計算，遞推傅立葉算法的推導(dǎo)及應(yīng)用，三相交流回路序分量的計算，線路電壓相量相角的計算，諧波分析功能，功率、諧波功率的計算和功率因數(shù)的計算等方面。③VQC功能的實現(xiàn)，在 220KV-500KV變電變壓器 35KV出線采用一個測控裝置模塊控制，該模塊兼做變壓器測控：變壓器檔位測量、檔位調(diào)節(jié)，急停，溫度測量等，模塊所連接的 VQC控制軟件存在該模塊中。④五防實現(xiàn)，測控裝置的操作閉鎖功能通過如下方法實現(xiàn)：利用測控裝置的 PLC功能進(jìn)行本間隔的防誤操作閉鎖。

參考文獻(xiàn)

[1] 周 斌，魯國剛.具有檢同期合閘功能的變電站測控裝置[J]，電力自動化設(shè)備，2004，（01）