摘要：通過對變電站綜合自動化系統(tǒng)和現(xiàn)場總線CAN技術的介紹,，結(jié)合具體工程實踐，介紹采用先進現(xiàn)場總線技術設計的變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能和特點,，論述了現(xiàn)場總線技術是實現(xiàn)變電站綜合自動化,，乃至電力系統(tǒng)自動化發(fā)展的趁勢，供工程設計參考,。
　　關鍵詞：變電站綜合自動化　電力系統(tǒng)自動化　現(xiàn)場總線CAN 監(jiān)控系統(tǒng)

1． 引言
　　電力系統(tǒng)是一個特殊的系統(tǒng),，其安全性、可靠性要求高,，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的安全可靠運行,，必須實現(xiàn)電力系統(tǒng)的調(diào)度、運營和管理的自動化,。隨著電力系統(tǒng)自動化程度的提高,，現(xiàn)場總線技術的日臻完善，以及電力系統(tǒng)減員增效要求的提出,，實現(xiàn)電站綜合自動化,，從而達到無人值班，已成為電力系統(tǒng)自動化發(fā)展的趁勢,。目前,，采用符合現(xiàn)代工業(yè)控制技術方向的高性能微控制器，現(xiàn)場總線技術,，實時多任務操作系統(tǒng)等多項先進技術,，能實現(xiàn)對中低壓輸配電線路及主設備的綜合自動化功能,。而且能集保護、監(jiān)控 ,、調(diào)控,、通信于一體，既可聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成綜合自動化系統(tǒng),，也可獨立運行,，既可適合有人監(jiān)控中心，也可適合無人值班的要求,。眾所皆知,，變電站綜合自動化關鍵在于大量的現(xiàn)場采集信息和數(shù)據(jù)快速、準確,，實時上傳到監(jiān)控中心,，也能將監(jiān)控中心下達的控制命令準確無誤地發(fā)送到控制單元，及時采取措施避免事故發(fā)生,，這就需要變電站綜合自動化系統(tǒng)有可靠的通信保障,。隨著現(xiàn)場總線技術在電力系統(tǒng)自動化中的廣泛應用,，有效地解決了變電站綜合自動化系統(tǒng)中的通信問題,。

2． 變電站綜合自動化系統(tǒng)
2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)成
　　變電站綜合自動化系統(tǒng)一般由站控層、通信管理層和間隔層構(gòu)成的計算機監(jiān)控系統(tǒng),，采用分布式結(jié)構(gòu),，設備分為站控層、通信管理層及間隔層,，間隔層原則上按一次設備組織,，每一間隔層設備包括測量、控制,、保護,、信號、通信,、錄波等基本功能,，并完成各自的特殊功能，系統(tǒng)能實現(xiàn)信息共享及保護,、監(jiān)控功能的綜合化,，極大簡化二次回路，節(jié)省系統(tǒng)投資,，由于間隔層設備可放在開關柜或一次設備附近,，大為減少主控室面積，節(jié)約控制電纜,，大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性和可擴展性,。通信管理層由于各間隔層設備通信協(xié)議的多樣性,，要實現(xiàn)不同裝置的數(shù)據(jù)鏈接，可加入前置機（通信管理裝置）完成通信控制和規(guī)約轉(zhuǎn)化,，使其在功能上實現(xiàn)通信接收,、發(fā)送、規(guī)約轉(zhuǎn)化等功能,；通信協(xié)議采用電力行業(yè)標準協(xié)議,，能實現(xiàn)不同廠家設備的互聯(lián)，采用全球定位系統(tǒng)（GPS）,，支持硬件對時網(wǎng)絡,，減少GPS與設備間的連接，并保證對時精度,，硬件上采用模塊化設計以支持多種通信接口,，包括以太網(wǎng)、串行通信接口,、可擴充的其他現(xiàn)場總線接口等,；軟件上具有規(guī)約庫以支持RS-232、RS-485,、LONWORKS及標準網(wǎng)絡協(xié)議（TCP/IP）等多種類型的標準通信接口,，從而具備良好的軟、硬件擴展性,。站控層包括數(shù)據(jù)庫服務器,、Web服務器、運行工作站,、維護工作站,、監(jiān)視工作站等。

