一、變電站綜合自動(dòng)化的歷史及現(xiàn)狀

上世紀(jì)八十年代初，中國(guó)電網(wǎng)的自動(dòng)化監(jiān)控還剛剛開(kāi)始。自那以后，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備和系統(tǒng)構(gòu)成模式，大體經(jīng)歷了如下三個(gè)階段：

1. RTU + 當(dāng)?shù)匮矙z + 保護(hù)裝置;

2. 測(cè)控單元 + 當(dāng)?shù)睾笈_(tái) + 遠(yuǎn)程主站;

3. 保護(hù)遠(yuǎn)動(dòng)一體化 + 遠(yuǎn)程主站。

在上面的第三種模式的早期，因?yàn)榇笮偷?10kV和220kV以上的變電站，還是有人值班的，所以還都配備當(dāng)?shù)睾笈_(tái)監(jiān)控機(jī)。后來(lái)逐步改造轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)人值班站后，當(dāng)?shù)睾笈_(tái)監(jiān)控機(jī)成為一個(gè)每月定期去人例行檢查時(shí)才開(kāi)機(jī)的擺設(shè)，已經(jīng)發(fā)揮不了多大作用，顯得不很重要，直至到近幾年，110KV 及以下等級(jí)變電站干脆不再配置當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺(tái)機(jī)，從而當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺(tái)機(jī)完全或部分退出歷史舞臺(tái)。

因?yàn)樵诒Ｗo(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)構(gòu)成的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)變電站中，設(shè)備組成已經(jīng)統(tǒng)一考慮，在專(zhuān)業(yè)人員分管和組織機(jī)構(gòu)方面，也發(fā)生了相應(yīng)的變動(dòng)，有不少單位保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)成為一個(gè)班組，從組織管理上逐步適應(yīng)了綜自系統(tǒng)的這一科技進(jìn)步。

二、技術(shù)進(jìn)步對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提出了新課題

在綜自系統(tǒng)設(shè)備一體化、組織機(jī)構(gòu)相應(yīng)變化之后，工程實(shí)施中的檢測(cè)和驗(yàn)收卻一直不能一體化，明顯地，它的技術(shù)支撐手段，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于系統(tǒng)設(shè)備本身的技術(shù)發(fā)展水平。

1、什么原因呢?首先，實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化以后，系統(tǒng)功能不但沒(méi)有減少，反而大大增強(qiáng)。功能要求和技術(shù)指標(biāo)都比以前有了很大的提高。由于需要專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)、檢驗(yàn)設(shè)備，這種功能和技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)和驗(yàn)證，都只能在設(shè)備制造廠(chǎng)家的試驗(yàn)室里完成。

2、當(dāng)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝完成并實(shí)施統(tǒng)調(diào)以后，建設(shè)單位不能以廠(chǎng)家單臺(tái)設(shè)備的例行測(cè)試數(shù)據(jù)作為驗(yàn)收依據(jù)，道理很簡(jiǎn)單：對(duì)一款菜式的合格標(biāo)準(zhǔn)不能以市場(chǎng)上采購(gòu)來(lái)的原料性能為判斷根據(jù)。綜合自動(dòng)化是作為一個(gè)完整系統(tǒng)向客戶(hù)提供規(guī)定功能和應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)的，它必須給出系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的技術(shù)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，才能通過(guò)項(xiàng)目驗(yàn)收。這給調(diào)度自動(dòng)化部門(mén)很大的壓力，原因是：他們的技術(shù)檢測(cè)手段沒(méi)能跟上綜自系統(tǒng)的發(fā)展。

3、目前進(jìn)行綜自系統(tǒng)檢驗(yàn)通常需要配置諸多儀器，例如，標(biāo)準(zhǔn)功率源、繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置、毫秒表等，有些指標(biāo)還沒(méi)有合適的儀器測(cè)試，工作起來(lái)十分不便，且造成儀器資源浪費(fèi)?，F(xiàn)在我們看一看在沒(méi)有綜合自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)之前，遠(yuǎn)動(dòng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員是怎樣完成系統(tǒng)的基本功能測(cè)試的：

⑴遙測(cè)精度：用一臺(tái)變送器檢驗(yàn)儀上及標(biāo)準(zhǔn)源，手動(dòng)輸入模擬的電壓、電流、相角等，取幾個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，逐點(diǎn)完成測(cè)量后，手動(dòng)繪制數(shù)據(jù)報(bào)表;

