1、第三章第三章 變電站綜合自動化變電站綜合自動化23.1 變電站綜合自動化和綜合自動化基礎知識一、一、 當前電力系統發展的要求當前電力系統發展的要求 i) 全國聯網的發展方向，對電力系統的可靠性提出更高要求。全國聯網的發展方向，對電力系統的可靠性提出更高要求。 國家電力公司陸延昌在國家電力公司陸延昌在2000年全國電網調度工作會議上明確指年全國電網調度工作會議上明確指出：堅持全國聯網、西電東送、南北互聯的發展方向不動搖。并且出：堅持全國聯網、西電東送、南北互聯的發展方向不動搖。并且要做到系統聯網，可靠水平不降低。我國水力資源主要集中在西部要做到系統聯網，可靠水平不降低。我國水力資源主要集中在西部

2、和西南部，這兩地區可開發電量占全國和西南部，這兩地區可開發電量占全國82.9%；煤炭資源華北和西；煤炭資源華北和西北兩地區占北兩地區占80%；而負荷中心集中在中部和東部沿海，這兩地區的；而負荷中心集中在中部和東部沿海，這兩地區的經濟總量占全國經濟總量占全國82%，電力消費占，電力消費占78%。這種差異，決定了電力工。這種差異，決定了電力工業發展必須實行西電東送、南北互供、全國聯網的戰略。業發展必須實行西電東送、南北互供、全國聯網的戰略。 要做到全國聯網后，供電可靠性水平不降低，加強發電廠、變要做到全國聯網后，供電可靠性水平不降低，加強發電廠、變電站的安全、可靠運行、提高其自動化水平很為重要。電

3、站的安全、可靠運行、提高其自動化水平很為重要。 33.1 變電站綜合自動化和綜合自動化基礎知識ii) 常規的變電站存在的問題常規的變電站存在的問題 安全性、可靠性不能滿足電力系統發展的需求。安全性、可靠性不能滿足電力系統發展的需求。 不適應電力系統快速計算和實時性要求。不適應電力系統快速計算和實時性要求。 供電質量缺乏科學的保證。供電質量缺乏科學的保證。 不利于提高運行管理水平。不利于提高運行管理水平。 維護工作量大，設備可靠性差。維護工作量大，設備可靠性差。 占地面積大，增加征地投資。占地面積大，增加征地投資。43.1 變電站綜合自動化和綜合自動化基礎知識科學技術的發展，為發展變電站自動化提

4、供科學技術的發展，為發展變電站自動化提供了有利的條件了有利的條件 變電站自動化技術的發展過程與相關學科的變電站自動化技術的發展過程與相關學科的發展密切相關。變電站自動化發展過程有三個階發展密切相關。變電站自動化發展過程有三個階段：段：(1) 變電站分立元件的自控裝置階段。變電站分立元件的自控裝置階段。 *電磁式的自動裝置電磁式的自動裝置 *晶體管式的自動裝置晶體管式的自動裝置 *集成電路式的自動裝置集成電路式的自動裝置53.1 變電站綜合自動化和綜合自動化基礎知識(2) 微處理器為核心的智能自動裝置階段。微處理器為核心的智能自動裝置階段。 計算機工業的發展，尤其是計算機工業的發展，尤其是20世

5、紀世紀70年代微年代微處理器的問世和微計算機技術的迅速發展，為變處理器的問世和微計算機技術的迅速發展，為變電站自動化技術的發展提供了必要的手段。電站自動化技術的發展提供了必要的手段。 這階段廠站自動化的特點：形成變電站內的這階段廠站自動化的特點：形成變電站內的自動化孤島。自動化孤島。(3) 變電站綜合自動化的發展，全面促進變電站變電站綜合自動化的發展，全面促進變電站技術水平和運行管理水平的提高。技術水平和運行管理水平的提高。63.1 變電站綜合自動化和綜合自動化基礎知識國外變電站綜合自動化的早期發展概況國外變電站綜合自動化的早期發展概況 國外變電站自動化的研究工作始于國外變電站自動化的研究工作

