論文關(guān)鍵詞：變電站綜合自動化；裝置；硬件結(jié)構(gòu)；插件；培訓(xùn)

　　論文摘要：本文說明了各種變電站綜合自動化裝置的硬件具有相同的典型結(jié)構(gòu)，討論了模擬量的輸入／輸出回路，開關(guān)量輸入及輸出電路，微型機(jī)系統(tǒng)和變電站綜合自動化算法，人機(jī)對話、、通信和電源插件，操作回路等各部分培訓(xùn)的內(nèi)容、作用和培訓(xùn)方法，并具體介紹了測控裝置。

  在變電站綜合自動化培訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)員要熟悉變壓器、線路、電容器等設(shè)備的保護(hù)裝置、測控裝置、保護(hù)測控裝置及各種自動控制裝置。若在每個具體裝置中都全面介紹裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，不但重復(fù)太多，浪費(fèi)時間，而且也不容易全面深人地介紹清楚，且不利于學(xué)員理解掌握。因此在培訓(xùn)中，都要對各種裝置的共性部分進(jìn)行統(tǒng)一介紹，即介紹裝置的基本結(jié)構(gòu)、原理與接線。下面就裝置部分教學(xué)培訓(xùn)工作進(jìn)行IV"結(jié)，與大家分享。

  一、裝置的典型硬件結(jié)構(gòu)

  裝置部分教學(xué)培訓(xùn)中，首先要把裝置的典型硬件結(jié)構(gòu)弄清楚。成套的綜合自動化系統(tǒng)中微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等裝置都是由若干模塊組成的，它們的硬件結(jié)構(gòu)都是大同小異，所不同的是軟件及硬件模塊化的組合與數(shù)量不同。一個變電站綜合自動化系統(tǒng)中各種子系統(tǒng)的典型硬件結(jié)構(gòu)主要包括模擬量輸人/輸出回路、開關(guān)量輸人/輸出回路、微機(jī)系統(tǒng)、人機(jī)對話接口回路、通信回路和電源，如圖1所示。

  裝置采用統(tǒng)一硬件平臺，變電站綜合自動化裝置硬件采用整體面板、國際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱。裝置強(qiáng)弱電徹底分離，CPU板采用印刷板、表面裝貼技術(shù)，提高了裝置的可靠性。可自檢和互檢，同時減少各部分的關(guān)聯(lián)性。通信接口方式選擇靈活，與變電站自動化系統(tǒng)配合，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方定值修改和切換、事件記錄及錄波數(shù)據(jù)上傳、壓板遙控投退和遙測、遙信、遙控跳合閘。可通過變電站監(jiān)控系統(tǒng)對保護(hù)裝置所具有的功能實(shí)施全遙控操作。裝置采用統(tǒng)一軟件平臺，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，延長了產(chǎn)品的市場生命周期，從“作坊生產(chǎn)階段”進(jìn)人到“大規(guī)模生產(chǎn)階段”。裝置采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫處理，在設(shè)計(jì)裝置功能模塊時提煉不同功能應(yīng)用信息的共性，建立一個統(tǒng)一的應(yīng)用功能數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)模塊，包含每種功能所需的一切信息，形成功能程序的統(tǒng)一的開發(fā)平臺，降低了功能模塊程序開發(fā)的難度，提高了功能模塊程序的可靠性。

  二、模擬量的輸入/輸出回路

  1.模擬量的輸入電路
  變電站綜合自動化系統(tǒng)采集的一次設(shè)備的電流、電壓、有功功率、無功功率、溫度等都是屬于模擬量，由于微機(jī)只能識別數(shù)字量，故模擬信號必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能輸人到微機(jī)中進(jìn)行處理。典型的模擬量輸人電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，主要包括電壓形成電路、低通濾波電路、采樣電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及A/D變換芯片五部執(zhí)電壓形成電路除了起電量變換作用外，另一個重要作用是將一次設(shè)備的電流互感器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機(jī)A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)完全隔離，提高抗干擾能力。通過低通濾波器與采樣定理、采樣保持器、模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、模/數(shù)變換(A/D)的詳細(xì)講解，使學(xué)員熟悉模擬量輸人電路如何隔離、規(guī)范輸入電壓及完成模/數(shù)變換、與CPU接口，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

