变电站自动化系统设计及问题分析

摘要:文章对变电站自动化控制系统的结构进行了简单分析，同时在变电站自动化设计中给出了软、硬件的设计方案及注意要点，对自动化变电站运行中的常见问题进行了分析并提出了解决方法。

关键词:变电站自动化；系统结构；系统设计；ILTU安全问题；运动信息分流

中图分类号:TM734　文献标识码:A　文章编号:1009-2374(2011)24-0106-02

随着我国的电力系统的不断发展壮大，系统的输电容量需求也在迅速的扩大，使得电网结构变得更加庞大、复杂，同时也对电力自动化系统提出了新的、更高的要求；而计算机技术、信息技术、网络技术的飞速发展，助推了我国变电站向自动化、智能化方向快速发展。变电站自动化系统能够为调度中心提供实时的数据，实现远程的监控与管理，保证其正常、稳定的运行对整个电网、设备的安全起着至关重要的作用。

一、变电站自动化系统结构分析

在高电压及以上的输配电自动化变电站中，其保护、测控以及故障录波等自动装置的I/0单元是分开的，以此作为智能化设备的一部分。而在中低压系统变电站中，则是将继电保护以及测控装置进行小型化、紧凑化，完整地安装于开关柜中，从而实现变电站一体化设计。从变电站逻辑上分析，可以将其结构大体分为:过程层、间隔层以及所控层三层次。

(一)过程层

过程层是一个一次设备与二次设备的结合面，换句话说就是变电站智能化设备的智能化部分。

(二)间隔层

间隔层主要实现变电站以下几个功能:对本问隔过程中的数据信息进行实时的汇总；进行操作的同期以及其他的控制功能；对一次设备进行保护控制功能；完成本间隔操作的闭锁功能；对采集数据、统计运算以及控制命令等信号的发出具有优先级别控制；同时高速的完成过程层与所控层之间的网络通信功能。

(三)所控层

所控层主要实现变电站以下几个功能:通过高速网络对汇总的实时数据库进行不问断的刷新，同时按时登录历史数据；实现在线可编程式的全站闭锁控制功能；按照预先规定将数据信息输送到控制中心；具备全站监控以及人机联系功能；接受控制中心命令并转传输至间隔层及过程层执行；对间隔层以及过程层各设备的在线维护、在线组态以及在线修改等功能；具备变电站故障自动分析以及部分操作培训功能。

二、变电站自动化系统设计

(一)变电站自动化系统硬件结构设计

变电站自动化系统硬件是基于DSP的微机保护平台设计的，其保护装置采取后插拔结构设计，对于印制板的布局要合理，这样可以大大提高装置的电兼容性。设计时要采用双处理器结构，这样可以完成非常复杂的保护、测控以及人机界面功能。保护系统CPU采用高性能的数字信号处理器TMS320F2812芯片，提高数据处理的高速性，保证实时的高性能运算以及装置的快速出口。同时，采用光纤信号进行模拟量以及数字开关量的传递，不仅极大的提高了数据传输的可靠性，而且有效的降低了电磁干扰。

1.多路开关的选择。变电站自动化系统的采集量较大，因计算功率因数角与介损角必须是相同时间的电压及电流的相位差，因此，对与三相电压对应的三相电流值及三相末屏电流值必须进行同时的采集。MAXl25为双通道8路采集，每路都可以采集4路信号，自动系统将使用其中的3路，另外一路将被闲置。

2.上位机通信接口。实际上，系统只是自动化变电站智能变压器中的一个数据采集模块，所有的信号采集完成后还要通过处理打包传输到上位机，传输方式采用简单的RS232传输方式，一次性的将全部的数据传输至上位机，再由上位机通过打包处理之后经TCP/IP传输到监控中心。

3.信号调理电路设计。一般变压器引出的信号，要经过非常复杂的环境再进入传感器。传感器进入MAXl25的信号同时也要经过长线进行传输。其信号一般不能被控制单位直接接收，因此，信号调理电路就发挥出了它的优势。差分输入端将20mA的标准电流信号经过转换后变成1～5V的标准电压信号，经信号调理电路处理后输入A/D转换器，其输出端的电压要比A/D转换器输入端的电压略高，再进行分压采样。

(二)变电站自动化系统软件结构设计

传统的变电站系统，其信息的描述都是面向点的方式进行的，而对于自动化系统来说，信息描述是采用面向对象的方式进行的，所以说变电站系统的信息与模型数据的正确性非常重要。在进行设计时，要采用自底向上的建模方式进行，并根据所需的信息点来寻找标准中所对应的节点，然后对信息点中缺失的内容根据标准进行补充，如果标准中没有规定的，则按照通用节点进行定义。

1.问隔层保护装置设计。在常规的变电站自动化系统中的保护装置的信息保护算法与采集一般都是在同一CPU的控制下面进行的，也可以说是同步进行采样。因此，其A/D转换、运算以及输出控制命令等流程非常的方便快捷。

2.实现变电站的通讯协议设计。变电站的自动化通讯协议将该通讯协议表示层上面的协议数据全部采用c语言结构来进行表达，并且通过高效的ASN.1编解码函数进行分析处理，方便快捷的进行协议的扩充操作。并采用动态的内存分配方式，这样可以有效的避免内存的泄漏，变电站自动化系统自带数据包采集工具，从而方便调试。

(三)变电站网络组网选择与设计

自动化变电站网络的主要作用是处理间隔层之问的IED的通讯，同行还要负责后台的人机工作界面的信息交换，并通过各级的调度装置进行信息的双向交换。同时该变电站网络还能通过网络设备与电力网直接相连。因间隔层设备之间以及与变电站层之问需要需进行电压、电流以及信号状态的交换，而且间隔层的IED数量有比较多，为了避免网络出现堵塞，变电站网络在设计时要采用100M双光纤交换式以太网。在变电站网络的设计初期，首先要对变电站的数据流量进行分析，同时要考虑设置多个网段，这样可以减少不同网络内的数据交换量，极大地减轻网络负担。将需要快速交换大量数据的IED放置于同一网段，对个网段的数据流量进行平均，从而最大限度的避免网络数据冲突，提高个网段利用率。但是其缺点是将会造成网络的复杂化以及设备的增加。因此，在设计时要充分的考虑到网络发展水平的制约因素，并尽可能的简化网络，提高可靠性。

三、变电站自动化系统常见问题分析

(一)RTU安全问题

变电站进入自动化以后，调度人员对远动系统的依赖性非常大，因此，远动系统的可靠性成为了比较突出的安全性问题，监控系统与RTU死机导致的数据丢失是变电站自动化安全的重要隐患。常见的RTU运行中死机原因有:基于RTU为核心的数据采集与传输，取消了常规的控制屏操作，由微机综合操作来实现全站的监控，很容易出现RTU主控模块CPU负载过重引起死机。在设计初期虽然考虑到了负载问题，配置有若干的主控模块，但是由于测控装置及操作屏等设备都接