2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)功能
　　以某110KV變電站為例,，根據(jù)變電站高壓供電系統(tǒng)一次系統(tǒng)的整體要求,，變電站綜合自動化系統(tǒng)決定采用CL2000變電站綜合自動化系統(tǒng)，在此,，結(jié)合工程實踐,，介紹該系統(tǒng)用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的經(jīng)驗。
　　變電站綜合自動化系統(tǒng)由WXH-322A/01微機線路保護裝置,，WBH-90系列微機變壓器保護裝置,，ZBH-91A/05變壓器本體保護裝置，WBH-92A/02微機變壓器后備保護裝置,，WMC-31A03微機母線差動保護裝置,，WBH-93A/02微機廠用電保護裝置，WBT-31A/01微機備用電源自投裝置,，微控制器SAB-C167CR（SIEMENS公司產(chǎn)）,，工作站微機及相應設備組成,。CL2000變電站綜合自動化系統(tǒng)系列保護裝置具有一般的主要功能，如開關量的變位遙控,，電壓電流的模擬輸入,，斷路器遙控分口，脈沖累加,，遙控事件記錄及順序記錄（SOE）,，邏輯閉鎖等。
　　WXH-322A/01微機線路保護裝置是多CPU并行設計,，距離保護,，零序保護及錄波，測距分別由單獨CPU完成,，各CPU插件在電氣及結(jié)構(gòu)上相互獨立,，無依賴關系，它能實現(xiàn)以下功能：
　?。?）保護功能：a) 三段式相間距離保護,； b) 三段式接地距離保護； c) 四段式零序方向過流保護,；d) 故障測距,； e) 振蕩閉鎖； f) 三段式反向及低壓閉鎖過流保護,； g) 檢無壓,、檢同期三相一次重合閘，手動同期合閘,； h) 低周低壓減載保護； i) 過負荷保護或報警,； j) PT斷線告警,。
　　（2）測量功能：a) 采集測量電壓,，三相或二相測量電流,，計算有功功率，無功功率,，功率因數(shù),； b) 測量頻率，每周波72點自適應采樣,； c) 采用12路開關量,； d) 采用4路脈沖量（正負脈沖 均可）； e) 遠方及本地操作,。

3． 由現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)的通信功能
　　通信功能是綜合自動化出別于常規(guī)站最明顯的標志之一,，通信網(wǎng)絡變電站內(nèi)間隔信息可充分共享,，并通過通信接口與外界信息系統(tǒng)交換信息，同時節(jié)省大量電纜,，構(gòu)成一個快速,、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡是變電站自動化系統(tǒng)的基本要求,，也是電力系統(tǒng)運行管理功能的基本前提,。
　　近年來，隨著我國電力自動化的不斷發(fā)展,，電力系統(tǒng)通信方式也不斷改進,，現(xiàn)場在總線技術因其組網(wǎng)方便，抗干擾能力強等特點得到廣泛應用?，F(xiàn)場總線標準很多,，電力自動化系統(tǒng)中最常用的是LONWORKS和CAN總線。
　　LONWORKS總線通信速率為78Kbps和1.25Mbps,，CAN總線通信速率為1Mbps,。CAN總線是一種有效支持分布控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡，是一種通信速率可達1Mbps的多主總線[1],。具有優(yōu)先搶占方式進行總線仲裁的作用機理,，通信速率高，錯誤幀可自動重發(fā),，永久故障可自動隔離,，不影響整個網(wǎng)絡正常工作，可靠性高,，而且協(xié)議簡單,，開放性強，組網(wǎng)靈活,，成本低等特點,，能為電力自動化提供開放性、全分布及可互操作性的通信平臺,。
　　CAN總線的主要特點：
　?。?）CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡上任意節(jié)點,，任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息,，而不分主次，通信方式靈活,，且無需站地址等節(jié)點信息,；
　　（2）CAN采用短幀結(jié)構(gòu),，數(shù)據(jù)最多8個字節(jié),，這樣不僅滿足控制領域中傳遞控制命令,，工作狀態(tài)和測量數(shù)據(jù)的一般要求，且保證了通信的實時性,，CAN網(wǎng)絡上的節(jié)點信息分為不同等級,，可滿足不同實時要求，高優(yōu)先級最多可在134μS內(nèi)得到傳輸,；
　?。?）CAN采用非破壞性總線仲裁技術，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時,，優(yōu)先級較低的節(jié)點主動退出發(fā)送,，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突時間,。CAN的直接傳輸距離最遠可達10Km/ 5Kbps,，通信速率最高可達1Mbps/40m?？蓲旖釉O備最多可達110個,。CAN節(jié)點在自身發(fā)生錯誤時具有自動關閉功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響,。
　　本系統(tǒng)間隔層主要由保護單元和測控單元組成,，每個測控單元監(jiān)控多路饋進饋出，采用先進現(xiàn)場總線CAN,，現(xiàn)場通信采用雙絞線,，總線速率達1 Mbps，快速,、可靠,、方便靈活，通信規(guī)約支持IEC-60870-5-101格式,，克服RS485網(wǎng)絡上只能有一個主節(jié)點而無法構(gòu)成多冗余系統(tǒng)的缺陷,，具有很高的價格比。另外,，采用雙CAN現(xiàn)場總線內(nèi)部定期對備用CAN進行備用檢測，提高了內(nèi)部網(wǎng)絡的冗余度,。
　　站控層采用雙10 Mbps雙絞線以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)（能保證變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)絡傳輸?shù)膶崟r性）,，由雙服務器組成，站控層為值班人員提供全廠系統(tǒng)的監(jiān)視,、控制和管理功能,，界面友好，容易使用,。通過組件技術,，軟件功能能實現(xiàn)“即插即用”,，能較好地滿足電氣監(jiān)控系統(tǒng)的需要，軟件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu),，開放性較好,。站控層操作系統(tǒng)可采用Windows2000/NT，數(shù)據(jù)庫選用SQL服務器,，軟件主要功能模塊有前置,、數(shù)據(jù)庫生成器、數(shù)據(jù)庫組態(tài),、報表管理,、報警信息、曲線,、棒圖,、動作告警、SOE,、事故追憶,、錄波分析、人機界面,、自動抄表,、設備管理、定值管理,、設備在線診斷,、系統(tǒng)組態(tài)等。電氣監(jiān)控系統(tǒng)中提供了故障信息傳輸系統(tǒng),、各級調(diào)度中心,、電能計量系統(tǒng)、直流系統(tǒng)通信等接口驅(qū)動軟件,。
　　總之,，系統(tǒng)完成的主要功能有：實時數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)庫的建立與維護,、控制操作,、同步檢測、報警處理,、順序記錄（SOE）,、事故追憶、畫面生成及顯示,、在線計算及制表,、電能量處理、遠動功能、電氣“五防”,、時鐘同步,、人機接口、系統(tǒng)自診斷與自恢復,、與其他智能設備接口,、運行管理功能等。

