綜合自動化系統的硬件軟件及應用

摘要:變電站綜合自動化系統是現代微電腦控制技術和繼電保護技術完美結合的產物，是國家在電力建設中，大力倡導應用新技術、新設備的成果結晶。是近十幾年來變電站繼電保護裝置的一次技術飛躍。

關鍵詞:綜合自動化系統 硬件軟件 應用

0 引言

變電站綜合自動化系統，伴隨著運行維護的應用實踐及相關技術的不斷進步，其自身也在不斷的進行技術革新和系統換代升級。作為系統密不可分又缺一不可的兩個有機組成部分，系統的硬件和軟件都在不斷進行改進和完善。下面就使用及運行實際，粗淺地談一談綜合自動化系統的硬件、軟件及應用問題。

1 變電站微機綜合自動化系統的硬件

變電站綜合自動化系統是現代計算機技術、通信技術等高科技 在變電站繼電保護領域綜合應用的成果，是計算機控制技術和繼電保護技術結合的產物，他歸屬于計算機適時控制范疇。

與傳統的繼電保護相比，保護裝置的三個組成部分——測量部分、邏輯部分和執行部分同樣是必不可少的，但傳統的繼電保護裝置的三個部分均是由各種各類繼電器為主要元件構成的，而綜合自動化系統的測量部分和執行部分由集成電路構成，邏輯部分則由微型計算機(單片機)構成。一套完整的繼電保護裝置，無論是傳統的繼電保護還是新型的綜合自動化系統，除了具備保護功能，都還具備測量、監視和控制功能。和傳統的繼電保護裝置將保護部分和測量、監控部分分屏設計、分屏配置安裝不同，綜合自動化系統常常將間隔層中的各數據采集、監控單元和保護單元做在一起，設計在同一機箱中，作為一個具備測量、監控和保護功能的獨立裝置，各裝置間通過電纜網絡由前置機或站控機對他們進行管理。

變電站綜合自動化系統幾乎全部采用分層分布單元式結構形式。這種結構形式，采用主從CPU協同工作方式，各功能模塊(通常是各個從CPU)之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信，多CPU系統提高了處理并行多發事件能力，解決了集中式結構中獨立CPU數據處理及計算的瓶頸問題，方便系統擴展和維護。

綜合自動化系統一般采用“面向對象”即面向電氣一次回路或電氣間隔(如一條出線、一臺變壓器、一組電容器等)的方法進行設計。一條出線或一個間隔或一組電容器作為間隔層一個獨立單元，其數據采集和測量單元、監控單元、保護單元等都做在一起，設計在同一機箱內，作為一個具備測量、監控和保護功能的獨立裝置。各裝置作為完全獨立的功能單元可以單獨使用，而且各裝置自身故障不影響其他裝置正常工作。這種設計使得系統安裝及組屏方式十分靈活，既可以分散就地安裝在開關柜和戶外設備附近，也可以集中組屏安裝。

由于微機綜合自動化系統的上述硬件構成及結構特點，比之傳統的繼電保護裝置，其運行穩定，可靠行高，事件處理動作快;體積小，屏柜少，節約占地面積，可以減少控制室的建筑面積甚至將之完全取消;功耗低，減少站內電能損耗;安裝調試簡單、維護方便，模塊化設計和插件式結構使元件制造標準化，故障查找和檢修快捷、方便，有效地減少停電時間，提高供電可靠性。

2 變電站微機綜合自動化系統的軟件

微機綜合自動化系統與傳統的繼電保護裝置的另一個重要差別在于:傳統的繼電保護裝置的所有功能，從各種工頻電量的輸入、測量、變換到輸入量與設定值的邏輯比較再到信號或執行命令的發出，都是由硬件即繼電器或集成電路來實現的，而變電站綜合自動化系統由于微電腦這一智能化元件的引入，使得保護的信號、數據處理和邏輯比較計算等功能不再單純依靠硬件來實現，而是在微電腦這一平臺下依靠軟件來實現。

由于計算機語言的強大的編程功能，微機綜合自動化系統的軟件幾乎可以實現傳統繼電保護裝置所能完成的各種保護功能。

綜合自動化系統的軟件和其硬件結構相對應，有底層單元級的自動化控制程序和站控機層的管理程序等。

對于處于最底層的監控、保護單元來說，利用計算機語言編制成各種功能模塊的程序，將之固化到計算機的存儲器中。有了各種功能模塊程序的支持，計算機才真正能夠實現智能化，具備強大的計算、分析和邏輯判斷能力，因而可以實現任何性能完善且復雜的保護原理。傳統的繼電保護裝置，每一種保護功能，都有各自獨立的一組繼電器元件來實現，各保護之間基本不存在通用互換的可能，這是因為繼電保護最重要的環節——邏輯部分的功能根據不同的保護原理需要不同方法來實現。但對于綜合自動化系統來說，由于邏輯部分的功能是靠軟件來實現的，所以通過編制不同的程序，就可以用同一硬件來實現不同的保護原理。這使得保護裝置的制造大為簡化，也容易實現保護裝置的標準化。

除了利用計算機軟件來實現控制和各種保護功能外，有了軟件的支持，計算機的存儲、記憶功能可以得到很好的開發和利用。從而能夠實現對變電站運行狀況的故障錄波、故障測距和事件順序記錄等。這對電網運行事故分析和事故后的處理都有重大意義。