6、始于20世紀世紀70年代。年代。70年代末，英、西德、意大利、澳大利亞等國新裝的遠動年代末，英、西德、意大利、澳大利亞等國新裝的遠動裝置都是微機型的。裝置都是微機型的。變電站綜合自動化的研究工作，于變電站綜合自動化的研究工作，于70年代中、后期年代中、后期開始。開始。1975年由關西電子公司和三菱電氣有限公司合作年由關西電子公司和三菱電氣有限公司合作，研究配電變電站數字控制系統。，研究配電變電站數字控制系統。1979年年9月完成樣機，月完成樣機，稱為稱為SDCS-1型，型，12月在變電站安裝運行，月在變電站安裝運行，1980年開始年開始商品化生產。商品化生產。 SDCS-1型由型由13臺微機組

7、成。如臺微機組成。如圖圖1.2.1，它具有對，它具有對一個一個77kV/6.6kV的配電變電站的全部保護和控制功能。的配電變電站的全部保護和控制功能。該變電站具有該變電站具有3臺變壓器，臺變壓器，4回回77kV進線，進線，36回回6.6kV饋饋電線路。電線路。73.1 變電站綜合自動化和綜合自動化基礎知識SDCS1結構方框圖 國外變電站綜合自動化的早期發展概況國外變電站綜合自動化的早期發展概況8我國變電站自動化的發展過程我國變電站自動化的發展過程我國變電站綜合自動化的研究工作始于我國變電站綜合自動化的研究工作始于8080年代中期。年代中期。19871987年清華大學電機年清華大學電機工程系研究

8、成功國內第一個符合國情的綜合自動化系統工程系研究成功國內第一個符合國情的綜合自動化系統。該系統由該系統由3 3臺微機組臺微機組成，其系統結構如成，其系統結構如圖圖1.2.21.2.2。19871987年在山東威海望島變電站成功地投入運行。年在山東威海望島變電站成功地投入運行。望島變電站是一個望島變電站是一個35kV/10kV35kV/10kV城市變電站，有城市變電站，有2 2回回35kV35kV進線，進線，2 2臺主變，臺主變，8 8回回10kV10kV出線，出線，2 2組電容器。該系統擔負全變電站安全監控、微機保護、電壓無功控制組電容器。該系統擔負全變電站安全監控、微機保護、電壓無功控制、中

9、央信號等任務。按功能分為、中央信號等任務。按功能分為3 3個子系統個子系統：（：（1 1）安全監控子系統；（）安全監控子系統；（2 2）微）微機保護子系統；（機保護子系統；（3 3）電壓、無功控制子系統。）電壓、無功控制子系統。 這是我國第一個變電站綜合自動化系統，其成功的投入運行，證明了我國這是我國第一個變電站綜合自動化系統，其成功的投入運行，證明了我國完全可以自行研究，制造出具有國際先進水平，符合國情的變電站綜合自動化完全可以自行研究，制造出具有國際先進水平，符合國情的變電站綜合自動化系統。系統。 9090年代中期后，綜合自動化系統迅速發展年代中期后，綜合自動化系統迅速發展。隨著微機技術的

10、不斷發展和已隨著微機技術的不斷發展和已投入運行的變電站綜合系統取得的經濟效益和社會效益，吸引全國許多用戶和投入運行的變電站綜合系統取得的經濟效益和社會效益，吸引全國許多用戶和科研單位和高等院校，因此變電站綜合自動化系統到科研單位和高等院校，因此變電站綜合自動化系統到9090年代，成為熱門話題。年代，成為熱門話題。3.1 變電站綜合自動化和綜合自動化基礎知識93.1 變電站綜合自動化和綜合自動化基礎知識我國變電站自動化的發展過程我國變電站自動化的發展過程變電站微機監測、保護綜合控制系統框圖變電站微機監測、保護綜合控制系統框圖10 國外無人值班的發展簡況無人值班的發展簡況 西歐、北美、日本等發達國

11、家的絕大多數變西歐、北美、日本等發達國家的絕大多數變電站，包括許多電站，包括許多500kV、380kV的變電站也都實的變電站也都實行無人值班。例如：巴黎，行無人值班。例如：巴黎，1985年建立新一代的年建立新一代的計算機自動管理系統，所有計算機自動管理系統，所有225/20kV變電站都由變電站都由調度中心集中控制。調度室可掌握所有調度中心集中控制。調度室可掌握所有225/20kV變電站及變電站及20kV主網絡運行狀況，當電網發生事故主網絡運行狀況，當電網發生事故時，調度中心可以直接進行必要的處理，使受停時，調度中心可以直接進行必要的處理，使受停電影響的用戶迅速恢復供電。與此同時也出現一電影響的

