综合自动化系统的硬件软件及应用

宋玉鹏郭红云

宋玉鹏郭红云（河南省辉县市电业局）

摘要：变电站综合自动化系统是现代微电脑控制技术和继电保护技术完美结合的产物，是国家在电力建设中，大力倡导应用新技术、新设备的成果结晶。是近十几年来变电站继电保护装置的一次技术飞跃。

关键词：综合自动化系统硬件软件应用

0引言

变电站综合自动化系统，伴随着运行维护的应用实践及相关技术的不断进步，其自身也在不断的进行技术革新和系统换代升级。作为系统密不可分又缺一不可的两个有机组成部分，系统的硬件和软件都在不断进行改进和完善。下面就使用及运行实际，粗浅地谈一谈综合自动化系统的硬件、软件及应用问题。

1变电站微机综合自动化系统的硬件

变电站综合自动化系统是现代计算机技术、通信技术等高科技在变电站继电保护领域综合应用的成果，是计算机控制技术和继电保护技术结合的产物，他归属于计算机适时控制范畴。

与传统的继电保护相比，保护装置的三个组成部分——测量部分、逻辑部分和执行部分同样是必不可少的，但传统的继电保护装置的三个部分均是由各种各类继电器为主要元件构成的，而综合自动化系统的测量部分和执行部分由集成电路构成，逻辑部分则由微型计算机（单片机）构成。一套完整的继电保护装置，无论是传统的继电保护还是新型的综合自动化系统，除了具备保护功能，都还具备测量、监视和控制功能。和传统的继电保护装置将保护部分和测量、监控部分分屏设计、分屏配置安装不同，综合自动化系统常常将间隔层中的各数据采集、监控单元和保护单元做在一起，设计在同一机箱中，作为一个具备测量、监控和保护功能的独立装置，各装置间通过电缆网络由前置机或站控机对他们进行管理。

变电站综合自动化系统几乎全部采用分层分布单元式结构形式。这种结构形式，采用主从CPU协同工作方式，各功能模块（通常是各个从CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件能力，解决了集中式结构中独立CPU数据处理及计算的瓶颈问题，方便系统扩展和维护。

综合自动化系统一般采用“面向对象”即面向电气一次回路或电气间隔（如一条出线、一台变压器、一组电容器等）的方法进行设计。一条出线或一个间隔或一组电容器作为间隔层一个独立单元，其数据采集和测量单元、监控单元、保护单元等都做在一起，设计在同一机箱内，作为一个具备测量、监控和保护功能的独立装置。各装置作为完全独立的功能单元可以单独使用，而且各装置自身故障不影响其他装置正常工作。这种设计使得系统安装及组屏方式十分灵活，既可以分散就地安装在开关柜和户外设备附近，也可以集中组屏安装。

由于微机综合自动化系统的上述硬件构成及结构特点，比之传统的继电保护装置，其运行稳定，可靠行高，事件处理动作快；体积小，屏柜少，节约占地面积，可以减少控制室的建筑面积甚至将之完全取消；功耗低，减少站内电能损耗；安装调试简单、维护方便，模块化设计和插件式结构使元件制造标准化，故障查找和检修快捷、方便，有效地减少停电时间，提高供电可靠性。

2变电站微机综合自动化系统的软件

微机综合自动化系统与传统的继电保护装置的另一个重要差别在于：传统的继电保护装置的所有功能，从各种工频电量的输入、测量、变换到输入量与设定值的逻辑比较再到信号或执行命令的发出，都是由硬件即继电器或集成电路来实现的，而变电站综合自动化系统由于微电脑这一智能化元件的引入，使得保护的信号、数据处理和逻辑比较计算等功能不再单纯依靠硬件来实现，而是在微电脑这一平台下依靠软件来实现。

由于计算机语言的强大的编程功能，微机综合自动化系统的软件几乎可以实现传统继电保护装置所能完成的各种保护功能。

综合自动化系统的软件和其硬件结构相对应，有底层单元级的自动化控制程序和站控机层的管理程序等。

对于处于最底层的监控、保护单元来说，利用计算机语言编制成各种功能模块的程序，将之固化到计算机的存储器中。有了各种功能模块程序的支持，计算机才真正能够实现智能化，具备强大的计算、分析和逻辑判断能力，因而可以实现任何性能完善且复杂的保护原理。传统的继电保护装置，每一种保护功能，都有各自独立的一组继电器元件来实现，各保护之间基本不存在通用互换的可能，这是因为继电保护最重要的环节——逻辑部分的功能根据不同的保护原理需要不同方法来实现。但对于综合自动化系统来说，由于逻辑部分的功能是靠软件来实现的，所以通过编制不同的程序，就可以用同一硬件来实现不同的保护原理。这使得保护装置的制造大为简化，也容易实现保护装置的标准化。

除了利用计算机软件来实现控制和各种保护功能外，有了软件的支持，计算机的存储、记忆功能可以得到很好的开发和利用。从而能够实现对变电站运行状况的故障录波、故障测距和事件顺序记录等。这对电网运行事故分析和事故后的处理都有重大意义。

