变电站自动化系统的优化选择

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  根据无人职守变电站对系统自动化的要求,必须选择合适的变电站自动化系统,选择自动化系统的依据是:
  
  1.技术要求
  
  1.1 采用两种不同性质的网络组成的双网冗余系统,相互取长补短,获得最佳整体性能 采用特有的FDK-BUS网络,它克服了目前流行的现场总线网络无法同时满足时钟同步精度和突发时间响应速度等电力系统的特殊要求,具有时钟同步精度高(可达到微秒级),数据传输效率高(采用HDLC位同步传输机制)等优点。CAN是近几年在电力系统应用较多的网络,它具有支持多主机方式及按优先级非破坏性总线仲裁功能,特别适合突发事件的快速传递。
  1.2 采用嵌入式实时多任务操作系统PSOS,是软件系统的可靠性及实时性大为提高 与WINDOWS9X系列等面向屏幕的操作系统不同,PSOS是专门为要求高可靠性及强实时性的嵌入式工业控制系统而开发的实时多任务操作系统,它的内核经过了美国FAA及FDA认证,并已在波音飞机上应用,其可靠性是完全可以信赖的。所有软件均建立在PSOS操作系统平台上。它充分利用了PSOS的实时多任务调度机制,使各种功能充分协调地完成。
  1.3 采用标准的高性能的微处理器,保证系统的处理能力及可升级性 主处理器应采用符合国际标准的PC104标准CPU模板。PC104是专门为PC的嵌入式应用而制定的国际标准(ISO-1966.1),并且按军标生产,其可靠性非常高(MTBF可大于20年)。因为符合国际标准,以后升级非常方便。
  1.4 具有良好的抗电磁干扰能力 在设计中始终把提高电磁兼容性放在第一位,全面采用最新电磁兼容设计技术及工艺,广泛应用多种新型抗电磁干扰元器件,使得系统整体的电磁兼容能力达到了较高的水平,全面符合电磁兼容国际标准IEC61000-4中规定的最严酷等级(IV级)的要求,部分指标应超过IV级标准。要求各种模块均能安装在现场的高压开关柜中使用。
  1.5 采用先进的加工工艺,进一步保证产品的可靠性 所有模块均采用表面贴片加工及多层印制板工艺,保证产品长期工作的可靠性。合理的模块内部结构,使得现场维护极为方便。具有良好电气屏蔽性能的机壳,保证内部电路不受外界强电磁干扰。
  1.6 功能齐全的系列模块,进一步保证产品的可靠性 系统能够完成常规远动的四遥功能,还具备同期控制、自动电压无功控制、电源备用自投特殊功能,既可以与微机保护系统组成变电站综合自动化系统,也可以与进口SEL公司、SIEMEN公司的保护系列连接,组成变电站综合自动化系统。
  
  2.网络特性
  
  2.1 网络传输的优点 数据传输的效率高;系统自带GPS卫星插件或通过网络的高速传输,时钟精度可达到微秒;由于各功能模块的分散安装,将使工程投资进一步降低,相应传输距离的要求也较高,只有网络传输才能满足要求。
  2.2 FDK-BUS网及CAN网的特点 RTU中网上传输的数据有两大类,日常数据和紧急数据。因此,RTU中的现场总线网应具有高的数据传输效率和快的反应、传输速度。显然,任何一种现场总线都能满足数据传输效率的要求,而只有主动上传功能的现场总线才有快速的反应速度。
  2.2.1 FDK-BUS现场总线网的特点 采用HDLC协议芯片来构成现场总线,经济而且复杂程度低,可靠性高。与各种CPU均具有良好的接口界面。既是标准的网络链路层协议,又保留了良好的可扩充性。数据传输效率为187.5kbps,采用同步通信方式,保障了数据传输的实时性。
  2.2.2 CAN网的特点 CAN为多主工作方式,网络上的任一节点均可在任意时刻上主动向网络上的其他节点发送信息,而不分主从,通信方式灵活。利用这一特点可方便到构成多机备份系统。
  CAN网络打夯的节点信息分成不同的优先级,可满足不同的实时要求。
  2.3双数据通信的优点
  2.3.1 实时系统的可靠性 随着变电站无人值班或少人值班的要求提高,系统的可靠性日益突出,各功能模块间的可靠通讯也越来越突出,双网保证了系统至少有一条处于正常状态。
  2.3.2 抗电磁干扰的要求
  2.3.3 突发事件的快速传递 双网构成的分流冗余体系保证了正常工作时,一条网络(FDK-BUS)用来对钟,并传输常规数据等,一条网络(CAN网)用来传输变位遥信及遥控等突发信息,使系统以最佳功能运行,实现突发事件的快速传递。
  