12、用戶迅速恢復供電。與此同時也出現一批無人值班或少人值班的大、中小型水電站，例批無人值班或少人值班的大、中小型水電站，例如，到如，到1980年止，意大利年止，意大利ENEL公司的公司的474個水個水電站中，無人值班達電站中，無人值班達408個，法國個，法國EDF公司公司450個個水電站中，有水電站中，有403個無人值班占個無人值班占90%。 11國內國內無人值班的發展簡況. .早期的無人值班變電站沒有自動化功能。只適合不重早期的無人值班變電站沒有自動化功能。只適合不重要的要的35KV變電站。變電站。 2. 20世紀世紀60年代，進入了遠方監視的無人值班階段。年代，進入了遠方監視的無人值班階段。

13、3. 20世紀世紀80年代后期，無人值班技術又上了一個臺階。年代后期，無人值班技術又上了一個臺階。促進了調度自動化實用化的深入開展和電網調度管理促進了調度自動化實用化的深入開展和電網調度管理水平的提高。水平的提高。 4. 國家電力調度通信中心于國家電力調度通信中心于1993年年12月月28日發布了調自日發布了調自 1994 2號文件號文件關于在地區電網中實施變電站遙控關于在地區電網中實施變電站遙控和無人值班的意見和無人值班的意見。該文件明確指出實行變電站遙。該文件明確指出實行變電站遙控和無人值班是可行的，是電網調度管理的發展方向控和無人值班是可行的，是電網調度管理的發展方向，并明確指出各單位要

14、積極穩妥地開展此項工作，要，并明確指出各單位要積極穩妥地開展此項工作，要根據當地的實際情況，因地制宜，統籌安排，綜合考根據當地的實際情況，因地制宜，統籌安排，綜合考慮，做好規劃，逐步實施。根據需要有些地區可考慮慮，做好規劃，逐步實施。根據需要有些地區可考慮新建變電站一步到位，即按無人站設計建設，尤其是新建變電站一步到位，即按無人站設計建設，尤其是地區變電站地區變電站 。該文件對全國無人值班變電站的建設起。該文件對全國無人值班變電站的建設起了很大的推動作用。了很大的推動作用。12變電站實現無人值班的目的和意義(1) 國民經濟發展形勢的需要國民經濟發展形勢的需要 不僅發達地區、人口密集經濟發展的地

15、區需要發展不僅發達地區、人口密集經濟發展的地區需要發展無人值班變電站；人口密度少、經濟不甚發達的邊遠地無人值班變電站；人口密度少、經濟不甚發達的邊遠地區，發展無人值班也很重要。區，發展無人值班也很重要。(2) 提高運行的可靠性，減少誤操作率。提高運行的可靠性，減少誤操作率。(3) 提高經濟效益和勞動生產率提高經濟效益和勞動生產率(4) 降低變電站建設成本降低變電站建設成本 。13變電站綜合自動化全面提高無人值班變電站的技術水平變電站綜合自動化全面提高無人值班變電站的技術水平（1）提高了變電站的安全、可靠運行水平。）提高了變電站的安全、可靠運行水平。（2）提高電力系統的運行、管理水平和技術水平）

16、提高電力系統的運行、管理水平和技術水平（3）縮小變電站占地面積，降低造價，減少總投）縮小變電站占地面積，降低造價，減少總投資。資。（4）提高供電質量，提高電壓合格率，降低電能）提高供電質量，提高電壓合格率，降低電能損耗。損耗。（5）減少維護工作量。由于綜合自動化系統中的）減少維護工作量。由于綜合自動化系統中的 微機保護裝置和自動裝置，都具有故障自診斷功微機保護裝置和自動裝置，都具有故障自診斷功能，裝置內部有故障，能自動顯示故障部位，縮能，裝置內部有故障，能自動顯示故障部位，縮短了維修時間短了維修時間 。14變電站自動化系統的內涵變電站自動化系統的內涵 20世紀 80年代和年代和90年代中期，國

17、內都把上述功能的系統年代中期，國內都把上述功能的系統稱為變電站綜合自動化系統，以區別于只有局部功能的自動稱為變電站綜合自動化系統，以區別于只有局部功能的自動化。國外發表的文章也稱化。國外發表的文章也稱“綜合自動化綜合自動化”，或一體化的變電，或一體化的變電站控制與保護。站控制與保護。 國際電工委員會（國際電工委員會（IEC）根據國際上變電站自動化系統根據國際上變電站自動化系統發展的情況，于發展的情況，于1997年國際大電網會議（年國際大電網會議（CIGRE）WG 34.03工作組在工作組在“變電站內數據流的通信要求變電站內數據流的通信要求”報告中，提報告中，提出了出了“變電站自動化變電站自動化

