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变电站综合自动化技术的现状与发展趋势论文
摘要：本文对变电站自动化技术的发展过程和现状作了论述和分析。提出了变电站自动化发展趋势。变电站自动化技术在城农网建设改造工作中，无论从其技术性、重要性、投资数和任务量占有相当的地位，为此阐写本文与读者探讨。
关键词：变电站;综合自动化;发展趋势
一、目前国内变电站自动化技术
变电站综合自动化的发展历程按时间顺序可将变电站自动化系统的发展历程分成叁个阶段：
第一阶段面向功能设计的集中式RTU加常规保护模式(始于20世纪80年代);
第二阶段面向功能设计的分布式测控装置加微机保护模式(始于20世纪90年代)：
第叁阶段面向间隔、对象设计的分层分布式结构模式(始于20世纪90年代末期)，是当前最为普遍的一种模式。
(一)现场单元功能与性能
在全分散式变电站自动化系统中，特点之一是以变电站一次设备(如高低压开关等)为单位，在一次设备现场配置监控和保护的现场输入输出荤元。如前节所述，现场单元可以是监控和保护二合一装置，亦可以保持相对独立，但有一点是共同的，就是现场单元要求能独立完成监控和保护的功能。
监控现场单元的基本功能为遥测量采集及计算，遥信采集及处理，电能脉冲采集及累计，遥控命令接收与执行，对关键芯片的定时自检，与保护单元的通信(当与保护单元保持相对独立时)，当地显示。
保护现场单元的基本功能为根据安装单位的继电保护配置完成保护功能，接收与执行后台机下发的保护定值修改，自检功能，发送保护装置的工作信息、告警信息、动作信息、自检信息，与上级对时，接收与发送上级对保护装置整定值和测量值的查询，保护装置复归，当地显示。
(二)网络结构与通信
在变电站自动化系统中常用的串行通信接口RS-232C，RS-422/485虽有接口标准化、规范化和多数智能单元IED接口方便的优点，但不足之处是RS-232C通信有效距离短(15m)，而RS-485总线为主从结构，主接点工作繁忙时，影响系统性能和可靠性。
因此在变电站自动化向分散式系统发展时，采用计算机网络的优点来替代传统串口通信成为一种趋向。
计算机网络内计算机之间是相互独立的和平等的(Peer to Peer)，目前国内推出的系统采用较多的是现场总线型通信方式，如CAN及Lon-Works。现场总线网是一种多点共享的广播通信信道网，较点对点通信信道网(星形网)为优，各结点连在一条总线上(亦可采用冗余总线)，不象星形网二结点间通信需通过中心结点。
二、变电站综合自动化技术的发展趋势
变电站自动化系统无论国内外均是向全分散式系统发展，并与计算机技术、网络技术和通信新技术紧密联结，未来变电站自动化新技术动向主要有以下几方面。
(一)系统结构
从变电站自动化系统的设计思想角度来看，设计者对变电站测控的看法已实现从局部到整体的转化。目前的变电站自动化系统中，面向对象技术已成为一个十分流行的趋势，即不单纯考虑某一个量，而是为某一设备配备完备的保护和监控功能装置，以完成特定的功能，从而保证了系统的分布式开放性。
设计思想的发展导致了系统结构的发展，塬先的自动化系统基本只能集中配屏，由于面向对象设计思想的深入以及一次设备的整体化设计，系统结构将由集中式向部分分散式或全分散式发展，变电站内可能将不再具有规模庞大的测控屏以及大量连接信号源和测控屏之间的铜芯电缆，全部测控装置下放在就地，实现所有功能，而在控制室，取而代之的是一个计算机显示器甚至仅为一台临时监视、操作使用的便携机。
(二)通信及规约
一个典型的变电站自动化系统，可分为叁个层次，(如图1所示)。叁个层次分别为：
①现场I/0层，用于和现场一次设备的信号和控制相连;
②通信层，完成上位I(Workstation)和数据终端设备(DCU)的数据和命令传;
⑨计算机管理层，完成相应的SCADA及变电站管理功能以及其它相应的辅助功能。由图可见，通信层在这里起着举足轻重的作用。网络技术的普及化更使自动化系统发生了根本的变化，这些变化将集中表现在以下几个方面。
l、在测控单元和通信单元之间
首先是将引入现场总线技术，由于分散式系统的推出，成百个CPU将在变电站之内运行，传统的RS-485通信已不能胜任此项任务，而现场总线技术不仅具有高速(达1 MHz及以上)传输特征，并且具备”多路侦听，自动上送”的功能解决了多CPU系统的信息传输及突发事件优先传输的问题。
国内变电站自动化已大规模推广并已有大量变电站实现无人值班，作为”枢纽工程”的通信系统，必须采用双网络来提高系统的可靠性。在通信媒介方面，光纤是较为理想的通信媒介，但由于价格及施工方便等方面的因素，双绞线仍将被普遍采用;在通信协议上。
2、在当地计算机和通信单元方面
由于利用变电站自动化来实现无人值班，因此其传递的信息容量将很大(不仅要传递监控、保护的信息，还要传递数字电量、录波及其它安全自动装置的信息)。这样大容量的信息用RS-485来传输显然已不行，而事实上，计算机(工作站)及LAN技术已十分成熟，利用LAN来传输信息已成为近距离计算机通信的优选方案。
因此在通信单元和当地计算机间将用以太网来连接，遵循IEE802.3标准，按TCP/IP协议以10 MHz/100 MHz的速率传输信息。当地计算机可用PC或工作站，软件建立在同- TCP/IP协议上，可互相通用。从系统整体的可靠性考虑，配备双通信单元、双以太网、双计算机实现信息的传输及管理。一般来说，该方案的通信媒介大多采用双绞线。
3、与多个控制中心的连接
与控制中心(远方计算机)的连接突出地表现在通道和通信协议上。在通信通道上，有传统的微波、载波、光纤、卫星等传输链路，这些通道基本上是专线或临时专线。
而近年来发展的网络技术可为其提供一个或多个虚拟通道，尤其是国家电力一级数据网的建立，为这种数据传输方式提供了强有力的手段;在通信协议上，传统意义上的RS-232链路已有国家标准IEC 60870-5-101支持;在实时数据网上，可利用TCP/IP协议数据上网，上网方式可以是RS-232标准，亦可能按IEE 802.3标准。
(三)系统性能
由于变电站自动化已大量应用于各电压等级的变电站，且已有大量变电站实现无人值班，因此在可靠性方面的研究将是持久的。可将可靠性分为二部分：一部分是系统本身的，如控制器工作的电磁兼容性、软件容错技术、软件冗余技术、工艺结构等;另一方面是对外界因素的抵抗能力，如雷电、过流、过压、强震以及高低温、湿度等环境因素。
三、结束语
随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。
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