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摘 要近些年来,随着计算机和电子信息技术的迅速发展,自动化技术在电力建设中的应用越来越广,起到的作用也越来越大。为了更好的掌握电网和变电站的运行状况,避免人为原因造成的损失,提高生产效率,变电站综合自动化系统成为一个研究的热点。本文将简要介绍变电站综合自动化技术的基本概念、技术要求和所实现的功能,并将在工程实践过程中,自动化系统所暴露出的问题,进行总结和探讨。
中图分类号TM79文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)031-0014-01
1基本概念
国际电工委员会将在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化系统定义为变电站综合自动化系统。本文讨论的变电站综合自动化系统主要是指全面微机化的综合自动化变电站。变电站综合自动化技术是指利用先进的计算机技术、现代电子信息技术、通信技术和数字信号处理(DSP)等自动化技术,通过监控系统的局域网通信,采集微机保护装置、微机自动装置和微机远动装置的模拟量、开关量、状态量、脉冲量和一些非电量信号,经过数据处理和计算后,按照预定的程序和要求,发出动作命令,实现信息共享的一套微机化的二次系统,它的主要作用是对变电站主要设备和输、配电线路的进行自动监视、测量、远程控制、保护以及与调度通信等。
变电站综合自动化系统大致可以分为三种结构:分布式系统结构、集中式系统结构、分层分布式结构。
分布式系统结构是指将变电站被监控对象或单机功能设备连接到能共享资源的网络上实现分布式处理的结构。分布模式一般按功能设计,采用主从CBU系统工作方式,多CBU系统提高了处理并行多发事件能力,解决了CBU运算处理的瓶颈问题。
集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其中的I接口,集中采集变电站的模拟和数量等信息,集中进行计算和处理,分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能;由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能,后台机完成数据处理、显示、打印及远方通信等功能。
目前较为流行的结构是分层分布式结构,分层分布式结构采用“面向对象”设计,将整个系统划分为不同的层系,间隔层中数据、采集、控制单元(1/0单元)和保護单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近,层与层之间通过通信网络相连进行数据交换与传输并与监控主机进行通信。
系统结构的选择是变电站综合自动化系统设计中的重要内容,不同的结构适合不同的电网规模和实际应用目的,因此在进行电网改造过程中要充分考虑各方面的问题,选择合适的系统结构。
2技术要求
变电站综合自动化系统应该具有可靠性高、抗干扰能力强、实时性好及维护简单等特点。
可靠性高主要是指任何一部分设备出现故障时不能影响其他设备,要做到危险的可控制性。当站级系统和网络部分出现故障,只影响到监控部分,而最重要的保护、控制功能在段级仍可正常运行;段级的任一智能单元损坏不会导致全站的通信中断。
实时性好是指自动化系统的数据采集、传输和处理必须是实时的,不能产生之后,造成判断的滞后甚至产生错误,带来不可挽回的损失。实时性的好坏主要依赖于通信技术和处理单元的运行速度。目前变电站综合自动化系统大多将工业以太网和CAN总线两种现场总线技术有机地融于一体,构成多现场总线系统,以提高控制系统的控制精度和运算速度。
维护简单是指综合考虑二次系统的功能,在整个的系统设计方案指导下,进行优化组合设计,尽量简化变电站二次设备的硬件配置,应用配套的设备,使综合自动化系统的常规检测和运行维护简单可控。目前,变电站综合自动化系统都具有系统具有自诊断功能,系统运行过程中,把数据送往后台机和远方调度中心,通过软件利用查询标准输入检测等方法实时检查来进行实时自检,能快速发现装置内部的故障及缺陷并给出提示,指出故障位置,方便维护与维修。
3变电站综合自动化系统的功能
变电站综合自动化系统的功能主要包括:微机保护、数据采集及处理功能、事件记录和故障录波测距、控制和操作功能、系统的自诊断功能、数据处理和记录、人机联系系统的自诊断功能和“四遥”功能。
微机保护是指系统通过以单片机为基础构成的微机保护装置,构成保护测控单元的主控制板,完成对一次设备的保护、测量和控制。保护装置是相对独立的,网络及监测系统的故障不会影响保护功能的正常工作。