18、”（SA，Substation Automation）和和“變電站自動化系統變電站自動化系統”（SAS，Substation Automation System）兩個名詞。此名詞被國際電工委員會的兩個名詞。此名詞被國際電工委員會的TC 57技技術委員會（即電力系統通信和控制技術委員會）在制定的術委員會（即電力系統通信和控制技術委員會）在制定的IEC 61850（即變電站通信網絡和系統）標準中采納。我國即變電站通信網絡和系統）標準中采納。我國從從20世紀世紀80年代中、后期以來，習慣稱之為年代中、后期以來，習慣稱之為“變電站綜合變電站綜合自動化自動化”和和“變電站綜合自動化系統變電站綜合自動化系

19、統”。在在IEC 61850變電站通信網絡標準中，對變電站變電站通信網絡標準中，對變電站自動化系統（自動化系統（SAS）的定義為：變電站自動化系統就是在變的定義為：變電站自動化系統就是在變電站內提供包括通信基礎設施在內的自動化。電站內提供包括通信基礎設施在內的自動化。15變電站綜合自動化的內涵 2000年中國電力出版社出版的年中國電力出版社出版的變電站綜合自動術變電站綜合自動術一書中指出了變電站綜合自動化的含義是將變電站的二次一書中指出了變電站綜合自動化的含義是將變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統、繼電保護、自動裝置和設備（包括測量儀表、信號系統、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）經過功能

20、的重新組合和優化設計，利用先進遠動裝置等）經過功能的重新組合和優化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、信號處理技術和通信技術的計算機技術、現代電子技術、信號處理技術和通信技術、實現對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、實現對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護，以及與調度通信等綜合性、測量、自動控制和微機保護，以及與調度通信等綜合性的自動化功能。變電站自動化系統，是利用多臺微型計算的自動化功能。變電站自動化系統，是利用多臺微型計算機（包括單片機等）和大規模集成電路組成的分級分布式機（包括單片機等）和大規模集成電路組成的分級分布式的自動化系統，它以微

21、計算機為基礎，實現對變電站傳統的自動化系統，它以微計算機為基礎，實現對變電站傳統的繼電保護、測量手段、控制方式以及通信和管理模式的的繼電保護、測量手段、控制方式以及通信和管理模式的全面改造。變電站綜合自動化系統具有功能綜合化、結構全面改造。變電站綜合自動化系統具有功能綜合化、結構微機化、操作監視屏幕化、運行管理智能化、通信網絡化微機化、操作監視屏幕化、運行管理智能化、通信網絡化等特征。等特征。163.2 變電站綜合自動化系統中的子系統變電站綜合自動化系統中的子系統一、微機保護子系統一、微機保護子系統 功能及要求 四性：快速性、選擇性、靈敏性和可靠性 主要功能：1）進線和饋電線路的主保護和后備保

22、護及自動重合閘； 2）主變壓器的主保護和后備保護； 3）無功補償電容器組的保護； 4）母線保護； 5）小電流接地系統的單相接地選線。 附加功能：通信、故障記錄、統一時鐘、存儲整定值、顯示觀察修改整 定值、故障自診斷自閉鎖和自恢復、自動重合閘功能17 輸電線路的微機保護配置 電流保護、距離保護、高頻保護、光纖縱差保護、方向電流保護、零序電流保護 變壓器的微機保護配置 比率制動式差動保護、本體重瓦斯、有載調壓重瓦斯和壓力釋放保護、三段復合電壓（方向）閉鎖過電流保護、二段式零序過電流保護、間隙過電流過電壓保護 電力電容器的故障及微機保護配置 過電流保護、電壓保護、不平衡電壓保護和不平衡電流保護18二

23、、自動化監控子系統二、自動化監控子系統 在變電站綜合自動化系統中，監控子系統應能取代常規的測量系統，改變常規的操動機構，取代常規的告警、報警裝置，取代常規的電磁式和機械式防誤閉鎖設備；取代常規的遠動裝置等等。 基本功能 ：數據采集功能 、操作控制功能 、安全監視功能 、事件順序記錄與故障錄波和測距功能 、數據處理與記錄功能 、人機聯系功能和諧波分析與處理。19三、電壓無功控制子系統三、電壓無功控制子系統 造成電壓質量下降的主要原因是系統無功不足或無功功率分布不合理 無功功率的補償與分布問題 分層分區，就地補償 變電站調節電壓和無功的主要手段是調節主變的分接頭和投切電容器組 變電站電壓無功管理調