  為了使學(xué)員更好地理解和掌握培訓(xùn)內(nèi)容，講變換器時向?qū)W員展示變換器插件實(shí)物，講清楚變換器的輸人信號和輸出信號。講解低通濾波時也將實(shí)物插件展示給學(xué)員，理論聯(lián)系實(shí)際，可取得很好的培訓(xùn)效果。

  2模擬量輸出電路
  培訓(xùn)中簡要說明模擬量輸出電路的組成、數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器工作原理。模擬量輸出電路的作用是把微型機(jī)系統(tǒng)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，該任務(wù)主要由數(shù)/模(D/A)變換器來完成。由于D/A轉(zhuǎn)換器需要一定的轉(zhuǎn)換時間，在轉(zhuǎn)換期間，輸人待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量應(yīng)該保持不變，而微型機(jī)系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上穩(wěn)定的時間很短，因此在微機(jī)系統(tǒng)與D/A換器間必須用鎖存器來保持?jǐn)?shù)字量的穩(wěn)定，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器得到的模擬信號一般要經(jīng)過低通濾波器，使其輸出波形平滑，同時為了能驅(qū)動受控設(shè)備，可以采用功率放大器作為模擬量輸出的驅(qū)動電踐 D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將二進(jìn)制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量，其主要部件是電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)算放大器。

  三、開關(guān)量輸入及輸出電路

  開關(guān)量輸人、輸出電路是非常重要的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)員只有明白了斷路器、變壓器分接頭的位置狀態(tài)是如何被采集和輸出后才能更好地工作。

  在變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集中，除模擬信號外，還有大量的以二進(jìn)制數(shù)字變化為特點(diǎn)的信號，如隔離開關(guān)、斷路器的狀態(tài)，按鈕、普通的開關(guān)、刀閘、斷路器的觸點(diǎn)以及人機(jī)聯(lián)系的功能鍵的狀態(tài)等，稱為開關(guān)量。

   1.開關(guān)量輸入電路
  開關(guān)量輸入電路的基本功能就是將變電站內(nèi)需要的狀態(tài)信號引人微機(jī)系統(tǒng)，如斷路器狀態(tài)、繼電保護(hù)信號等。開關(guān)量輸人電路由消抖濾波電路、信號調(diào)節(jié)電路、控制邏輯電路、驅(qū)動電路、地址譯碼電路、隔離電路等組成。培訓(xùn)中講清消抖濾波電路與信號調(diào)節(jié)電路、電隔離技術(shù)的應(yīng)用、驅(qū)動控制與端口地址譯碼問題，特別是要了解簡單的開關(guān)量輸人電路。開關(guān)量信號都是成組并行輸人(出)微機(jī)系統(tǒng)的，每組一般為微機(jī)系統(tǒng)的字節(jié)，即8,  16或32位，對于斷路器、隔離開關(guān)等開關(guān)量的狀態(tài)，體現(xiàn)在開關(guān)量信號的每一位上，如斷路器的分、合兩種工作狀態(tài)，可用0,  1表示。簡單的開關(guān)量輸人電路包括斷路器和隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)、跳合閘位置繼電器觸點(diǎn)、有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置等輸入、外部裝置閉鎖重合閘觸點(diǎn)輸人、裝置上連接片位置輸入等回路。

  2開關(guān)量輸出回路
  開關(guān)量輸出電路主要是將CPU送出的數(shù)字信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、控制或調(diào)節(jié)，如斷路器跳閘命令和屏幕顯示、報警信號等。開關(guān)量輸出電路與輸人電路基本一樣。簡單的開關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口以及本地和中央信號等，一般都采用并行接口的輸出來控制有觸點(diǎn)繼電器(干簧或密封小中間繼電器)的方法，但為提高抗干擾能力，最好也經(jīng)過一級光電隔離。