系统的自诊断功能则是指系统内各插件应具有自诊断功,自诊断信息也象被采集的数据一样周期性地送往后台和远方调度中心或操作控制中心。
4问题总结与研究
4.1数据的存储安全问题
有些变电站的自动化系统的远动数据和信息是通过后台监控系统发送到调度主站并存储的,由于没有备份系统,当异常情况发生时、遭遇严重系统问题或者自然不可抗原因时,将产生不必要的损失,对系统的恢复有很大影响。
针对这一问题,要在综合自动化系统设计过程中充分考虑数据安全问题,进行冗余设计,并对数据进行异地备份,减少由于数据安全问题带来的系统风险。
4.2变电站综合自动化设计的规范问题
目前,变电站综合自动化系统的设计还是停留在各自为战的状态,设备标准不统一、没有标准设计图集等问题日益严重,造成了很多设计单位的不必要的重复工作,用户单位在设备使用、维护、更换等方面也存在一定困难,增加了综合自动化系统的运行成本。
对于设计规范的问题,最好的解决方式是尽快建立适用性广的行业标准,即对配套设备、设计准则和工程实施等方面进行硬性规定,使各个子系统成为相对独立的模块,增加通用性。
4.3通信模式的问题
有些变电站自动化系统远动远动通信模式设计不足或者不合理,导致调度无法监控,给系统维护人员带来不便,无法保证电网安全稳定运行。
现在远动工作站存在着多种通信模式,常见的三种远动通信模式为:单远动工作站对单通道通信、a单远动工作站对双通道通信和单通道对双远动工作站通信。经过研究, “单通道对双远动工作站通信模式,能够将远动工作站运行状态监视信号上送调度,确保变电站数据上送调度正确无误,杜绝了上述问题。因此应尽量采取这种通信模式进行系统设计。
5结束语
通过以上分析,可以看到变电站综合自动化系统有很大应用前景。通过将自动化技术与电力传输技术进行结合,完成了电网管理方式的飞跃。尽管现在这一技术仍有一些问题需要解决,但是我们相信随着技术的进步和软硬件水平的改善,变电站自动化系统将在电力传输过程中发挥更大的作用。
参考文献
[1]赵金荣,王海峰.基于嵌入式以太网的变电站自动化系统的实现[J].电力系统自动化,2004,28(11):79-82.
[2]温阳东.吴丽娟.黄曼青.变电站综合自动化通讯控制单元的设计[J].合肥工业大学学报,2002,25(2):196-199.
[3]张建周,柏嵩,陈伟琦.嵌入式高可靠性通信管理机的设计[J].电力系统自动化,2007,31(16):94-98.
[4]高峰,崔琪,杨常府.分层模块化软件设计在变电站通信管理机中的应用[J].电力自动化设备,2004,24(6):95-97.
中图分类号TM79文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)031-0014-01
1基本概念
国际电工委员会将在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化系统定义为变电站综合自动化系统。本文讨论的变电站综合自动化系统主要是指全面微机化的综合自动化变电站。变电站综合自动化技术是指利用先进的计算机技术、现代电子信息技术、通信技术和数字信号处理(DSP)等自动化技术,通过监控系统的局域网通信,采集微机保护装置、微机自动装置和微机远动装置的模拟量、开关量、状态量、脉冲量和一些非电量信号,经过数据处理和计算后,按照预定的程序和要求,发出动作命令,实现信息共享的一套微机化的二次系统,它的主要作用是对变电站主要设备和输、配电线路的进行自动监视、测量、远程控制、保护以及与调度通信等。
变电站综合自动化系统大致可以分为三种结构:分布式系统结构、集中式系统结构、分层分布式结构。
分布式系统结构是指将变电站被监控对象或单机功能设备连接到能共享资源的网络上实现分布式处理的结构。分布模式一般按功能设计,采用主从CBU系统工作方式,多CBU系统提高了处理并行多发事件能力,解决了CBU运算处理的瓶颈问题。
集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其中的I接口,集中采集变电站的模拟和数量等信息,集中进行计算和处理,分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能;由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能,后台机完成数据处理、显示、打印及远方通信等功能。