24、控原則 （1）變電站電壓允許偏差范圍為：220kV變電站的110kV母線：106.7117.7kV；220kV、110kV變電站的10kV母線10.010.7kV。 （2）補償電容器的投退管理原則：以控制各電壓等級母線電壓在允許偏差范圍之內，并實現無功功率就地平衡為主要目標，原則上不允許無功功率經主變高壓側向電網倒送，同時保證在電壓合格范圍內盡量提高電壓。 20 VQC的控制策略 （1）當電壓越上限，無功正常/功率因數正常時 （2）當電壓越上限，無功越上限/功率因數越下限時 （3）當電壓越上限，無功越下限/功率因數越上限時 （4）當電壓越下限，無功正常/功率因數正常時 （5）當電壓越下限，無功

25、越上限/功率因數越下限時 （6）當電壓越下限，無功越下限/功率因數越上限時 21 電壓無功綜合控制方式 （1）集中控制方式。該方式是指在調度中心對各個變電站的主變壓器分接頭位置和無功補償設備進行統一的控制。（2）分散控制方式。該方式是指在各個變電站或發電廠中，自動調節有載調壓變壓器的分接頭位置或其他調壓設備，以控制某地區的電壓和無功功率在規定的范圍內。（3）關聯分散控制方式。關聯分散控制該方式是指電力系統正常運行時，由分散安裝在各廠、站的分散控制裝置或控制軟件進行自動調控，調控范圍和定值是從整個系統的安全、穩定和經濟運行出發，事先由電壓、無功優化程序計算好的，而在系統負荷變化圈套或緊急情況或系

26、統運行該方式發生大的變動時，可由調度中心直接操作控制，或由調度中心個性下屬變電站所應維持的母線電壓和無功功率的定值，以滿足系統運行該方式變化后新的要求。22 變電站10kV系統電壓無功綜合控制裝置簡介 23四、備用電源自動投入裝置 明備用。正常情況下有明顯斷開的備用電源或備用設備。 暗備用。正常情況下沒有明顯斷開的備用電源或備用設備。24 對備用電源自動投入裝置的基本要求1）只有當工作電源斷開后，備用電源才投入。防止備用電源投入到故障元件上，加重故障設備的破壞程度。2）APD只允許動作一次。永久性故障時的多次動作將會導致系統多次受到短路電流的沖擊。3）APD切除工作電源斷路器必須經延時。這是為

27、了躲過工作母線引出線故障造成的母線電壓下降25 PSP642微機型APD的硬件結構一般由CPU插件、電源插件、邏輯及跳閘插件、人機對話插件幾部分組成。 控制條件：允許條件和閉鎖條件。 當允許條件滿足，而閉鎖條件不滿足時，備自投動作出口。 就地：可實現就地分合斷路器操作，此時，遠方遙控斷路器的操作將被閉鎖 。 遠方 ：允許通過遙控該方式對斷路器進行操作，此狀態下就地操作均將被閉鎖。 26五、自動按頻率減負荷控制系統五、自動按頻率減負荷控制系統 當電力系統發生事故時，系統發送的有功功率可能小于系統所需要（負荷功率）的，頻率就會降低，這將會造成系統低頻運行。其危害是：1）影響汽輪機葉片，可能損傷或斷

28、裂。2）使火電廠廠用機械出力減少，會造成系統頻率崩潰。3）引起發電機轉速下降，嚴重時會造成系統電壓崩潰。4）影響測量儀表的準確性和用戶的產品質量。27自動按頻率減負荷（AFL）：當電力系統頻率降低時，能根據系統頻率下降的不同程度自動有次序、有計劃地切除相應的負荷，以阻止系統頻率降低，并使系統頻率迅速恢復到給定值?；疽螅?）AFL動作后，系統頻率應回升到恢復頻率范圍內。2）使AFL充分發揮作用，應有足夠負荷接于AFL上。3）AFL應根據系統頻率的下降程度切除負荷。分級切除、逐步逼近4）AFL各級動作頻率確定應符合系統要求，應防止超調和懸停現象。5）AFL應設置附加級，使系統頻率從穩定的但略低

