变电站综合自动化装置分析

　　摘要：本文说明了各种变电站综合自动化装置的硬件具有相同的典型结构，讨论了模拟量的输入／输出回路，开关量输入及输出电路，微型机系统和变电站综合自动化算法，人机对话、、通信和电源插件，操作回路等各部分培训的内容、作用和培训方法，并具体介绍了测控装置。

　　关键词：变电站综合自动化；装置；硬件结构；插件；　　

　　一、装置的典型硬件结构

　　成套的综合自动化系统中微机保护系统、监控系统、自动控制系统等装置都是由若干模块组成的，它们的硬件结构都是大同小异，所不同的是软件及硬件模块化的组合与数量不同。一个变电站综合自动化系统中各种子系统的典型硬件结构主要包括模拟量输人/输出回路、开关量输人/输出回路、微机系统、人机对话接口回路、通信回路和电源，如图1所示。　　

　　装置采用统一硬件平台，变电站综合自动化装置硬件采用整体面板、国际标准机箱。装置强弱电彻底分离，CPU板采用印刷板、表面装贴技术，提高了装置的可靠性。可自检和互检，同时减少各部分的关联性。通信接口方式选择灵活，与变电站自动化系统配合，可实现远方定值修改和切换、事件记录及录波数据上传、压板遥控投退和遥测、遥信、遥控跳合闸。可通过变电站监控系统对保护装置所具有的功能实施全遥控操作。装置采用统一软件平台，缩短了产品的研发周期，延长了产品的市场生命周期，从“作坊生产阶段”进人到“大规模生产阶段”。装置采用统一数据库处理，在设计装置功能模块时提炼不同功能应用信息的共性，建立一个统一的应用功能数据机构模块，包含每种功能所需的一切信息，形成功能程序的统一的开发平台，降低了功能模块程序开发的难度，提高了功能模块程序的可靠性。

　　二、模拟量的输入/输出回路

　　1.模拟量的输入电路

　　变电站综合自动化系统采集的一次设备的电流、电压、有功功率、无功功率、温度等都是属于模拟量，由于微机只能识别数字量，故模拟信号必须转换成数字信号才能输人到微机中进行处理。典型的模拟量输人电路的结构框图主要包括电压形成电路、低通滤波电路、采样电路、多路转换开关及A/D变换芯片五部执电压形成电路除了起电量变换作用外，另一个重要作用是将一次设备的电流互感器TA、电压互感器TV的二次回路与微机A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。通过低通滤波器与采样定理、采样保持器、模拟量多路转换开关、模/数变换(A/D)的详细讲解，使学员熟悉模拟量输人电路如何隔离、规范输入电压及完成模/数变换、与CPU接口，完成数据采集任务。　　

　　2模拟量输出电路

　　培训中简要说明模拟量输出电路的组成、数/模(D/A)转换器工作原理。模拟量输出电路的作用是把微型机系统输出的数字量转换成模拟量输出，该任务主要由数/模(D/A)变换器来完成。由于D/A转换器需要一定的转换时间，在转换期间，输人待转换的数字量应该保持不变，而微型机系统输出的数据在数据总线上稳定的时间很短，因此在微机系统与D/A换器间必须用锁存器来保持数字量的稳定，经过D/A转换器得到的模拟信号一般要经过低通滤波器，使其输出波形平滑，同时为了能驱动受控设备，可以采用功率放大器作为模拟量输出的驱动电践D/A转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量，其主要部件是电阻开关网络和集成运算放大器。

　　三、开关量输入及输出电路

　　在变电站综合自动化系统的数据采集中，除模拟信号外，还有大量的以二进制数字变化为特点的信号，如隔离开关、断路器的状态，按钮、普通的开关、刀闸、断路器的触点以及人机联系的功能键的状态等，称为开关量。

　　1.开关量输入电路

　　开关量输入电路的基本功能就是将变电站内需要的状态信号引人微机系统，如断路器状态、继电保护信号等。开关量输人电路由消抖滤波电路、信号调节电路、控制逻辑电路、驱动电路、地址译码电路、隔离电路等组成。培训中讲清消抖滤波电路与信号调节电路、电隔离技术的应用、驱动控制与端口地址译码问题，特别是要了解简单的开关量输人电路。开关量信号都是成组并行输人(出)微机系统的，每组一般为微机系统的字节，即8,16或32位，对于断路器、隔离开关等开关量的状态，体现在开关量信号的每一位上，如断路器的分、合两种工作状态，可用0,1表示。简单的开关量输人电路包括断路器和隔离开关的辅助触点、跳合闸位置继电器触点、有载调压变压器的分接头位置等输入、外部装置闭锁重合闸触点输人、装置上连接片位置输入等回路。

　　2开关量输出回路

　　开关量输出电路主要是将CPU送出的数字信号或数据进行显示、控制或调节，如断路器跳闸命令和屏幕显示、报警信号等。开关量输出电路与输人电路基本一样。简单的开关量输出主要包括保护的跳闸出口以及本地和中央信号等，一般都采用并行接口的输出来控制有触点继电器(干簧或密封小中间继电器)的方法，但为提高抗干扰能力，最好也经过一级光电隔离。

　　四、微型机系统和变电站综合自动化算法

　　微型机系统的CPU是由一片大规模集成电路芯片制成，不仅能进行算法逻辑运算，还能执行各种控制功能。配备一定容量的存储器、输人/输出设备的接口电路及系统总线。计算机监控系统都应具有数据采集和输出控制部分，这两个部分构成了基本测控单元的主要内容。数字信号处理器(DSP)是一种经过优化后用于处理实时信号的微控制器。

　　在变电站综合自动化系统中，计算机对采样值进行分析、计算得到所需的电流、电压的有效值和相位以及有功功率、无功功率等量，或者算出它们的序分量，或者线路和元件的视在阻抗，或者某次谐波的大小和相位等，并根据这些参数的计算结果以及定值，通过比较判断决定装置的动作行为，而完成上述分析计算和比较判断以实现各种预期功能的方法就称为变电站综合自动化系统算法。其主要任务是如何从包含有噪声分量的输入信号中快速、准确地计算出所需的各种电气量参数。算法的运算速度将影响自动化装置检测量的检测和自动化装置的动作速度。变电站综合自动化系统中保护和监控对算法有不同要求。