目前较为流行的结构是分层分布式结构,分层分布式结构采用“面向对象”设计,将整个系统划分为不同的层系,间隔层中数据、采集、控制单元(1/0单元)和保護单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近,层与层之间通过通信网络相连进行数据交换与传输并与监控主机进行通信。
系统结构的选择是变电站综合自动化系统设计中的重要内容,不同的结构适合不同的电网规模和实际应用目的,因此在进行电网改造过程中要充分考虑各方面的问题,选择合适的系统结构。
2技术要求
变电站综合自动化系统应该具有可靠性高、抗干扰能力强、实时性好及维护简单等特点。
可靠性高主要是指任何一部分设备出现故障时不能影响其他设备,要做到危险的可控制性。当站级系统和网络部分出现故障,只影响到监控部分,而最重要的保护、控制功能在段级仍可正常运行;段级的任一智能单元损坏不会导致全站的通信中断。
实时性好是指自动化系统的数据采集、传输和处理必须是实时的,不能产生之后,造成判断的滞后甚至产生错误,带来不可挽回的损失。实时性的好坏主要依赖于通信技术和处理单元的运行速度。目前变电站综合自动化系统大多将工业以太网和CAN总线两种现场总线技术有机地融于一体,构成多现场总线系统,以提高控制系统的控制精度和运算速度。
维护简单是指综合考虑二次系统的功能,在整个的系统设计方案指导下,进行优化组合设计,尽量简化变电站二次设备的硬件配置,应用配套的设备,使综合自动化系统的常规检测和运行维护简单可控。目前,变电站综合自动化系统都具有系统具有自诊断功能,系统运行过程中,把数据送往后台机和远方调度中心,通过软件利用查询标准输入检测等方法实时检查来进行实时自检,能快速发现装置内部的故障及缺陷并给出提示,指出故障位置,方便维护与维修。
3变电站综合自动化系统的功能
变电站综合自动化系统的功能主要包括:微机保护、数据采集及处理功能、事件记录和故障录波测距、控制和操作功能、系统的自诊断功能、数据处理和记录、人机联系系统的自诊断功能和“四遥”功能。
微机保护是指系统通过以单片机为基础构成的微机保护装置,构成保护测控单元的主控制板,完成对一次设备的保护、测量和控制。保护装置是相对独立的,网络及监测系统的故障不会影响保护功能的正常工作。
系统的自诊断功能则是指系统内各插件应具有自诊断功,自诊断信息也象被采集的数据一样周期性地送往后台和远方调度中心或操作控制中心。
4问题总结与研究
4.1数据的存储安全问题
有些变电站的自动化系统的远动数据和信息是通过后台监控系统发送到调度主站并存储的,由于没有备份系统,当异常情况发生时、遭遇严重系统问题或者自然不可抗原因时,将产生不必要的损失,对系统的恢复有很大影响。
针对这一问题,要在综合自动化系统设计过程中充分考虑数据安全问题,进行冗余设计,并对数据进行异地备份,减少由于数据安全问题带来的系统风险。
4.2变电站综合自动化设计的规范问题
目前,变电站综合自动化系统的设计还是停留在各自为战的状态,设备标准不统一、没有标准设计图集等问题日益严重,造成了很多设计单位的不必要的重复工作,用户单位在设备使用、维护、更换等方面也存在一定困难,增加了综合自动化系统的运行成本。
对于设计规范的问题,最好的解决方式是尽快建立适用性广的行业标准,即对配套设备、设计准则和工程实施等方面进行硬性规定,使各个子系统成为相对独立的模块,增加通用性。
4.3通信模式的问题
有些变电站自动化系统远动远动通信模式设计不足或者不合理,导致调度无法监控,给系统维护人员带来不便,无法保证电网安全稳定运行。
现在远动工作站存在着多种通信模式,常见的三种远动通信模式为:单远动工作站对单通道通信、a单远动工作站对双通道通信和单通道对双远动工作站通信。经过研究, “单通道对双远动工作站通信模式,能够将远动工作站运行状态监视信号上送调度,确保变电站数据上送调度正确无误,杜绝了上述问题。因此应尽量采取这种通信模式进行系统设计。
5结束语
通过以上分析,可以看到变电站综合自动化系统有很大应用前景。通过将自动化技术与电力传输技术进行结合,完成了电网管理方式的飞跃。尽管现在这一技术仍有一些问题需要解决,但是我们相信随着技术的进步和软硬件水平的改善,变电站自动化系统将在电力传输过程中发挥更大的作用。
参考文献
[1]赵金荣,王海峰.基于嵌入式以太网的变电站自动化系统的实现[J].电力系统自动化,2004,28(11):79-82.
[2]温阳东.吴丽娟.黄曼青.变电站综合自动化通讯控制单元的设计[J].合肥工业大学学报,2002,25(2):196-199.
[3]张建周,柏嵩,陈伟琦.嵌入式高可靠性通信管理机的设计[J].电力系统自动化,2007,31(16):94-98.
[4]高峰,崔琪,杨常府.分层模块化软件设计在变电站通信管理机中的应用[J].电力自动化设备,2004,24(6):95-97.