29、于恢復頻率值回升到正常值。附加級動作時系統頻率已處于穩定，所以附加級一般需延時較長。組成：頻率測量元件f，延時元件t和執行元件 282930六、故障錄波裝置六、故障錄波裝置 常年投入運行，監視電力系統運行狀態的自動記錄裝置，記錄電力系統故障及繼電保護和安全自動裝置在事故過程中的動作情況，迅速判斷線路故障的位置。 發展：機械式故障錄波裝置 、光線式故障錄波裝置 、微機故障錄波裝置 作用：當電力系統發生故障和振蕩時，自動記錄下故障類型、故障發生時間、電流電壓變化過程及繼電保護和自動裝置的動作情況，計算出短路點到裝置安裝處的距離等，并且可以通過打印機打印事故報告，通過傳真或電力通信系統將報告傳送到調

30、度所。 313.3變電站綜合自動化的數據通信系統變電站綜合自動化的數據通信系統(1)綜合自動化系統的站內信息傳輸 主要解決自動化系統內部各子系統與上位機（監控主機）間的數據通信和信息交換問題。(2)自動化系統與上級調度通信 綜合自動化系統必須兼有RTU的全部功能，應該能夠將所采集的模擬量和開關狀態信息，以及事件順序記錄等遠傳至調度端；同時應該能接收調度端下達的各種操作、控制、修改定值等命令。即完成新型RTU等全部四遙功能。 通信規約必須符合部頒的規定。目前最常用的有IEC60870 101/103/104和CDT等規約。32國際電工委員會（IEC）TC 57技術委員會（電力系統控制和通術委員會

31、）在制定IEC 61850（變電站通信網絡和系統）標準時，把變電站自動化系統的功能在邏輯上分配在3個層次（變電站層、間隔層或單元層、過程層），這3個層次分別通過邏輯接口19建立通信，如圖3.1所示。33功能A功能B遠方控制（NCC）7技術服務變電站層保護控制保護控制329832過程接口1,61,64,5過程接口4,5間隔/單元層遠方保護過程層遠方保護高壓設備34（1 1）過程層（）過程層（Processlevel）功能功能 過程層的功能實際上是與變電站一次設備斷路器、隔離開關和電流互感器TA、電壓互感器TV接口的功能。（2 2）間隔層（）間隔層（Baylevel）功能功能 變電站自動化系統在間

32、隔層的設備主要有各種微機保護裝置、自動控制裝置、數據采集裝置和RTU等等。 (3(3）變電站層（）變電站層（Stationlevel） 變電站的功能有2類：與過程有關的站層功能： 與接口有關的站層功能：35變電站內的信息傳輸變電站內的信息傳輸 在具有變電站層在具有變電站層間隔層（單元層）間隔層（單元層）過程層（設過程層（設備層）的分層分布式自動化系統中，需傳輸的信息有以備層）的分層分布式自動化系統中，需傳輸的信息有以下幾部分下幾部分:1過程層與間隔層的信息交換過程層與間隔層的信息交換過程層提供的信息主要有兩種：過程層提供的信息主要有兩種： 模擬量模擬量 狀態信息，主要為斷路器或間隔刀閘的輔助觸

33、點。狀態信息，主要為斷路器或間隔刀閘的輔助觸點。2間隔層內設備間的通信間隔層內設備間的通信間隔層設備間內部通信，主要解決兩個問題：間隔層設備間內部通信，主要解決兩個問題： 數據共享數據共享互相閉鎖互相閉鎖363間隔層與變電站層的通信間隔層與變電站層的通信間隔層和變電站層的通信內容很豐富，概括起來有以下間隔層和變電站層的通信內容很豐富，概括起來有以下4類：類： 測量信息測量信息 狀態信息狀態信息 操作信息操作信息 參數信息參數信息4 變電站層的內部通信變電站層的內部通信變電站層不同設備間的通信，根據各設備任務和功能變電站層不同設備間的通信，根據各設備任務和功能的特點，傳輸所需的測量信息、狀態信息

