【摘 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，對電力的要求也越來越高，對智能化電網(wǎng)的建設(shè)也不斷深入發(fā)展。智能變電站作為我國智能化電網(wǎng)建設(shè)的過程中的重要組成部分，對我國變電站的智能化和自動化具有極其深遠(yuǎn)的意義，而智能斷路器在變電站中的地位十分重要，關(guān)系到變電站的整個電力系統(tǒng)的控制，因此在狀態(tài)檢測系統(tǒng)中重點(diǎn)是把握斷路器的檢測，重視斷路器的作用。本文首先簡要地介紹了智能變電站的狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其次重點(diǎn)介紹斷路器狀態(tài)檢測系統(tǒng)，闡述了斷路器狀態(tài)檢測的智能電子設(shè)備即IED的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；斷路器；智能電子設(shè)備設(shè)計(jì)；IEC61850

作為智能變電站的重要組成部分，斷路器的運(yùn)行對于整個智能變電站運(yùn)作的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義。因此，利用智能變電站的設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)對斷路器的運(yùn)行進(jìn)行在線監(jiān)測就顯得尤為重要且必須，斷路器狀態(tài)檢測系統(tǒng)可以通過持續(xù)的、穩(wěn)定的、實(shí)時的檢測，對斷路器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，有利于促進(jìn)變電站的斷路器安全穩(wěn)定的運(yùn)行，從而促進(jìn)整個變電站的安全運(yùn)營。

1.智能變電站的狀態(tài)檢測系統(tǒng)概述

1.1狀態(tài)檢測系統(tǒng)的功能

（1）通過對變電站進(jìn)行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)智能變電站諸多設(shè)備的缺陷和故障以及可能存在的異常情況，并及時進(jìn)行預(yù)警。變電站的系統(tǒng)十分龐大復(fù)雜，如沒有對其運(yùn)行的每一個層次都進(jìn)行智能化的檢測，就無法發(fā)現(xiàn)變電站中存在的問題，狀態(tài)檢測系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)的一個重要功能就是為了防患于未然，減少可以避免的故障，提高變電站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。

（2）綜合分析狀態(tài)檢測系統(tǒng)檢測出的數(shù)據(jù)，實(shí)行變電站運(yùn)行狀態(tài)評估，為變電站的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修和變電站維修工作人員的控制決策提供重要依據(jù)和有效指導(dǎo)，從而減少變電站的人力物力的浪費(fèi)，降低對變電站進(jìn)行維修的費(fèi)用。

1.2 狀態(tài)檢測系統(tǒng)的構(gòu)成

智能變電站的狀態(tài)檢測主要是通過使用傳感器、計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方式來進(jìn)行的，以此及時獲得整個變電站所運(yùn)行的設(shè)備的參數(shù)，并運(yùn)用相應(yīng)技術(shù)對所獲得的綜合參數(shù)進(jìn)行分析處理，最終獲得對設(shè)備實(shí)時安全性和可靠性的檢測數(shù)據(jù)。狀態(tài)檢測系統(tǒng)主要通過以下三個程序來進(jìn)行系統(tǒng)檢測工作：一是數(shù)據(jù)信號采集，二是數(shù)據(jù)傳輸，最后則是數(shù)據(jù)的分析處理與診斷。其中在信號檢測及采集過程中，主要是針對斷路器的不同故障和異常情況所產(chǎn)生的不同的氣體進(jìn)行檢測。狀態(tài)檢測主要有兩種方式，即在線檢測和離線檢測，本文所研究的主要是智能變電站斷路器的狀態(tài)在線檢測IED的設(shè)計(jì)。

2.斷路器狀態(tài)在線檢測系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文的設(shè)計(jì)將斷路器狀態(tài)在線檢測系統(tǒng)主要分為三大板塊來進(jìn)行工作，即過程層、間隔層和站控層。接下來介紹斷路器狀態(tài)在線檢測系統(tǒng)的具體工作流程設(shè)計(jì)。

2.1.1 斷路器在線監(jiān)測裝置，即過程層

在本裝置中對斷路器的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時的采集，通過傳感器所傳輸?shù)男盘?，將所接收的信號進(jìn)行直接或間接的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，來得到需要進(jìn)行檢測的斷路器狀態(tài)的參數(shù)，進(jìn)而通過所掌握的參數(shù)來診斷斷路器運(yùn)行狀態(tài)。

2.1.2斷路器狀態(tài)檢測IED，即間隔層

本設(shè)計(jì)中的斷路器狀態(tài)檢測IED可以定時接受監(jiān)控中心發(fā)出的數(shù)據(jù)采集指令，對收到的采集指令進(jìn)行相應(yīng)的解析之后，通過CAN總線向各個斷路器在線檢測裝置發(fā)送相應(yīng)的采集命令。過程層將采集的狀態(tài)參數(shù)上傳到斷路器狀態(tài)檢測IED，IED遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)將斷電器狀態(tài)運(yùn)行的參數(shù)發(fā)送到狀態(tài)檢測系統(tǒng)的監(jiān)控中心。

2.1.3監(jiān)控中心，即站控層

監(jiān)控中心一方面接受多個斷路器狀態(tài)檢測IED傳送的各類檢測數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析、診斷和預(yù)警，另一方面通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄茏冸娬疽惑w化的信息平臺。

2.2斷路器狀態(tài)檢測IED的硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)為了更好的實(shí)現(xiàn)斷路器狀態(tài)檢測IED的數(shù)據(jù)采集和信號處理功能，以及為了滿足IED與IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的更好的結(jié)合，我采用了DSP芯片和ARM芯片相結(jié)合的結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)斷路器狀態(tài)檢測IED，以此來提高IED的傳輸速度和數(shù)據(jù)處理能力。IED的主處理單元是ARM芯片，附加外圍的光纖等硬件設(shè)備，嵌入符合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的ICD文件，來解析站控層的監(jiān)控中心發(fā)出的名利，并將斷路器狀態(tài)的參數(shù)按IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送給站控層。將DSP芯片作為從處理單元，以利用它的高速運(yùn)算能力來進(jìn)行斷路器狀態(tài)參數(shù)的采集和數(shù)據(jù)運(yùn)算處理工作。

