图1 变电站综合自动化系统示意图
3.2 CAN在变电站综合自动化中的应用
CAN总线的传输帧很短,有效数据最多只有8个字节,在变电站自动化系统中,用于传输遥信量足够,若传输故障录波或遥测数据,必须使用多帧传输,效率较低。CAN总线在变电站综合自动化系统中已有应用,并且有很多芯片都内嵌有CAN控制器(例如芯片SJA1000),可实现点对点的信息交换,不影响其它节点的信息交换,从而摆脱了以往的主从式结构,成为多主结构通信方式。图1所述的系统结构适合于基于CAN总线变电站综合自动化系统。由于CAN总线可挂接的设备数目较少,为保证一定的冗余度和可靠性,将CAN网划分为2个子网,即采用双CAN总线方式,在间隔层的各单元通过双CAN总线与变电站层连接。如图2所示,CANBUS2A用于传递监控信息,包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、电度量
等遥测信息;CANBUS2B用于传递保护信息,如故障录波、保护和自动装置定值、保护动作信息等。当CANBUS2A工作不正常时,可由CANBUS2B接替完成数据传递任务,并暂时停止传送故障录波信号;同样,当CANBUS2B故障时也可由CAN-BUS2A完成其工作(但不包括故障录波),所有的现场信息数据通过CAN总线并经由以太网传递到监控计算机储存、管理,从而保证信息传递的实时性、快速性、灵活性、适应性和可靠性。
图2 系统结构图
4 FJNT2000变电站综合自动化系统
图3是一所新建220kV变电站综合自动化系统配置图,是典型的FCS- DCS结构形式。该系统采用南京南瑞集团公司提供的FJNT2000系统。
FJNT2000系统的网络结构为以太网+LONWORKS总线+ CAN总线+串口组成。HUB为以太网集线器,接入两台监控主
机(冗余设计)、一台五防工作站和两台通信控制单元(冗余设计)。所有保护设备组成保护网,通过RCS- 997B保护管理机接入通信控制单元,10kV保护通过CAN总线接入RCS- 997B保护管理机。分散式测控单元通过LON-WORKS总线接入通信控制单元。母线保护装置、绝缘在线监测装置、直流系统监测装置通过LONWORKS总线与通信单元连接。该变电站实现了测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化。以下按间隔层、通信层和变电站层具体分析。 4.1 间隔层
间隔层在横向按电气间隔分布式地配置监控保护单元,对相关一次设备进行保护、测量和控制。10 kV电气间隔层的监控保护单元为集测、控、保护、通信四合一装置,10kV系统采用分散式结构,BJ- F3A分散式测控单元装于10kV开关室各开关柜内,分别用于所用变压器及各电容器组。220kV、110kV保护装置和变压器保护装置采用集中组屏方式。各间隔层的设备相对独立,仅通过站内通信网互联。任一设备故障时只影响局部,消除了设备之间复杂的二次电缆连线。 FJNT2000变电站综合自动化系统间隔层由测控装置、公用设备信息采集装置(采集母线电压、直流母线电压、保护装置异常和测控装置异常信号等公用信息)、保护管理机、微机五防系统、直流系统构成,选用LonWorks现场总线构成测控主干网络。
4.2 通信层
通信层选用两台通信控制机,实现冗余热备用功能。一方面通过屏蔽双绞线与间隔层通信,收集、分析由间隔层采集的各种信息和事件报文,实现信息共享和系统可靠运行,通过HUB以太网集线器,接入两台当地监控主机(冗余设计)、一台五防工作站。并通过通信接口RS422或RS485送到远方控制中心;另一方面,通过间隔层完成当地监控工作站和远方控制中心下达的运行、监视和控制任务。所有保护设备组成保护网,通过RCS- 997B保护管理机接入通信控制单元.通信控制机与测控单元、公用设备信息采集装置、母线保护装置、绝缘在线监测装置、电量监测度量、直流系统监测装置间通过LonWorks现场总线连接。 4.3 变电站层
变电站层采用两台操监控工作站(硬件配置和软件安装完全相同,互为热备用)和一台五防工作站,分别挂接在以太网上,实现对系统的监控、防误操作、通信等功能。
5 变电站综合自动化系统中现场总线应用的发展趋势 变电站综合自动化系统中现场总线应用的发展趋势主要有以下几方面：
5.1 不断应用国外的先进技术，进一步向高性能、高可靠性方向发展。
5.2 多种现场总线并存发展，系统集成技术进一步融合。由于各种现场总线协议互不兼容，不同现场总线设备不能直接进行信息互访和交换，这将促进电力自动化系统中多种现场总线系统集成技术的发展。这种集成技术包括 3 个方面，即调度主站与变电站自动化系统的集成、变电站自动化系统各种现场总线之间的集成以及变电站自动化系统现场总线与站内相关子系统之间的集成。
5.3 高速以太网将得到更广泛的应用。现场总线的不足让我们认识到变电站自动化系统的通信需要宽带通用和符合国际标准的网络技术。目前以太网已广泛应用于变电站自动化系统站控层，并有向下延伸直接应用于间隔层的趋势。我国已开发拥有自主知识产权的高速以太网的现场总线控制设备，使高速以太网广泛应用于工业自动化仪表与控制系统成为可能。现在调度主站通过光纤通信已实现了与变电站自动化系统数据通信的高速连接。
5.4 IEC61850 将促进国内变电站自动化技术的变革。IEC61850为不同厂商的设备提供互操作性，这使得 IEC61850 将成为国内变电站自动化技术的发展的重要内容，新的 IEC61850 系列标准也将随着国内变电站自动化技术的发展逐步得到批准实施。 6 结束语
变电站在实现无人值班后，站内综合自动化系统的安全
可靠运行直接影响变电站的安全运行。将现场总线技术应用于变电站的自动化系统中，完全可以满足变电站现场快速、高效的数据通信要求，使系统更可靠、更开放，成本更低，大大地提高变电站自动化系统的
整体水平。现场总线系统基于通信规约完全开放的底层控制网络技术,是新型的自动化系统。现场总线技术是促进变电站综合自动化发展的关键技术。应用现场总线技术,实现变电站综合自动化产品的“四统一”,即统一设计思想、统一设计模式、统一功能要求、统一通信规约是变电站综合自动化未来的主导趋势。