34、和操作信息等的特點，傳輸所需的測量信息、狀態信息和操作信息等。37變電站自動化系統通信網絡的要求變電站自動化系統通信網絡的要求 快速的實時響應能力快速的實時響應能力 高的可靠性高的可靠性 優良的電磁兼容性能優良的電磁兼容性能 分層式結構分層式結構38串行通信接口串行通信接口EIA-RS-232C和和EIA-RS-422/485 1. EIA-RS-232C接口標準接口標準EIA-RS-232接口標準是早期串行通信接口標準。是美國電子工接口標準是早期串行通信接口標準。是美國電子工業協會（業協會（EIA）于）于1973年制定的數據傳輸標準接口。因接口簡單年制定的數據傳輸標準接口。因接口簡單，因此也

35、廣泛應用于變電站綜合自動化系統內部的通信，但其主，因此也廣泛應用于變電站綜合自動化系統內部的通信，但其主要缺點是易受干擾，故傳輸距離短，速率低，最大傳輸距離為要缺點是易受干擾，故傳輸距離短，速率低，最大傳輸距離為15米。而在距離米。而在距離15米時，最大傳輸速率為米時，最大傳輸速率為20Kbps。2. EIA-RS 422/485 接口標準接口標準RS422對對RS323C的電路進行改進，采用了平衡差的電路進行改進，采用了平衡差分的電氣接口，分的電氣接口，RS422加強了抗干擾能力，使傳輸速率和距離比加強了抗干擾能力，使傳輸速率和距離比RS232有很大的提高。由有很大的提高。由RS422標準變

36、形為標準變形為RS485。RS422用用4根傳輸線，工作于全雙工，根傳輸線，工作于全雙工，RS485只有兩根傳輸線，工作于半雙只有兩根傳輸線，工作于半雙工，它們的傳輸距離可到工，它們的傳輸距離可到1200M，傳輸速度，傳輸速度100K。 39表 幾種常用的串行通信標準接口的主要性能RS232CRS-422RS-485操作方式操作方式單端單端差分差分差分差分最大電纜距離最大電纜距離15m1200m1200m最大傳輸速最大傳輸速率率(bps)12m20K(15m)10M10M120m-1M1M1200m-100K100K40RS422/485的優點：的優點： 接口簡單，僅需一根信號電纜（雙絞線、同

37、軸電纜接口簡單，僅需一根信號電纜（雙絞線、同軸電纜），便可實現多節點互聯。），便可實現多節點互聯。 可采用標準傳輸規約，例如：可采用標準傳輸規約，例如：IEC60870-5-103協議協議（我國行標為（我國行標為DL/T 667-1999）由于以上優點，間隔層設備間的通信以前由于以上優點，間隔層設備間的通信以前常采用常采用RS-232或或RS-485串行接口。串行接口。RS422/485缺點：缺點： 能連接的通信點數能連接的通信點數32個。個。 通信多為查詢方式通信多為查詢方式41現場總線通信網絡現場總線通信網絡 1現場總線定義現場總線定義根據國際電工委員會根據國際電工委員會IEC（Inter

38、national Electro-technical Commission）標準和現場總線基金會標準和現場總線基金會FF（Fieldbus Foundation）的定義：現場總線是連接智能的定義：現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。構的通信網絡。以現場總線構成的控制系統，結構上是分散的。從而徹以現場總線構成的控制系統，結構上是分散的。從而徹底改變了傳統的控制系統的體系結構，提高了控制系統底改變了傳統的控制系統的體系結構，提高了控制系統的安全、可靠和經濟性能。的安全、可靠和經濟性能。422現場總線的優點：

39、現場總線的優點：現場總線按現場總線按ISO的的OSI標準提供了網絡服務，可靠性高標準提供了網絡服務，可靠性高，穩定性好，抗干擾能力強，通信速率快，造價低，維，穩定性好，抗干擾能力強，通信速率快，造價低，維護成本低。護成本低。具體有以下幾方面特點：具體有以下幾方面特點：(1) 現場設備互連網絡化現場設備互連網絡化(2) 信號傳輸數字化信號傳輸數字化(3) 系統和功能分散化系統和功能分散化(4) 現場總線設備有互操作性現場總線設備有互操作性(5) 現場總線的通信網絡為開放式互連網絡現場總線的通信網絡為開放式互連網絡433 現場總線技術與計算機局域網技術的聯系與區別：現場總線技術與計算機局域網技術的

