基于虛擬編程原理設計的綜自化變電站自動(dòng)檢測系統

1變電站綜合自動(dòng)化的歷史

上世紀八十年代初，中國電網(wǎng)的自動(dòng)化監控還剛剛起步。自那以后，變電站自動(dòng)化系統的設備和系統構成模式，大體經(jīng)歷了如下三個(gè)階段：

RTU + 當地巡檢 + 保護裝置;

測控單元 + 當地后臺 + 遠程主站;

保護遠動(dòng)一體化 + 遠程主站。

在上面的第三種模式的早期，因為大型的110KV和220KV以上的變電站，還是有人值守的，所以還配當地后臺。后來(lái)逐步轉變?yōu)闊o(wú)人值守后，當地后臺成為一個(gè)每月定期去人例行檢查時(shí)才開(kāi)機的擺設，已經(jīng)很不重要，到最后，干脆不再配置后臺，從而當地后臺完全退出歷史舞臺。

在模式3的時(shí)代，因為保護和遠動(dòng)構成的綜自系統，設備已經(jīng)統一考慮，在人員分管和組織機構方面，也進(jìn)行了相應的改變，保護和遠動(dòng)成為一個(gè)班組，從組織管理上適應了綜自系統的這一技術(shù)進(jìn)步。

2技術(shù)進(jìn)步對現場(chǎng)測試提出了新課題

在綜自系統設備一體化、組織機構也相應變化之后，工程實(shí)施中的檢測和驗收卻一直不能達到一體化水平，明顯地，它的技術(shù)支撐手段，已經(jīng)遠遠落后于系統設備本身的水平。

什么原因呢?

首先，實(shí)現廠(chǎng)站綜合自動(dòng)化以后，系統功能不但沒(méi)有減少，反而大大增強。功能要求和技術(shù)指標都比以前有了很大提高。由于需要專(zhuān)門(mén)的試驗設備，這種功能和技術(shù)指標的檢測和驗證，都只能在設備制造廠(chǎng)家的試驗室里完成。

但當設備在現場(chǎng)安裝完成并實(shí)施統調以后，建設單位不能以廠(chǎng)家單臺設備的例行測試數據作為驗收依據，道理很簡(jiǎn)單：對一款菜式的合格標準不能以市場(chǎng)上采購來(lái)的原料性能為判斷根據。綜合自動(dòng)化系統也一樣，它是作為一個(gè)完整系統向客戶(hù)提供規定功能和應該達到的技術(shù)指標的，必須給出系統實(shí)際運行的技術(shù)性能指標數據，才能通過(guò)項目驗收。

這給調度自動(dòng)化部門(mén)以很大的壓力，原因是：他們的技術(shù)檢測手段沒(méi)能跟上綜自系統的發(fā)展?？匆豢丛跊](méi)有綜合自動(dòng)化檢測系統之前，遠動(dòng)工程師們是怎樣完成系統的基本功能測試的：

2.1遙測精度：用一臺變送器檢驗儀上的標準源，手動(dòng)輸入，逐點(diǎn)完成測量后，手動(dòng)填制數據報表;

2.2遙測數據響應速度：用上面的同一種源，用秒表卡測控單元輸出的響應速度;

2.3遙信可靠性：手動(dòng)輸入變位信息，做若干次后作是否能準確響應的統計;

2.4遙信響應速度：同上，用秒表卡變位輸出的延遲時(shí)間;

2.5遙信風(fēng)暴：事實(shí)上沒(méi)法做;

2.6 SOE分辨率：事實(shí)上沒(méi)法做，因為手動(dòng)無(wú)法控制毫秒級的時(shí)間差;

2.7遙控可靠性：同遙信;

2.8遙控響應速度：同遙信;

2.9同期功能：只能在廠(chǎng)家的試驗室做，把數據拿過(guò)來(lái)充作現場(chǎng)數據。因為遠動(dòng)班手頭的普通標準源無(wú)法操控頻率和相位，否則就要花大價(jià)錢(qián)專(zhuān)門(mén)購買(mǎi)這種儀器，但使用率又不高;

2.10直流可控源：要用另一臺直流可控電源;

2.11PS校時(shí)：一般要另帶一套GPS到需要檢測時(shí)標的現場(chǎng);

2.12諧波輸出功能：通常標準源沒(méi)有;

2.13任意角移相故障模擬：通常標準源也沒(méi)有此功能;

還有其它等等多種綜自系統所要測試的功能，都無(wú)法在統一的測試平臺上來(lái)完成。在沒(méi)有綜合檢測系統這樣的設備之前，實(shí)際的現場(chǎng)測試比上述更糟。因為控制和輸出往往不在同一地點(diǎn)，解決的辦法是用對講機，盡管喊破嗓子，精度是絕對上不去的。所以許多定量性的指標實(shí)際上只具有定性的意義。你只是看到它動(dòng)了，至于用了幾秒幾毫，卻完全無(wú)從知曉。

3問(wèn)題的癥結

從以上我們看到，根本原因是：對指標的要求是數字化、程序化的，但測試的手段卻還是手動(dòng)的、人工的。你怎么能叫它對得起來(lái)?