2.2.1 IRIG-B 碼對時

為了使斷路器對各種參數(shù)的計(jì)算更加精確，需要實(shí)現(xiàn)過程層對各種信號的同步采集，這一點(diǎn)對時間同步系統(tǒng)的精確度要求更高了。將時鐘信號通過IRIG-B碼的方式傳送到間隔層即斷路器狀態(tài)檢測IED，IED才用RS-485總線將IRIG-B碼對時信號傳送給過程層。此處用到的IRIG-B碼是每秒一幀的時間串碼，有著傳送信息量大以及高分辨率的特點(diǎn)，因此應(yīng)用十分廣泛。

2.2.2 SPI通信

本設(shè)計(jì)運(yùn)用高速同步的SPI來完成IED中兩大芯片之間的通信要求，其傳輸速度最快可達(dá)到1 Mbit/s，這將對整個系統(tǒng)的運(yùn)行速度和性能有很大的提高。SPI通信連接共包括4根信號線，有設(shè)備選擇先、時鐘線、串行輸出數(shù)據(jù)線、串行輸入數(shù)據(jù)線。這樣一來，兩個芯片就能夠同時進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)了。

2.2.3 CAN總線

IED主要需要通過采集各種信號的波形文件，來計(jì)算斷路器運(yùn)行時的各種機(jī)械特性參數(shù)。因此，在本設(shè)計(jì)中利用了有著傳輸速度快、通信的可靠性高等特點(diǎn)的CAN總線。IED所采用的DSP芯片自帶有CAN可以直接作為CAN控制器，能使DSP芯片方便地接入到CAN總線中，不需要另外再加CAN控制器，即可實(shí)現(xiàn)CAN與DSP芯片的對接。

2.3斷路器狀態(tài)檢測IED的軟件設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為兩大板塊，即ARM軟件和DSP軟件。在ARM軟件的設(shè)計(jì)上，應(yīng)該著重注意根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，并重視系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了方便更好的運(yùn)用和適應(yīng)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，以及實(shí)現(xiàn)光纖和SPI通信的功能，本設(shè)計(jì)在ARM芯片上加進(jìn)了Linux操作系統(tǒng)。同時在DSP軟件的設(shè)計(jì)上，應(yīng)該使整個軟件系統(tǒng)和通信設(shè)計(jì)的實(shí)時性和高速性達(dá)到較高水平。

2.3.1 ARM芯片的軟件設(shè)計(jì)流程

首先應(yīng)對配置文件進(jìn)行讀取，接著設(shè)置輪詢的間隔和因此而產(chǎn)生的輪詢函數(shù)，如果到了輪詢時間，就通過SPI發(fā)送采集信號的命令。再SPI已將信號送達(dá)DSP芯片之后，查詢SPI的狀態(tài)，如數(shù)據(jù)已傳回，就將其再上傳。

2.3.2 DSP芯片的軟件設(shè)計(jì)流程

首先最重要的是要先初始化DSP程序，如果ARM芯片已經(jīng)通過SPI發(fā)送采集信號的命令，且是斷路器信號的采集命令，則DSP芯片就對命令進(jìn)行解析，解析完之后將其放松給對應(yīng)的斷路器檢測裝置，之后在由斷路器設(shè)備對命令所傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和運(yùn)算處理，再通過SPI傳輸給ARM芯片。

3.IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在斷路器狀態(tài)檢測IED中的實(shí)現(xiàn)

（1）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是目前為止的變電站通信網(wǎng)絡(luò)、整體系統(tǒng)的構(gòu)造分層與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中最完善的一種，它能夠?qū)崿F(xiàn)來自制造商的IED之間的良好的互操作性。

（2）斷路器狀態(tài)檢測IED還將所采集得到的數(shù)據(jù)按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述，通過運(yùn)用結(jié)構(gòu)化控制語言即SCL語言的形式將IED的各項(xiàng)功能參數(shù)保存成ICD文件。這樣就能使IED不需要經(jīng)過大量繁雜的中央處理單元、通信單元或協(xié)議轉(zhuǎn)換單元等環(huán)節(jié)，可以直接實(shí)現(xiàn)IED與監(jiān)控中心進(jìn)行連接。

（3）斷路器狀態(tài)檢測IED還根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，將同一個功能對象的相關(guān)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的屬性進(jìn)行建模，了解了那些檢測數(shù)據(jù)需要通信以及如何進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。對IED進(jìn)行建模。首先要對IED做出完整的功能描述，把每一個不同的斷路器描述為一個IED對象，將最小功能單元建模成一個邏輯節(jié)點(diǎn)的對象。

4.總結(jié)

總之，通過本設(shè)計(jì)的IED設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)斷路器狀態(tài)檢測，使監(jiān)控中心的人員遠(yuǎn)程實(shí)時的監(jiān)測著變電站斷路器的運(yùn)行狀態(tài)，對整個變電站進(jìn)行狀態(tài)檢測具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，從而實(shí)現(xiàn)對整個變電站的運(yùn)作進(jìn)行更好的監(jiān)控，提高變電站的智能化和自動化程度，保證變電站安全、穩(wěn)定的運(yùn)作，這對我國整個國家的電網(wǎng)建設(shè)具有極其深遠(yuǎn)且重大的意義，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)的智能化建設(shè)，使我國的供電事業(yè)蒸蒸日上。 [科]

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