40、聯系與區別：計算機局域網屬數據網，現場總線屬控制網。兩者的區計算機局域網屬數據網，現場總線屬控制網。兩者的區別如下：別如下：(1) 數據特性不一樣數據特性不一樣數據網使用大數據報文，且數據并不是頻繁地發送、通數據網使用大數據報文，且數據并不是頻繁地發送、通信速率一般較高，控制網卻相反，必須頻繁傳送少批量信速率一般較高，控制網卻相反，必須頻繁傳送少批量數據。數據。(2) 介質訪問介質訪問(MAC)協議不一樣協議不一樣(3) 數據鏈路服務不一樣數據鏈路服務不一樣(4) 應用層服務不一樣應用層服務不一樣 444 幾種常用的現場總線幾種常用的現場總線(1) LONWorks 現場總線現場總線它的核心部

41、件是它的核心部件是Neuron神經元通信處理芯片，收發器神經元通信處理芯片，收發器模塊和模塊和LONtalk通信協議。通信協議。LONWorks的節點相互獨立，從硬件結構上保證當任何的節點相互獨立，從硬件結構上保證當任何一節點出現故障，不會影響整個網絡的工作。一節點出現故障，不會影響整個網絡的工作。LONWorks的技術特點：的技術特點： 高可靠性高可靠性 支持多種傳輸介質支持多種傳輸介質 響應時間塊響應時間塊 安全性好安全性好 互換性互換性45 (2) CAN現場總線現場總線CAN（Controller Area Network）控制局域網是一種控制局域網是一種具有很高可靠性、支持分布式控制

42、。具有很高可靠性、支持分布式控制。 CANbus的技術特點是：的技術特點是： 技術多主結構。技術多主結構。 可以與各種微處理機連接。可以與各種微處理機連接。 提供優先級控制、實時性強。提供優先級控制、實時性強。 具有很強的錯誤識別和處理能力。具有很強的錯誤識別和處理能力。 支持點對點發送和播發送功能。支持點對點發送和播發送功能。CAN主要用于小型、實時性要求比較高的過程控制系統。主要用于小型、實時性要求比較高的過程控制系統。LONWorks主要適用于大型的、對響應時間要求不太高的主要適用于大型的、對響應時間要求不太高的分布式控制系統。分布式控制系統。463以太網（以太網（Ethernet）以太

43、網（以太網（Ethernet）的名稱是由加利福尼亞的名稱是由加利福尼亞Xenx公司的公司的PARC研究中心的研究中心的Bob Metcalfe于于1973年年5月首次提出的。月首次提出的。以太網是當今使用最廣泛的局域網，在所有的網絡連接中，以太網是當今使用最廣泛的局域網，在所有的網絡連接中，80%都是基于以太網的。都是基于以太網的。 以太網的優越性以太網的優越性(1) 傳輸速度快，可擴展性好傳輸速度快，可擴展性好 以太網的傳輸速度有以太網的傳輸速度有10Mbps系統、系統、 100Mbps系統和系統和1000Mbps系統。系統。(2) 可靠性高可靠性高(3) 成本低成本低(4) 網絡管理網絡管

44、理由于以上原因，以太網應用于變電站自動化系統已成為發展的由于以上原因，以太網應用于變電站自動化系統已成為發展的趨勢。趨勢。47介質訪問控制協議介質訪問控制協議 多播地址和廣播地址多播地址和廣播地址 CSMA/CD協議協議 沖突沖突如果不止一個站點同時在以太網信道上傳輸數據，信號如果不止一個站點同時在以太網信道上傳輸數據，信號就會發生沖突。但沖突會很快地被解決。例如，在一個就會發生沖突。但沖突會很快地被解決。例如，在一個典型的典型的10Mbps以太網上，以太網上，CSMA/CD協議的設計保證協議的設計保證了大部分沖突都可在微秒即百萬分之一秒內被解決。了大部分沖突都可在微秒即百萬分之一秒內被解決。 由于這種技術特點，當帶寬占用率低于由于這種技術特點，當帶寬占用率低于37%時，可以基時，可以基本避免沖撞，充分滿足實時要求。本避免沖撞，充分滿足實時要求。48IEC 60870-5 系列國際標準系列國際標準 序號序號 IEC配套標準配套標準 我國對應電力我國對應電力行業標準行業標準 名稱和作用名稱和作用 應用場合應用場合 1IEC 60870-5-101 DL/T 634-1997 基本遠動任務配套標準基本遠動任務配套標準 變電站和調度中心變電站和調度中心間間 2IEC 60870-5-102 DL/T 719-2000 電能累計量傳輸配套標電能累計量傳輸配套標準準