4概念設計要點(diǎn)

解決上述問(wèn)題的根本之策，是設計一套集多種功能于一體的程序化的發(fā)令系統，用虛擬儀器的設計概念，以可編程的方式，自動(dòng)地完成各種功能的性能檢測。它的核心，就是將發(fā)令系統和輸出檢查，全面建立在計算機編程控制的平臺上，計算機能夠達到的分辨率，就是這個(gè)系統所能達到的最高分辨率。

下面逐一舉例說(shuō)明。

4.1遙測精度：程控源可以手動(dòng)、也可以編程控制輸出，以實(shí)現單點(diǎn)測量和全負荷區間的自動(dòng)測量。計量精度0.5級已能滿(mǎn)足要求，因為數據目標不是針對電能計費，而是提供生產(chǎn)調度部門(mén)的電網(wǎng)負荷統計、網(wǎng)損計算、以及調度中心對電網(wǎng)實(shí)時(shí)數據的要求;

4.2遙測響應速度：使標準源的輸出數據帶時(shí)標，經(jīng)測控單元輸出的數據也帶上時(shí)標，這樣同一數據的時(shí)間差就是設備的響應速度;

4.3遙信可靠性及響應速度：編程輸出指定次數的變位信息進(jìn)入測控單元，將測控單元的輸出返回到測試儀，比較輸出信息和返回信息的時(shí)間差，就可以得到響應速度;對多個(gè)信息進(jìn)行響應統計，就可以得到可靠性指標;

4.4站內SOE：編程定延時(shí)連續發(fā)送多個(gè)變位信息到測控單元，令其輸出響應信息返回測試儀，檢查每個(gè)變位信息的時(shí)標，即可確定SOE分辨率;

4.5遙控可靠性及響應速度：間隔發(fā)送多次遙控信息到測控單元，檢查其報告的動(dòng)作，統計多次操控的成功率，就是可靠性指標;檢查其發(fā)送和動(dòng)作時(shí)標的差異，就是其響應速度;

4.6同期功能：程控源必須具有對每相輸出的電壓、頻率、相位進(jìn)行多參數單獨調控的能力。比如，以A相作為系統側輸入，C相作為待并側輸入，在A(yíng)相參數不變的情況下，單獨改變C相的各個(gè)參數逐次逼近A相之值，根據出口開(kāi)關(guān)的響應時(shí)刻，驗證同期設備的響應性能;

4.7直流可控源：在規定區間內輸出電壓連續可調，用于測量電平翻轉閾值等等;

4.8熱電偶模擬檢測：儀器模擬熱電偶因溫度變化而產(chǎn)生的阻值變化，模擬油溫變送器，觀(guān)察其輸出變化的性能來(lái)實(shí)現檢驗;

4.9GPS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)以上的衛星信號，用于同步儀器時(shí)鐘，這在站間SOE檢驗中尤為重要;

4.10秒脈沖輸出：儀器可輸出高精度的秒脈沖信號;

4.11 B碼輸出：時(shí)標也可以用B碼格式輸出，以適應不同設備和儀器的要求;

4.12遠程控制：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)行遠程操作，使得當設備的輸入和輸出不在同一地點(diǎn)時(shí)，也可由一人完成測試，不必一定要他人配合。

在計算機和通訊技術(shù)高度發(fā)展的今天，以上功能應該是不難實(shí)現的。精度指標和響應速度也能夠比早期遠動(dòng)的水平有很大提高。

在設備增加，人員減少的今天，只有依靠技術(shù)進(jìn)步，才能擺脫捉襟見(jiàn)肘的局面。

5儀器硬件之邏輯結構

6項目實(shí)施

本設計如果實(shí)施完成，具有如下特點(diǎn)：

6.1功能完整：基本上覆蓋了目前變電站綜合自動(dòng)化系統驗收測試所要求的所有功能;

6.2技術(shù)指標：達到和超過(guò)了電力調度對遠動(dòng)和自動(dòng)化的基本技術(shù)要求;

6.3使用方便：一臺儀器配以適當附件，就包含了所有的測試功能，結構緊湊，移動(dòng)方便，可遠程操作，最少可一人單獨完成測試;

6.4勞動(dòng)強度：大大減輕工作人員勞動(dòng)強度，尤其是遙測項目，設點(diǎn)編程測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，自動(dòng)生成報表。只有在這樣的工作強度之下，變電站遙測設備的年檢才有可能;

6.5功能創(chuàng )新：對時(shí)間分辨率要求高的如SOE、實(shí)時(shí)響應性能、遙信風(fēng)暴等指標，過(guò)去是無(wú)法進(jìn)行測試的，現在成為一種精確可信的例行操作，可信度大大提高;

6.6推廣價(jià)值：一套儀器頂過(guò)去一車(chē)儀器，簡(jiǎn)單方便，功能充分，大大提高經(jīng)濟效益;

目前，本項目已經(jīng)通過(guò)合作開(kāi)發(fā)趨于完成。一些基本的性能指標已經(jīng)取得了用戶(hù)的檢測證書(shū)，的確是一項值得推廣的優(yōu)良設計。