底层的监控、保护单元内固化的软件主要是控制和保护软件，而处于中上层的前置机和站控机则主要安装了管理和通讯软件。前置机通过机内安装的软件直接对各监控单元进行管理、监控，并采集各监控单元所控制的一次部分的运行数据。同时，前置机还担负和调度自动化的信息互传：向调度自动化系统提供变电站设备运行状态和电网运行数据；接受来自调度自动化系统的各种命令。站控机也称作后台机，通常是一台微型的台式个人计算机。后台机上安装的软件则为最上层的管理软件。它通过前置机来实现对各底层监控、保护单元的控制、管理和数据采集。后台机上通常还安装有模拟操作软件，通过软件对运行人员进行模拟操作训练。另外后台机还可以利用其CRT屏幕来显示变电站的一次主接线图，从而取代常规庞大的模拟屏。

软件是综合自动化系统的灵魂。有了各种软件的支持，综合自动化系统才有了灵性和能动性，各种测量、监控、保护、故障及事件记录、通讯功能才得以实现。综合自动化系统才真正具备了功能综合化、操作监视屏幕化、测量显示数字化、运行管理智能化。

3综合自动化系统的推广应用中应着力解决的几个问题

毫无疑问，综合自动化系统是智能化程度高、变电站运行管理自动化水平高、在线运行稳定可靠、处理事故恢复供电快、操作简易、维护方便、功能强大的变电站继电保护装置。随着国家电网建设和改造的进一步深入，随着国家在电网建设中推广新技术、新设备力度的进一步加大，综合自动化系统将作为变电站的“标准配置”在越来越多的新建和改造变电站中得到应用。但是要使这一高新技术产品在变电站中得到普遍推广应用，并充分发挥作用，必须着力解决好下面几个方面的问题：

3.1搞好技术推广和人员培训由于综合自动化系统的技术含量高，与传统的变电站继电保护装置在硬件结构上完全不同，所以对一线的设计、安装、操作、运行维护人员提出了更高的要求。因此，必需做好一线施工设计人员和安装人员的技术推广工作，同时加大操作、运行维护人员的岗前培训力度，培养掌握这一新型设备的安装、操作、运行、维护的高素质人才队伍，打好技术队伍基础。

3.2加强对一次设备的更新改造综合自动化系统一方面能够保护一次设备的安全运行，另一方面能够监视一次设备的运行状态，但能否实现对一次设备的监视，取决于一次设备与综合自动化的数据接口。因为一次设备的运行状态数据来自于一次设备，综合自动化系统只能通过采集这些数据来实现对一次设备的监视。对于一些老设备，不具备对自身运行状态数据的测量以及与综合自动化系统的通信功能，所以就需要对这些设备进行改造或更新，使其具备对自身运行状态数据的测量以及与综合自动化系统的通信功能，从而使综合自动化系统能够实现对其运行状态的监视。

另一方面，随着技术的不断进步和完善，一些新功能被更多地集成到综合自动化系统中来，比如变电站无功电压综合控制（VQC）技术，这些技术无论从理论还是到开发应用都到了比较成熟的阶段，但由于受到变电站一次设备的制约，比如站内电容器不能够实现无级或小级别调档等，虽然综合自动化系统具备了这些功能，但在实际应用中这些功能却成了摆设，并没有得到真正的开发利用。所以只有加大一次设备的改造力度，同时在变电站设计和建设中，积极推广使用技术成熟先进、运行稳定可靠的新设备，才能使这些功能真正落到实处，从而更好地服务于电网运行。

3.3加强一次设备的巡视和维护检修变电站综合自动化技术的应用使得变电站从技术到硬件上达到了无人值班的技术要求。变电站实行无人值班，是综合自动化技术应用之后出现的新生事物并成为未来的一个发展趋势。但无人值班在减员增效的同时，又带来了新的矛盾和问题，除了变电站的安全警戒外，一次设备的安全运行问题成为人们心头最大的忧患。因为综合自动化系统固然先进，但它毕竟是处在从属和保障地位，其作用根本上还是来保护和保障一次设备的运行安全。但对于一次设备自身固有的缺陷，综合自动化系统是无能为力的。因此需要建立一支机动灵活的快速反应队伍，加强对一次设备的巡视和检修，对一次设备存在的安全运行隐患，及时发现，及时消缺，使设备经常处于最佳运行状态，才能更大限度地发挥综合自动化系统在变电运行中的作用。

3.4建设坚强可靠的调度通信网络变电站实现无人值班以后，变电站的实时监控任务就落在了调度人员的身上。要使调度值班人员及时准确掌握变电站设备运行情况，并实现对变电站设备的控制操作，必须建设一套功能完善的调度自动化系统和坚强可靠的远动通讯网络，从而使调度对变电站实现遥测、遥信、遥控、遥调、遥视功能。

总之，随着综合自动化技术的深入推广和应用，变电站的运行和管理水平必将达到一个前所未有的高度。