变电站综合自动化系统的研究

通道很多，对采样的速度也有很高的要求。采样率的提高导致了采样间隔的缩短，从而留给CPU进行采样数据预处理，保护启动计算，主保护计算的时间大大缩短。因此，必须大大的压缩数据采集的时间。

保护装置使用公控机时，通常采用工控机智能同步数据采集模板完成采样，再将采样数据通过双口RAM，FIFO等方式传送给主CPU进行处理，因此并不占用主CPU的处理时间。当保护装置使用单片机时，目前使用的VFC数据采集系统难以满足要求，必须对此单独进行考虑。为了进一步简化电路设计和调试，一些半导体厂家将完整的数据采集系统集成到一块芯片中，能够自动完成所有输入通道的数据采集而无须CPU干预。采用这种专用数据采集芯片，将极大简化单片机型微机保护装置数据采集系统的设计，生产，调试方式，大大的提高其数据采集系统的数据采集能力。

(3) 微机保护硬件的一般结构：

微机保护的硬件类型分为三种：高压线路微机保护，微机元件继点保护，低压线路的微机保护.

① 高压线路微机保护：

目前我国的高压线路微机保护装置的原理，性能，主要指标以及制造工艺方面以达到了国际先进水平，微机保护的动作正确率也已经超过了常规保护。对于高压和超高压输电线路微机保护装置，多单片机构成的多CPU硬件结构已成为现行的实际标准。这种类型的微机保护装置的基本特点是：电压频率转换原理的数据采集系统为整套装置的公共部分,其频率输出信号分别传送给各个保护插件，再由各个保护插件完成相应的测频，采样值标度变换，保护功能计算。3个保护CPU分别完成高频保护，距离保护，零序保护功能。监控CPU主要负责人机接口，保护定值管理。通信控制，保护CPU运行状态监控等功能。3个保护插件启动元件按三取二的原则启动各套保护装置的出口回路，从而大大的提高了保护装置的可靠性。

监控CPUV/F转换保护CPU1通信接口保护CPU2I/O接口保护CPU3

但是这种多CPU微机保护装置采用了不完全冗余技术。保护输入和输出通道不采用冗余技术，而只是在信号处理器部分采用。如果模拟输入通道和数据采集系统发生故障，那麽输入3个CPU插件的故障数据将不在准确，整套

装置不能正确工作；跳闸出口通道发生故障，整套装置同样不能正确工作。因此整个保护装置并不因为采用了多CPU技术而使可靠性大幅度的提高。

多CPU微机保护装置除完成本线路的继电保护功能外，同时还必须完成相邻线路的远后备保护功能。广泛的使用多CPU微机保护装置中，距离保护三段和零序保护三段，都具有远后备的功能。在距离保护CPU插件或者零序保护CPU插件发生故障时，即使线路的主保护可以正常工作，仍将失去远方后备保护的功能。由于以上的原因，在高压和超高压输变电线路中，不但主保护必须双重化配置，后备保护也必须双重化配置。

② 微机元件继电保护：

微机元件保护的种类很多，硬件结构也各有特色，基本的类型有单片机型和工控机型微机元件保护。许多厂家得宜于线路微机保护的成功开发和应用中的成功经验，推出了许多与微机线路保护硬件结构相似的单片机型微机元件保护。比如采用了高压线路保护类似的VFC数据采集系统和高性能单片机构成的双CPU系统，变压器主保护与变压器各侧的后备保护分别采用不同的CPU完成保护功能。为适合变电站自动化的发展，新型微机变压器保护也提供了基于现场总线的通信接口功能。

采用工控机实现的微机保护，具有小型化，低成本，高可靠性等优点。工控机总线接口简单，模块化程度高，容易结合，使用维护方便，系统功能容易扩展。可以大大缩短微机保护装置的开发周期，实现微机继电保护装置的系列化和标准化，便于运行部门的运行维护，必将在微机保护的发展中发挥重要的作用。

③ 低压线路的微机保护：

这种类型的保护装置可以分为两种：一种为“一对一”方式，即一套装置实现一条线路的保护；另一种为“一对N”方式，即一套装置实现多条线路保护。采用“一对一：实现时，一套装置负责一条线路或一台变压器的测量，保护和控制。使用“一对N”方式实现时，一套装置负责多条线路或变压器的测量，保护和控制。它具有分布式结构的全部优点而且又便于设计安装及运行维护。为中低压变电站广为采用。