⑵遙測(cè)數(shù)據(jù)響應(yīng)速度：用上面的同一種源，用秒表來(lái)卡測(cè)控單元輸出的響應(yīng)速度(也有用時(shí)鐘來(lái)估個(gè)大概時(shí)間的);

⑶遙信可靠性：手動(dòng)輸入變位信息(一般是在遙信輸入端子上用短接的辦法)，做若干次后作統(tǒng)計(jì);

⑷遙信響應(yīng)速度：同上，用秒表來(lái)卡輸出延時(shí)時(shí)間;

⑸遙信風(fēng)暴：事實(shí)上沒(méi)法做;

⑹SOE分辨率：事實(shí)上沒(méi)法做，因?yàn)槭謩?dòng)無(wú)法控制毫秒級(jí)的時(shí)間差;

⑺遙控可靠性：同遙信;

⑻遙控響應(yīng)速度：同遙信;

⑼同期功能：只能在廠(chǎng)家的試驗(yàn)室做，把數(shù)據(jù)拿過(guò)來(lái)充作現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。因?yàn)檫h(yuǎn)動(dòng)班手頭的普通標(biāo)準(zhǔn)源無(wú)法操控穩(wěn)定的頻率和相位，否則就要化大價(jià)錢(qián)專(zhuān)門(mén)購(gòu)買(mǎi)這種儀器，但實(shí)際使用率又不高;

⑽直流可控源：要用另一臺(tái)直流可控電源;

⑾GPS校時(shí)：一般要另帶一套GPS到需要檢測(cè)時(shí)標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)。

還有其它等等多種功能，都無(wú)法在統(tǒng)一的測(cè)試平臺(tái)下來(lái)完成。在沒(méi)有綜合檢測(cè)系統(tǒng)之前，實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試比上述更糟。因?yàn)榭刂坪洼敵鐾辉谕坏攸c(diǎn)，解決的辦法是用對(duì)講機(jī)，盡管喊破嗓子，精度是絕對(duì)上不去的。所以許多定量性的指標(biāo)實(shí)際上只具有定性的意義。你只是看到它動(dòng)了，至于幾秒幾毫，對(duì)不起，天曉得，也只能是估個(gè)大概了。

4.問(wèn)題的癥結(jié)：從以上我們看到，根本原因是：對(duì)指標(biāo)的要求是數(shù)字化、程序化的，但測(cè)試的手段卻還是人工的、手動(dòng)的。這樣測(cè)試的數(shù)據(jù)，怎么可信?

三、概念設(shè)計(jì)要點(diǎn)

解決上述問(wèn)題的根本之策，是設(shè)計(jì)一套集多種功能于一體的程序化的數(shù)字化發(fā)令系統(tǒng)，用虛擬儀器的設(shè)計(jì)概念，以可編程的方式，自動(dòng)地完成各種功能的性能檢測(cè)。它的核心，就是將發(fā)令系統(tǒng)和輸出檢查，全面建立在計(jì)算機(jī)編程控制的平臺(tái)上，計(jì)算機(jī)能夠達(dá)到的分辨率，就是這個(gè)系統(tǒng)所能達(dá)到的最高分辨率。

下面逐一舉例說(shuō)明。

1. 遙測(cè)精度：程控源可以手動(dòng)、也可以編程控制輸出，以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)測(cè)量和全負(fù)荷區(qū)間的自動(dòng)測(cè)量。計(jì)量精度0.5級(jí)已能滿(mǎn)足要求，因?yàn)閿?shù)據(jù)目標(biāo)不是針對(duì)電能計(jì)費(fèi)，而是提供生產(chǎn)調(diào)度部門(mén)的電網(wǎng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、以及調(diào)度中心對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的要求;

2. 遙測(cè)響應(yīng)速度：使標(biāo)準(zhǔn)源的輸出數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)，經(jīng)測(cè)控單元輸出的數(shù)據(jù)也帶上時(shí)標(biāo)，那么同一數(shù)據(jù)的時(shí)間差就是設(shè)備的響應(yīng)速度;

3. 遙信可靠性及響應(yīng)速度：編程輸出指定次數(shù)的變位信息進(jìn)入測(cè)控單元，將測(cè)控單元的輸出返回到測(cè)試儀，比較輸出信息和返回信息的時(shí)間差，就可以得到響應(yīng)速度;對(duì)多個(gè)信息進(jìn)行響應(yīng)統(tǒng)計(jì)，就可以得到可靠性指標(biāo);

