变 电 所 监 控 及 其 网 络 系 统 的 设 计
1.3 变电站综合自动化技术的特点【1】【3】【4】
变电站综合自动化是一个广泛采用微机保护和微机远动技术，并对变电所的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号分别进行采集，经过功能的重新组合，并按照预定的程序和要求对变电所实现自动化监视、测量、控制的集合体和全过程。变电站综合自动化是将变电站的二次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对整个变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化系统，即利用单台或多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。因此，变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术、通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可以方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。
变电站综合自动化技术最明显的特点表现在以下几个方面： 1. 功能综合化； 2. 结构微机化； 3. 操作监视屏幕化； 4. 运行管理智能化。 1.4 变电站综合自动化技术的优越性
1. 提高供电质量的同时提高了电压合格率； 2. 提高了变电站的安全、可靠运行水平； 3. 提高了电力系统的运行及管理水平；
4. 缩小了变电站占地面积，降低造价，减少了总投资；
5. 减少了维护工作量，减少了值班人员的劳动量，实现了减人增效的目的，提高了劳动生产率，同时也减少了人为误操作的可能。 1.5 本系统的特点
该系统采用模块化、分层分布式开放系统。本着分散控制、集中监视的原则，按间隔划分、单元化设计、分布式处理，实现设备分层和网络分层的解决方案，整个系统分为三层：站级控制层、通讯层、现场保护测控层。本系统的站级控制层用一台上位机作为主机，上位机系统软件采用Visual Basic编程，利用VB中的MSCOMM通信控件及VB自带的其他
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控件给用户提供美观﹑实时﹑直观﹑友好的人机界面，而且可以实现与强大的数据库连接对变电所设备的状态进行管理﹑监控﹑数据记录和报表输出等。上位机留有以太网接口，系统可通过该接口与其他各工作站主机交换信息。同时，该系统站级控制层还可以利用公用电话网接入广域网构成多主机构成的广域网系统以实现远程诊断和远程维护。每台下位机都带有红外遥控键盘和4行点阵液晶显示器，在现场就可以通过遥控键盘和显示器对参数进行整定。由于本系统要实现较远距离的通信，并且要在变电站形成底层网络以完成现场自动化设备之间及底层现场设备与上位机等外界的信息交换，所以通信总线采用RS-485总线。
1.6 本课题主要研究内容
课题所设计的变电站监控及其网络系统的内容主要包括以下三个方面：
1. 开发了SQL Server 7.0数据库，通过该数据库及VB中一些必要的数据控件如ADO、MSHFlexGrid等使数据的存储量更大，速度更快，系统的运行也更加稳定。能够实现数据每隔15分钟进库保存。当系统出现报警时，故障信息也能存进数据库以利于检修人员迅速查找故障原因并尽快排除故障。使用了通信控件MSComm，通过对该控件属性的设置及对相应应用程序的编程，实现了上位PC机与智能终端之间的通信。再使用其它一些普通控件，如标签、文本框、图像框、命令按钮、记时器、图片框、形状等来美化界面，实现了更加强大的软件功能。
2. 智能终端的显示，由原来的两行点阵液晶显示升级为四行点阵液晶显示。 3. 通信网络的设计更加健全，可扩展性更好，可与多种智能终端进行通信。
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2系统简介
2.1 变电所系统配置及主要受监控单元【1】【5】 2.1.1 变电所系统配置
在叙及系统设计之前，我们先来了解一下本系统受监控的变电所内部的结构，如图2-1所示：
对于一般变电所，需要进行监测的量以及需要保护的地方有很多，而对变电所里各个开关柜中各量的监测及对输出线路的保护也会因为该线路所带负载的不同而不同。如下图所示：对进线、出线要进行保护，同时要对各个带有不同负载线路上的模拟量如电压、电流、功率、功率因数、频率进行监测，对开关量如开关位置、手车位置、弹簧储能状态等进行控制。
图2-1 变电所系统配置图
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2.1.2 系统一次主方案
本文设计的主要目的是对带感性负载的线路及其设备进行监测、监控和保护。因此，本设计就以出线所带负载为感性负载作为前提，对该线路的各个单元进行监测、监控及保护。系统一次主方案如图2-2所示：
图2-2 系统一次主方案图
从以上方案可以看出，监测电量分别取自电压互感器PT、电流互感器CT，在本系统中电流互感器用三组CT1、CT2、CT3，各互感器二次侧电量经整流及分压装置后被整定成为单片机可以采集的量，供单片机采集及处理。电流互感器CT1作为测量三相电流用，因此它的精度要求较高，电流互感器CT2作为保护用，精度要求较CT1低。CT3为零序电流互感器，主要用于检测线路的三相不平衡电流，也作为保护用。电压互感器PT采用内部为三线五柱式的结构形式，既可以对三相电压进行监测又可以监测三相电压是否平衡。 2.2 系统结构综述
系统采用模块化、分层分布式开放系统。本着分散监测监控、集中监视的原则，按间隔划分、单元化设计、分布式处理，实现设备分层和网络分层的解决方案。一般系统结构的典型配置方案如图2-3所示：
图2-3 系统结构典型配置方案
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这样一个监控系统包括三个层次：最上层为数据处理和显示层，也就是上位机；中间为负责通信的通信网络层；最底层是分布式的智能监控单元，即通常所说的下位机或智能终端。
下位机指硬件层上的设备，即各种数据采集设备和各种智能控制设备等。下位机与变电站中各种电器设备相结合，感知电器设备各种参数和状态，并将这些数据转换成数字信号，通过数字通信网络传递到上位机系统或经过简单处理后就地显示在终端四行液晶显示器上，也可以向设备发送控制信号。每个下位机也叫一个单元，它还具有继电保护功能，能对采集到的设备状态进行分析，当发现满足一定条件时自动向设备发送控制信号，例如发现电流过高时向断路器发送跳闸信号，就可以在发生事故之前切断电源，从而实现对电器设备的保护。出于这种保护功能对实时性的要求极高，通过上位机完成难以达到实时性要求，因此一般都是由下位机来实现。
上位机负责对数据的显示、处理、保存以及给工程师和操作人员提供友好的人机界面，以适当的形式将采集到的数据信息显示给用户，以达到监视的目的。同时接受操作人员的指示，将控制信号发送到下位机以达到控制的目的。
通讯层是下位机与上位机之间的桥梁。上位机与下位机之间需要交换数据来实现监控功能。系统采用串行通信，物理层协议多种多样，有的采用RS-232协议，有的采用RS-422或RS-485协议，本系统采用了RS-485协议。因为在这种协议下信息传输距离较远，而且可以将多个下位机的通信线并接构成总线结构,但PC机串行通信口只支持RS-232协议，因此系统需要将RS-232的串行通信方式通过转换设备转换成RS-485信号。本系统采用的转换设备为MWE485-C转换器，同时下位单片机也要使用一种转换芯片连接到RS-485总线上，本系统采用Max 485芯片。由于受实验条件的限制,我们所设计的系统采用单主机运行方式,其系统结构如图2-4所示:
图2-4 单主机运行监控网络图
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