  四、微型機(jī)系統(tǒng)和變電站綜合自動化算法

  微型機(jī)系統(tǒng)的CPU是由一片大規(guī)模集成電路芯片制成，不僅能進(jìn)行算法邏輯運(yùn)算，還能執(zhí)行各種控制功能。配備一定容量的存儲器、輸人/輸出設(shè)備的接口電路及系統(tǒng)總線。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集和輸出控制部分，這兩個部分構(gòu)成了基本測控單元的主要內(nèi)容。數(shù)字信號處理器(DSP)是一種經(jīng)過優(yōu)化后用于處理實(shí)時信號的微控制器。

  在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)對采樣值進(jìn)行分析、計(jì)算得到所需的電流、電壓的有效值和相位以及有功功率、無功功率等量，或者算出它們的序分量，或者線路和元件的視在阻抗，或者某次諧波的大小和相位等，并根據(jù)這些參數(shù)的計(jì)算結(jié)果以及定值，通過比較判斷決定裝置的動作行為，而完成上述分析計(jì)算和比較判斷以實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期功能的方法就稱為變電站綜合自動化系統(tǒng)算法。其主要任務(wù)是如何從包含有噪聲分量的輸入信號中快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出所需的各種電氣量參數(shù)。培訓(xùn)中要說明研究算法的目的主要是提高運(yùn)算的精確度和提高運(yùn)算的速度。算法的運(yùn)算速度將影響自動化裝置檢測量的檢測和自動化裝置的動作速度。變電站綜合自動化系統(tǒng)中保護(hù)和監(jiān)控對算法有不同要求。

   五、人機(jī)對話、通信和電源插件

  1.人機(jī)時話
  人機(jī)對話的主要內(nèi)容有顯示畫面與數(shù)據(jù)(包括時間、日期);單線圖的狀態(tài)、潮流信息;報警畫面與提示信息;事件順序記錄。事故記錄;趨勢記錄;裝置工況狀態(tài)顯示;保護(hù)整定值;控制系統(tǒng)的配置顯示，包括退出運(yùn)行的裝置的顯示以及信號流程圖表;值班記錄;控制系統(tǒng)的設(shè)定顯示等。主要介紹人機(jī)對話微型機(jī)系統(tǒng)的硬件原理、鍵盤響應(yīng)電路、屏幕(液晶)顯示電路、打印機(jī)的接口電路、多機(jī)通信和巡檢開關(guān)、人機(jī)對話插件等。重點(diǎn)講清人機(jī)界面操作和命令菜單使用說明。

  2.通信插件
  通信插件承擔(dān)著裝置的管理和通信任務(wù)，是承接裝置與夕卜界通信及交換信息的管理插件，如與面板、PC調(diào)試軟件、監(jiān)控后臺、工程師站、遠(yuǎn)動、打印機(jī)等的聯(lián)系，根據(jù)保護(hù)的配置組織上送遙測、遙信、SOE、事件報文和錄波信息等。通信插件可根據(jù)需要設(shè)置有Lan網(wǎng)口、以太網(wǎng)口、RS485口和RS232口，滿足不同監(jiān)控和遠(yuǎn)動系統(tǒng)的要求。另外，還設(shè)置有GPS對時功能，可滿足網(wǎng)絡(luò)對時和脈沖對時方式的要求。

  3.電源插件
  每個裝置均有一個獨(dú)立的開關(guān)電源，向其他插件供電，此開關(guān)電源與插件面板構(gòu)成電源插件(又叫電源模件)。培訓(xùn)中要重點(diǎn)說明輸出電壓的作用。輸出電壓十SV為CPU及其外圍芯片提供工作電源;15V為模擬輸人回路運(yùn)放提供工作電源;+24V為開出、開人回路提供電源。