4. 站內(nèi)SOE：編程定延時(shí)連續(xù)發(fā)送多個(gè)變位信息到測(cè)控單元，令其輸出響應(yīng)信息返回測(cè)試儀，檢查每個(gè)變位信息的時(shí)標(biāo)，即可確定SOE分辨率;

5. 遙控可靠性及響應(yīng)速度：間隔發(fā)送多次遙控信息到測(cè)控單元，檢查其報(bào)告的動(dòng)作，統(tǒng)計(jì)多次操控的成功率，就是可靠性指標(biāo);檢查其發(fā)送和動(dòng)作時(shí)標(biāo)的差異，就是其響應(yīng)速度;

6. 同期功能：程控源必須具有對(duì)每相輸出的電壓、頻率、相位進(jìn)行多參數(shù)單獨(dú)調(diào)控的能力。比如，A相為系統(tǒng)側(cè)輸入，C相為待并側(cè)輸入，在A相參數(shù)不變的情況下，單獨(dú)改變C相的各個(gè)參數(shù)逐次逼近A相之值，從而驗(yàn)證同期設(shè)備的響應(yīng)性能;

7. 直流可控源：在規(guī)定區(qū)間內(nèi)電壓連續(xù)可控，用于測(cè)量電平翻轉(zhuǎn)閾值等等;

8. 熱電偶模擬檢測(cè)：儀器模擬熱電偶因溫度變化而產(chǎn)生的阻值變化，輸入到油溫變送器，觀察其輸出變化的性能來(lái)實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn);

9. GPS接入：儀器本身攜帶GPS天線(xiàn)，可在任何開(kāi)闊地帶接收三個(gè)以上的衛(wèi)星信號(hào)，用于同步儀器時(shí)鐘，這在站間SOE檢驗(yàn)中尤為重要;

10.秒脈沖輸出：儀器可輸出高精度的秒脈沖信號(hào);

11.遠(yuǎn)程控制：儀器可本地面板操作，也可以經(jīng)通訊線(xiàn)在一定距離外在終端上進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，使得當(dāng)設(shè)備的輸入和輸出不在同一地點(diǎn)時(shí)，理論上可實(shí)現(xiàn)一人完成測(cè)試，不必一定要他人配合。

在計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)高速發(fā)展的今天，以上功能應(yīng)該是不難實(shí)現(xiàn)的。精度指標(biāo)和響應(yīng)速度也能夠比早期遠(yuǎn)動(dòng)的水平有很大提高。在設(shè)備增加，人員減少的今天，只有依靠科技進(jìn)步，才能擺脫捉襟見(jiàn)肘的困境。

四、項(xiàng)目實(shí)施

1.儀器功能

根據(jù)綜自系統(tǒng)相關(guān)的檢驗(yàn)規(guī)程，所研制的綜自系統(tǒng)測(cè)試儀主要實(shí)現(xiàn)同期功能測(cè)試、遙測(cè)精度校驗(yàn)、系統(tǒng)性能指標(biāo)(如SOE分辨率、遙測(cè)響應(yīng)時(shí)間、遙信響應(yīng)時(shí)間等)測(cè)試等功能，且可實(shí)現(xiàn)遙測(cè)精度的自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試，并用Word平臺(tái)自動(dòng)生成報(bào)表，可支持部頒IEC870-5-103、 IEC870-5-104通訊規(guī)約，具有以太網(wǎng)、RS232、RS485、CAN總線(xiàn)等通訊接口，且可進(jìn)一步升級(jí)支持IEC 61850。此外，該測(cè)試儀還能提供可調(diào)直流電壓源，可用于測(cè)試遙信光耦動(dòng)作電壓。

2.儀器硬件結(jié)構(gòu)

該儀器主要由三大功能模塊組成，即程控功率源模塊、主控模塊和人機(jī)接口模塊，其中程控功率源模塊和主控模塊封裝在儀器主機(jī)箱內(nèi)。

功率源模塊接受從主控模塊的控制信號(hào)，提供3路獨(dú)立回路的交流電壓源、3路獨(dú)立回路的交流電流源以及與交流源隔離的直流電壓源，并且能對(duì)三相電壓和電流的幅值、相位和頻率的大小在一定的范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)節(jié)，輸出精度可達(dá)0.05級(jí)。

