变电站智能设备的集成技术

在90年代中期，国内外曾掀起一场声势不小的“现场总线热”，国家有关部门也拨款几千万元组成攻关课题。但在实际应用中，还有许多共同的疑问。其中最主要是其标准问题。现场总线有多种标准有两个原因，首先是技术上的原因，即适用场合和用户习惯原因。广义的现场总线包括传感器执行器总线，亦称I/O总线，其特点是信息简单但传输速度快，其典型代表有基于CAN的DeviceNet,interbus-s等;另外还有设备总线可用于控制，其信息量大而且复杂，传输较慢，如基金会总线FF、HART、LonWorks和Profibus。而狭义的现场总线仅指后者。除此外不同行业有其传统使用习惯。对价格和技术完善性有不同要求，再有是不同的总线标准往往和某些公司或公司集团有内在的商业利益关系。所以说最终现场总线标准也不会形成一统天下的局面。就目前情况来看，在过程控制领域，基金会总线FF将占有最大的份额，而在其它离散控制领域尚不十分明朗。

如何在众多的总线标准中，选择一种合适的总线，既能满足大数据量、传输速度快的要求，又要兼顾那些通讯相对少、实时性不很高的设备，以有效减少网络负载。LonWorks在可靠性和传输速率上显然达不到要求，HART用户支持较少，不宜选择;作为传输最快的总线Profibus在网络拓扑、数据吞吐量均表现出色，但其作为欧洲标准，在世界范围特别是中国的支持不够，尚不能普遍采用，FF虽然得到世界范围内的广泛认同，但所欠标准化进程仍遥遥无期。

以太网(Ethernet)经过若干年的发展，技术上已经十分成熟。随着适合于工业现场应用的嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已可十分便利的应用于变电站自动化场合。首先10 M以太网具有目前国内变电站自动化系统采用的网络不可比拟的高速特点，可将系统信息快速交换;同时以太网在长期发展中以公认的可靠性、安全性、灵活性着称，如网络节点均带耐高压的网络隔离变压器，网络拓扑结构灵活，支持多种通信媒介，可根据变电站的实际情况确定网络结构及选用通信媒介。在自动化系统升级时可将系统通信网络结构及媒介稍加改动甚至不改动的情况下平滑地使通信系统升级，节省开支，如升为100M快速以太网。

下图为美国和欧洲一些国家普遍采用的变电站自动化系统的通信结构。

传统的变电站自动化产品供应商们通过扩充他们的RTU的通信能力，即具有多个串行通信口的增强式RTU来接收各种形式的智能变电站设备(IED)，包括计量表计、故障记录和继电保护等设备。现代的变电站智能设备通过局域网建立了一个规模较大的变电站控制系统，以太网由于其优越的性能被用做变电站LAN，变电站内不同制造商的IED产品可以通过规约转换器(network interface modules NIM)进行连接，还有一部分IED产品可以直接挂网运行。NIM与底层的IED可以通过廉价的RS485方式相连，规约采用标准的IEC870-5-103变电站内继电保护配套规约，IEC 870-5-103规约在欧洲和其他一些受IEC影响的国家被普遍采用，我国国家电力公司也把该规约作为变电站内的配套标准规约。

4智能电子设备的发展目标和变电站自动化的趋势展望

变电站自动化系统与其它工业自动化领域一样，正沿着“分布化、智能化、集成化、可视化和协调化”的方向发展。这就给智能电子设备提出了更高的目标，这主要体现在以下几点：

1)、可互操作性：当前和将来都可以与任意一个生产厂家的IED进行通信。

2)、即插即用：所有连在LAN上的设备将由系统自动识别。

3)、可靠性/安全/可信性：这是基本的继电保护特性，目的是使整个系统达到同一水平。

4)、开放性：提供一个变电站自动化系统的平台。

5)、冗余度;任何单一的部件故障不会影响整体系统性能。

6)、智能化：提供一个人工智能的应用平台;通过这个功能实现故障分析、选择性的数据和电力系统配合。

7)、自动化：通过嵌入算法软件或按用户定义的控制顺序提供未来的自动控制功能。对于继电保护设备，可通过用户自定义的计算方法和动作次序支持未来的自适应继电保护功能。

8)、灵活性/可扩充性：对于当前的硬、软件系统设计要考虑到将来的扩充，应当易于修改。

智能电子设备的采用，将彻底改变常规继电保护、自动装置及测量仪表等的单一功能结构，变为包括继电保护、过程自动化、录波、计量、测控等多功能智能化设备的变电站自动化系统。由于现场设备的高智能、多功能，使得主控系统的负担得以分散，实现了彻底的分散控制保护及自动化，由此可极大提高控制、保护、自动化系统的可靠性、自治性、灵活性。

由分布式的智能设备构成的变电站自动化系统带来的另一个好处是可以取消常规变电站所使用的控制屏、中央信号屏等集中控制设备。对于35kV及以下的电压等级的现场智能设备可以集合安装于开关柜上;对于110kV及以上电压等级的现场智能设备可以按各个控制对象即变电站内一次电气设备元件按单元安装在各电压等级的开关场地内或“保护小间”。现代技术已解决了电磁干扰、振动、温度、灰尘等对IED的影响，只需用计算机通信网络把它们联起来再与变电站层的主系统连接，这样做可大量减少控制信号电缆，也减少了组屏建筑面积。

智能电子设备的采用还使得变电站一、二次设备结合成为现实。如果把现场智能设备的控制保护的一次设备对象的CT、PT，开关、刀闸等的操作机构箱、主变压器等设备也采用网络通信方式相连，就可以取消控制信号电缆，仅仅保留开关操作机构跳、合闸所需的高压交、直流电源的动力电缆，从而可以使现场智能设备采用低压电源，提高了设备的抗干扰能力;另外通信网还可以将设备丰富的信息及数据上传，便于事故分析和状态监视，还可构成网络式的防误闭锁和安全保障系统，从而提高整个分布式变电站自动化系统的可靠性、先进性和优越性。

计算机网络通信、交换技术的发展，还使得变电站内部的LAN可以与广域的WAN相连，WEB浏览技术使得电力系统的用户在任何地方可以监控变电站的运行情况。变电站自动化系统适应Internet/Intranet网络技术的发展，就可以逐步实现开放式的通信体系结构。

以上针对我公司在开发变电站智能装置以及相应组成的变电站自动化系统的一些实践经验，谈了作者对变电站智能设备的集成与发展的一些理解和建议。其中有些建议和设计目标还只是在设想阶段，但相信现代计算机技术和网络技术的飞速发展一定会为实现上述目标提供最大的支持。

参 考 文 献

1、黄太贵.智能电子设备在变电站综合自动化中的应用.电力系统自动化.1998，3

2、周旭虹500变电站自动化系统结构的探讨.电网技术.2001.4

3、新型智能重合控制器及其应用.电力系统自动化.2001.10

4、新型智能备用电源自投装置.电力系统自动化.2003.9