底層的監控、保護單元內固化的軟件主要是控制和保護軟件，而處于中上層的前置機和站控機則主要安裝了管理和通訊軟件。前置機通過機內安裝的軟件直接對各監控單元進行管理、監控，并采集各監控單元所控制的一次部分的運行數據。同時，前置機還擔負和調度自動化的信息互傳:向調度自動化系統提供變電站設備運行狀態和電網運行數據;接受來自調度自動化系統的各種命令。站控機也稱作后臺機，通常是一臺微型的臺式個人計算機。后臺機上安裝的軟件則為最上層的管理軟件。它通過前置機來實現對各底層監控、保護單元的控制、管理和數據采集。后臺機上通常還安裝有模擬操作軟件，通過軟件對運行人員進行模擬操作訓練。另外后臺機還可以利用其CRT屏幕來顯示變電站的一次主接線圖，從而取代常規龐大的模擬屏。

軟件是綜合自動化系統的靈魂。有了各種軟件的支持，綜合自動化系統才有了靈性和能動性，各種測量、監控、保護、故障及事件記錄、通訊功能才得以實現。綜合自動化系統才真正具備了功能綜合化、操作監視屏幕化、測量顯示數字化、運行管理智能化。

3 綜合自動化系統的推廣應用中應著力解決的幾個問題

毫無疑問，綜合自動化系統是智能化程度高、變電站運行管理自動化水平高、在線運行穩定可靠、處理事故恢復供電快、操作簡易、維護方便、功能強大的變電站繼電保護裝置。隨著國家電網建設和改造的進一步深入，隨著國家在電網建設中推廣新技術、新設備力度的進一步加大，綜合自動化系統將作為變電站的“標準配置”在越來越多的新建和改造變電站中得到應用。但是要使這一高新技術產品在變電站中得到普遍推廣應用，并充分發揮作用，必須著力解決好下面幾個方面的問題:

3.1 搞好技術推廣和人員培訓 由于綜合自動化系統的技術含量高，與傳統的變電站繼電保護裝置在硬件結構上完全不同，所以對一線的設計、安裝、操作、運行維護人員提出了更高的要求。因此，必需做好一線施工設計人員和安裝人員的技術推廣工作，同時加大操作、運行維護人員的崗前培訓力度，培養掌握這一新型設備的安裝、操作、運行、維護的高素質人才隊伍，打好技術隊伍基礎。

3.2 加強對一次設備的更新改造 綜合自動化系統一方面能夠保護一次設備的安全運行，另一方面能夠監視一次設備的運行狀態，但能否實現對一次設備的監視，取決于一次設備與綜合自動化的數據接口。因為一次設備的運行狀態數據來自于一次設備，綜合自動化系統只能通過采集這些數據來實現對一次設備的監視。對于一些老設備，不具備對自身運行狀態數據的測量以及與綜合自動化系統的通信功能，所以就需要對這些設備進行改造或更新，使其具備對自身運行狀態數據的測量以及與綜合自動化系統的通信功能，從而使綜合自動化系統能夠實現對其運行狀態的監視。

另一方面，隨著技術的不斷進步和完善，一些新功能被更多地集成到綜合自動化系統中來，比如變電站無功電壓綜合控制(VQC)技術，這些技術無論從理論還是到開發應用都到了比較成熟的階段，但由于受到變電站一次設備的制約，比如站內電容器不能夠實現無級或小級別調檔等，雖然綜合自動化系統具備了這些功能，但在實際應用中這些功能卻成了擺設，并沒有得到真正的開發利用。所以只有加大一次設備的改造力度，同時在變電站設計和建設中，積極推廣使用技術成熟先進、運行穩定可靠的新設備，才能使這些功能真正落到實處，從而更好地服務于電網運行。

3.3 加強一次設備的巡視和維護檢修 變電站綜合自動化技術的應用使得變電站從技術到硬件上達到了無人值班的技術要求。變電站實行無人值班，是綜合自動化技術應用之后出現的新生事物并成為未來的一個發展趨勢。但無人值班在減員增效的同時，又帶來了新的矛盾和問題，除了變電站的安全警戒外，一次設備的安全運行問題成為人們心頭最大的憂患。因為綜合自動化系統固然先進，但它畢竟是處在從屬和保障地位，其作用根本上還是來保護和保障一次設備的運行安全。但對于一次設備自身固有的缺陷，綜合自動化系統是無能為力的。因此需要建立一支機動靈活的快速反應隊伍，加強對一次設備的巡視和檢修，對一次設備存在的安全運行隱患，及時發現，及時消缺，使設備經常處于最佳運行狀態，才能更大限度地發揮綜合自動化系統在變電運行中的作用。

3.4 建設堅強可靠的調度通信網絡 變電站實現無人值班以后，變電站的實時監控任務就落在了調度人員的身上。要使調度值班人員及時準確掌握變電站設備運行情況，并實現對變電站設備的控制操作，必須建設一套功能完善的調度自動化系統和堅強可靠的遠動通訊網絡，從而使調度對變電站實現遙測、遙信、遙控、遙調、遙視功能。

總之，隨著綜合自動化技術的深入推廣和應用，變電站的運行和管理水平必將達到一個前所未有的高度。