主控模塊是測(cè)試儀的控制核心模塊，它主要實(shí)現(xiàn)對(duì)人機(jī)接口模塊命令的接收和處理，該模塊還具備GPS授時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)與時(shí)間相關(guān)的測(cè)試功能。

人機(jī)接口通常采用便攜機(jī)，運(yùn)行相應(yīng)的人機(jī)接口軟件。

3.本設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能

⑴遙測(cè)測(cè)試：模擬現(xiàn)場(chǎng)的交流信號(hào)，測(cè)試測(cè)控裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)的測(cè)量精度是否合格。

⑵遙信測(cè)試：模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作事件，測(cè)試測(cè)控裝置是否能正確識(shí)別。

⑶遙控測(cè)試：模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作事件，接收測(cè)控裝置的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，測(cè)試測(cè)控裝置的遙控信號(hào)是否正確發(fā)出。

⑷同期測(cè)試：產(chǎn)生電壓激勵(lì)，測(cè)試測(cè)控裝置的同期功能是否合格。

⑸SOE站內(nèi)測(cè)試：模擬現(xiàn)場(chǎng)的兩個(gè)動(dòng)作事件，測(cè)試測(cè)控裝置是否能正確識(shí)別同一變電站內(nèi)的兩個(gè)事件。

⑹SOE站間測(cè)試：模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作事件，測(cè)試綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的上一級(jí)系統(tǒng)是否能正確識(shí)別不同變電站內(nèi)的兩個(gè)動(dòng)作事件。

⑺遙信響應(yīng)時(shí)間測(cè)試：模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作事件，測(cè)試從測(cè)控裝置現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生設(shè)備動(dòng)作事件，至檢測(cè)到這個(gè)動(dòng)作所需的時(shí)間。

⑻遙測(cè)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試：模擬測(cè)控裝置在電網(wǎng)受到干擾時(shí)的交流量采集，測(cè)試綜合自動(dòng)化系統(tǒng)從現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生電壓幅值突變，至檢測(cè)到這個(gè)突變所需的時(shí)間。

4.本設(shè)計(jì)如果實(shí)施完成，具有如下特點(diǎn)：

⑴功能完整：基本上覆蓋了目前變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試所要求的所有功能;

⑵技術(shù)指標(biāo)：達(dá)到和超過(guò)了電力調(diào)度對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)和自動(dòng)化的基本技術(shù)指標(biāo)要求;

⑶使用方便：一臺(tái)儀器包含了所有的測(cè)試功能，結(jié)構(gòu)緊湊，移動(dòng)方便，可遠(yuǎn)程操作，最少可一人單獨(dú)完成測(cè)試;非常適合遠(yuǎn)距離、較分散的變電站測(cè)試;

⑷勞動(dòng)強(qiáng)度：大大減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，尤其是遙測(cè)項(xiàng)目，設(shè)點(diǎn)編程測(cè)試使工作人員只需要更換接線(xiàn)頭，其余一切皆由儀器自動(dòng)完成，而且自動(dòng)生成報(bào)表。只有在這樣的工作強(qiáng)度之下，大量變電站遙測(cè)設(shè)備的年檢才有可能實(shí)現(xiàn);

⑸功能創(chuàng)新：對(duì)時(shí)間分辨率要求高的如SOE，實(shí)時(shí)響應(yīng)性能等指標(biāo)，過(guò)去是無(wú)法進(jìn)行測(cè)試的，現(xiàn)在成為一種精確可信的例行操作，可信度大大提高;填補(bǔ)一項(xiàng)測(cè)試空白;

⑹推廣價(jià)值：一套儀器頂過(guò)去一車(chē)儀器，簡(jiǎn)單方便，功能強(qiáng)大、齊全，大大提高經(jīng)濟(jì)效益;

目前，本項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)合作開(kāi)發(fā)趨于完成。一些基本的性能指標(biāo)已經(jīng)取得了用戶(hù)的檢測(cè)證書(shū)，的確是一項(xiàng)值得推廣的優(yōu)良設(shè)計(jì)。這樣一種針對(duì)于綜自系統(tǒng)檢驗(yàn)的儀器，為我們現(xiàn)場(chǎng)提高檢驗(yàn)效率和質(zhì)量，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了高效的技術(shù)手段。