  3.系统特点
  
  3.1 切换方面的特点 随着电力系统自动化控制程度的提高,安全、可靠、及时地获取系统设备的运行状态以及控制命令上行下达通道的通畅成为技术的关键,RTU采用互补或灵活的备用方式的应用越来越多,尤其一些比较重要的变电站。系统切换技术的使用主要体现在以下3个方面:
  3.1.1 双主处理器的切换 作为RTU的心脏,采用双主处理器热备用的方式,进一步提高了系统的可用率。
  3.1.2 双配置串口的切换 对与主站或后台等通讯口的正常判断及切换,实现了系统本身的双通道数据传输。
  3.2 高的对钟精度 网络对钟:使用网络的高速传输,提高了对钟的精度;GPS卫星对钟:直接采用卫星钟的时间,可使时钟精度达到微秒级。
  3.3 参数的统一 所有参数的保存巨采用FLASRAM技术,参数的改变无需专用设备,同时每个模块拥有一个比较复杂的参数设置表,正是这种参数的复杂性带来了模块功能的多样性和灵活性,另外,各模块及主处理器均可存储,以主处理器为主,当检测到各模块参数中参数不一致时,主处理器主动下载,保证了参数的统一。
  3.4 安装维护的便捷性 系统化的设计方便安装和维护。通过笔记本维护电脑可方便对系统进行程序下载和数据的读取以及参数的设置,无须现场擦写芯片,即可灵活地设置各种参数和工作模式。
  3.5 抗干扰等级进一步提高
  3.5.1 静电放电抗干扰性试验及测试点(IEC1000-4-2) 按严酷程度4级试验,及对通电运行中的设备所有人手能接触到的部位进行静电放电试验,对人手能接触到的金属裸露部位试验电压为8KV,采用接触放电方式。对不能接触的部位,试验电压为15KV,采用空气放电方式。
  3.5.2 快速瞬变脉冲群抗扰试验(IEC1000-4-4) 信号施加于受试设备的所有输入输出端子,对电源输入端,施加电压峰值4KV、重复率2.5KHZ。对其它端子,施加电压峰值2KV,重复率5KHZ。
  3.5.3 冲击抗扰性试验(IEC1000-4-5) 信号施加于受试设备的所有输入输出端子,施加试验电压4.0KV,波形1.2/50US电压冲击(开路条件下)和8/20US电流冲击(短路情况,如有并联保护)。对交流采样输入端为5KV。
  3.5.4 工频磁场抗扰性试验(IEC1000-4-8) 整台设备置于磁场,有两种试验:稳定磁场试验及短时磁场试验,稳定磁场试验磁场强度为100A/M,1秒至3秒短时试验的磁场强度为400A/M。3个轴线分别施加。
  3.5.5 高频抗扰性试验(IEC1000-4-11)
  IMHZ阻尼震荡波,共模2500V,差模1250V 。
  3.5.6 绝缘电阻 电源输入对机壳之间,交流输入、遥信输入、遥控输入与机壳之间及个隔离回路之间的用500V兆欧表测量,绝缘电阻不低于1兆欧。
  3.5.7 绝缘强度
  电源输入与机壳之间2500V1分钟
  交流遥测回路之间 2500V1分钟
  遥信回路绝缘强度 500V 1分钟
  继电器线圈和接点之间 500V 1分钟
  3.6 良好的可扩充性 主处理器有一系列的扩展模板,如以太网卡等,可接单、双以太网与其他设备按TCP/IP协议通信。彻底改变了“主站+RTU”构成当地监控系统。减少中间环节,大大提高了实时性。主处理器基本配置有10个串行口,支持同步、异步通讯,接口可为RS232/RS422/RS485/IRDA等,可与多种智能设备连接。
  
  参考文献
  [1]王立舒主编,《农村发电厂变电所电气一次设计手册》,哈尔滨:东北农业大学出版社,1998:全书
  [2]唐海主编,《建筑电气设计与施工》,北京:中国建筑工业出版社,2002:301-302页,312-315页
  [3]水利电力部西北电力设计院,水利电力部分东北电力设计院编,《电力工程设计手册》,上海:上海科学技术出版社,1981:35KV变电站部分
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