2.4 小节

本节介绍了变电站综合自动化系统的结构形式，并介绍了各种结构形式的特点；变电站综合自动化系统主要包括监测，监控，远传和保护四部分，介绍了各部分的主要功能。介绍了综合自动化系统的硬件结构以及主要的配置，为下一章的通信协议做好了铺垫。

第3章 变电站综合自动化系统的通信网络

3.1 通信网络的发展：

目前，国内变电站综合自动化系统用的通信网络主要是总线式网络。该系统最初使用RS-232总线，后来用到RS-485总线。近年来随着新型现场总线CANBUS和LONWORKS的推出，变电站综合自动化系统的网络通信得到了新的发展，新型现场总线CANBUS是变电站综合自动化系统通信网络性价比最好的一种。

3.1.1 RS-232，RS-422 和RS-485总线：

RS-232串口通信标准是美国电子工业协会于1969年公布的，该标准定义了数据终端设备和数据通信设备之间按位串行传输的接口通信。通常用于近距离传输，此时可将两台具有RS-232接口的通信设备直接相连，如果要进行远距离传输，可以再加调制器即可。

RS-422为全双工，可以同时接收和发送。采用RS-422标准，可以削弱干扰的影响，获得更长的传输距离和允许更大的信号衰减。采用RS-422标准通信时位率可达到10Mbit/s。

RS-485为半双工通信方式，在某一时刻，一个发送一个接受，当用于多站互连时，可节省信号线，便于高速远距离的传送。

3.1.2 LONWORKS总线

LONWORKS是美国Echeton公司推出的一种新型现场总线。它的基本思想是将控制系统按局域网络的方式构造，用网络节点代替局域网中的工作站，网络节点安装在监控现场，直接于各种传感器和控制器相连。LONWORKS总线的技术特性有以下9点：

(1): 开放性。网络协议开放，对任何用户平等。

(2)：通信介质开放。可以在任何通信介质条件下通信，包括双绞线，电力线，光纤，同轴电缆，射线电缆，红外线等，并且多种介质可以在同一网络中混合使用。

(3)：互操作性。Lonworks通信协议符合OSI模型，任何制造商的产品都可以实现互操作。

(4)：Lonworks通信采用了“网络变量”，使网络通信的设计简化成为参数设置增加了通信技术的可靠性。

(5)：它的通信每桢有效字节可以达到0到228个字节。

(6)：它的通信速度可达1.25Mbit/s，此时的有效距离为130m (7)：Lonworks技术的一个测控网络的节点数可达32000个。 (8)：Lonworks直接通信距离长达2700m

(9)：Lonworks技术的核心是神经元芯片。该芯片内部装有3个微处理器；MAC处理器完成介质访问控制。网络处理器完成OSI的3-6层网络协议。应用处理器完成用户现场控制应用。它们之间通过公共存储器传递数据。

3.1.3 CANBUS现场总线

CANBUS德国BOSCH公司设计的，它是一种基于优先级的高速。抗干扰能力强并具有检错功能的现场总线，可采用多种媒体通信，比如光缆和双绞线。CANBUS通信设备本身又具有较低的造价，从而它的应用范围很广，特别是在电气自动化领域。

CANBUS的主要技术特性如下：

(1)：CANBUS可以多主方式工作，网络上任意一个接点均可以在任何时刻主动向其它节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。

(2)：CANBUS网络上节点可分为不同的优先级，并可满足不同的实时要求。

(3)：CANBUS采用非破坏性总线裁决技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级别低的自动的主动停止数据发送，而优先级高的网络节点不受任何影响继续传送数据，大大的节省了总线冲突裁决时间。

(4)：CANBUS可以点对点，一点对多点全局广播几种方式传送接收数据。 (5)：CANBUS直接通信距离最远可达10km，CANBUS的通信速率最高可达1Mbit/s.

(6)：CANBUS上的节点数实际上可达110个，理论上可达2000多个。 (7)：CANBUS采用短砧结构，每一砧的有效字节数为8个，这样传输时间短，受干扰的概率低，重新发送时间短，尤其适合在强电磁场环境下工作。

(8)： CANBUS每砧信息都有CRC校验及其它检验措施，保证了数据出错率极低。

(9)：CANBUS节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它和总线的联系，以使总线的其操作不受影响。

(10): NZR编码/解码方式，并采用位填充技术。

3.1.4 各种总线技术的优缺点

RS-232总线通信速度快，距离短。RS-422和RS-485虽然在传输速度和距离上有所提高，但存在以下缺点：网络上只能有一个主节点，无法构成多主