河南龍宇煤化工有限公司 胡富強

變電站綜合自動化系統(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

現(xiàn)代變電站綜合自動化技術(shù)以微型計算機技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)，逐步地進行發(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化系統(tǒng)的研究和制造工作中，對它應(yīng)包括的內(nèi)容以及設(shè)計原則和要求，觀點逐漸趨于一致。

變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能全面代替常規(guī)的二次設(shè)備。微機保護的軟、硬件設(shè)置既要與監(jiān)控系統(tǒng)相對獨立，又要相互協(xié)調(diào)。保護與測控單位設(shè)備的接口可采用串行口、現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)等多種接口形式兼容性設(shè)計，應(yīng)采用合理的通信網(wǎng)絡(luò)和標準的通信規(guī)約，向計算機監(jiān)控系統(tǒng)提供保護動作或保護定值等信息。變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和配置應(yīng)滿足無人值班的總體要求，應(yīng)具備可靠性高和抗干擾能力強的特點，有良好的可擴展型和適應(yīng)性。許多新建變電站需要技術(shù)先進、功能齊全、性能價格比高的自動化系統(tǒng)供選用。所以，系統(tǒng)應(yīng)有良好的標準化程度和開放性能，應(yīng)充分利用數(shù)字通信的優(yōu)勢，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作必須統(tǒng)一規(guī)劃和進行。隨著集成電路技術(shù)、微計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)也不斷改進，其性能和功能以及可靠性等不斷提高。根據(jù)綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計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。但從國內(nèi)外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程來看，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)的綜合自動化系統(tǒng)采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采用變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字字量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和一些自動控制等功能。集中式結(jié)構(gòu)也并非指由一臺計算機完成保護、監(jiān)控等全部功能，多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機保護、微機監(jiān)控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計算機完成的。這種結(jié)構(gòu)形式主要出現(xiàn)在變電站綜合自動化系統(tǒng)問世的初期。

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（通常是各個從CPU）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

當代分層分布式系統(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；二層變電站自動化系統(tǒng)，如南瑞ISA變電站綜合自動化系統(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)，如許繼集團公司的TOSCAN-D3000C配電自動化&配電管理系統(tǒng)。

圖1 變電站自動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、隔離開關(guān)、電壓互感器和電流互感器等一次設(shè)備和測量、控制部件和繼電保護部件。

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

分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)是把整套綜合自動化系統(tǒng)按不同的功能組裝成多個屏（或稱柜），如主變壓器保護屏、線路保護屏、數(shù)采屏、出口屏等。這些屏都集中安裝在主控制室內(nèi)，再把各保護單元和數(shù)據(jù)采集分別安裝于各保護屏和數(shù)據(jù)采集屏上，由監(jiān)控主機集中對各屏（柜）進行管理，然后通過調(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化系統(tǒng)是由數(shù)采控制機直接完成與調(diào)度通信的任務(wù)；大型變電站的綜合自動化系統(tǒng)則在變電層調(diào)用通信控制機，專門負責(zé)與調(diào)度中心通信，并設(shè)有工程師機，負責(zé)軟件開發(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

隨著單片機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)場總線和局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，以及變電站綜合自動化技術(shù)的不斷提高，可以將這個一體化的保護和測控單元分散安裝在各個開關(guān)柜中，然后由監(jiān)控主機通過光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)對它們進行管理和交換信息。這種將配電線路的保護和測控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路保護和主變壓器保護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)和微型計算機的發(fā)展，變電站自動化技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，出現(xiàn)了高集成、高自動化和高效率的變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)，從而有效地使用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使變電站向無人值守和遠方監(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，進而提高了網(wǎng)絡(luò)回路的運行性能。