4．主要軟件設計
　　本系統(tǒng)中,，微處理器SAB-C167CR的數(shù)據(jù)處理速度可達10 MHz,，能完成所有測量、控制及通信等功能,，其特點是任務較多,，各任務之間協(xié)調(diào)較為復雜，為了便于個任務之間協(xié)調(diào)與功能擴充,，CPU軟件系統(tǒng)采用了實時多任務操作系統(tǒng)RTOS來優(yōu)化和分配CPU時序和資源,，保證程序的實時性和可靠性，以任務為對象進行資源管理,，任務調(diào)度和異常處理,，通過RTOS管理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理的輕重緩急來合理分配占有CPU，優(yōu)化時序分時執(zhí)行,，使之不閑置,，不擁擠，每個處理過程又有多個不同優(yōu)先級別的任務組成,，采用優(yōu)先搶占操作方式有效保證任務執(zhí)行的實時性,，采用這一軟件結(jié)構(gòu)的突出特點是使程序?qū)崿F(xiàn)了真正的模塊化，各個任務單獨編程,，不受其他任務的影響,，任務的增減，調(diào)度非常方便,。
　　軟件設計分為兩部分：一部分是SAB-C167CR微處理器的軟件設計,，包括與間隔層設備間CAN總線數(shù)據(jù)傳輸及上位機UBS的數(shù)據(jù)通信（使用USB接口方便現(xiàn)場，即插即用,，便于PC機的維護與升級,，滿足變電站數(shù)據(jù)通信的需要）；另一部分為PC機上位機軟件的設計,。這部分上位機軟件設計較為復雜,，若采用面向?qū)ο蟮恼Z言編寫程序，可使用ActiveX控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,。對于微處理器和上位機的軟件設計，考慮到將來間隔層設備結(jié)構(gòu)的變化和硬件升級需要，程序設計分為兩層,，底層負責數(shù)據(jù)接收和發(fā)送,；上層負責數(shù)據(jù)幀上午打包、解包及協(xié)議的解釋,。

5． 結(jié)論
　　隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展和電氣設備微機化程度的提高,，為數(shù)字化形式實現(xiàn)變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)提供了技術保證。變電站自動化系統(tǒng)應具有開放性,，應能實現(xiàn)不同廠家設備的互操性（互換性）,。因此，現(xiàn)場總線技術的應用是變電站綜合自動化發(fā)展的需要,，運用現(xiàn)場總線技術 ,，能解決變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信問題，能保證數(shù)據(jù)通信的速度,、質(zhì)量,、抗干擾能力，從而保證了變電站綜合自動化技術的有效實施,。

參考文獻：
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4． CL2000變電站綜合自動化系統(tǒng)系列裝置技術說明書. 哈爾濱光宇電氣自動化有限公司