基于虛擬編程原理設(shè)計(jì)的綜自化變電站自動(dòng)檢測系統(tǒng)

1變電站綜合自動(dòng)化的歷史

上世紀(jì)八十年代初，中國電網(wǎng)的自動(dòng)化監(jiān)控還剛剛起步。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：

RTU + 當(dāng)?shù)匮矙z + 保護(hù)裝置;

測控單元 + 當(dāng)?shù)睾笈_(tái) + 遠(yuǎn)程主站;

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，還是有人值守的，所以還配當(dāng)?shù)睾笈_(tái)。后來逐步轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值守后，當(dāng)?shù)睾笈_(tái)成為一個(gè)每月定期去人例行檢查時(shí)才開機(jī)的擺設(shè)，已經(jīng)很不重要，到最后，干脆不再配置后臺(tái)，從而當(dāng)?shù)睾笈_(tái)完全退出歷史舞臺(tái)。

在模式3的時(shí)代，因?yàn)楸Ｗo(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)構(gòu)成的綜自系統(tǒng)，設(shè)備已經(jīng)統(tǒng)一考慮，在人員分管和組織機(jī)構(gòu)方面，也進(jìn)行了相應(yīng)的改變，保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)成為一個(gè)班組，從組織管理上適應(yīng)了綜自系統(tǒng)的這一技術(shù)進(jìn)步。

2技術(shù)進(jìn)步對(duì)現(xiàn)場測試提出了新課題

在綜自系統(tǒng)設(shè)備一體化、組織機(jī)構(gòu)也相應(yīng)變化之后，工程實(shí)施中的檢測和驗(yàn)收卻一直不能達(dá)到一體化水平，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)備本身的水平。

什么原因呢?

首先，實(shí)現(xiàn)廠站綜合自動(dòng)化以后，系統(tǒng)功能不但沒有減少，反而大大增強(qiáng)。功能要求和技術(shù)指標(biāo)都比以前有了很大提高。由于需要專門的試驗(yàn)設(shè)備，這種功能和技術(shù)指標(biāo)的檢測和驗(yàn)證，都只能在設(shè)備制造廠家的試驗(yàn)室里完成。

但當(dāng)設(shè)備在現(xiàn)場安裝完成并實(shí)施統(tǒng)調(diào)以后，建設(shè)單位不能以廠家單臺(tái)設(shè)備的例行測試數(shù)據(jù)作為驗(yàn)收依據(jù)，道理很簡單：對(duì)一款菜式的合格標(biāo)準(zhǔn)不能以市場上采購來的原料性能為判斷根據(jù)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)也一樣，它是作為一個(gè)完整系統(tǒng)向客戶提供規(guī)定功能和應(yīng)該達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)的，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)，才能通過項(xiàng)目驗(yàn)收。

這給調(diào)度自動(dòng)化部門以很大的壓力，原因是：他們的技術(shù)檢測手段沒能跟上綜自系統(tǒng)的發(fā)展。看一看在沒有綜合自動(dòng)化檢測系統(tǒng)之前，遠(yuǎn)動(dòng)工程師們是怎樣完成系統(tǒng)的基本功能測試的：

2.1遙測精度：用一臺(tái)變送器檢驗(yàn)儀上的標(biāo)準(zhǔn)源，手動(dòng)輸入，逐點(diǎn)完成測量后，手動(dòng)填制數(shù)據(jù)報(bào)表;

2.2遙測數(shù)據(jù)響應(yīng)速度：用上面的同一種源，用秒表卡測控單元輸出的響應(yīng)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(zhǔn)確響應(yīng)的統(tǒng)計(jì);

2.4遙信響應(yīng)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)上沒法做;

2.6 SOE分辨率：事實(shí)上沒法做，因?yàn)槭謩?dòng)無法控制毫秒級(jí)的時(shí)間差;

2.7遙控可靠性：同遙信;

2.8遙控響應(yīng)速度：同遙信;

2.9同期功能：只能在廠家的試驗(yàn)室做，把數(shù)據(jù)拿過來充作現(xiàn)場數(shù)據(jù)。因?yàn)檫h(yuǎn)動(dòng)班手頭的普通標(biāo)準(zhǔn)源無法操控頻率和相位，否則就要花大價(jià)錢專門購買這種儀器，但使用率又不高;

2.10直流可控源：要用另一臺(tái)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(biāo)的現(xiàn)場;

2.12諧波輸出功能：通常標(biāo)準(zhǔn)源沒有;

2.13任意角移相故障模擬：通常標(biāo)準(zhǔn)源也沒有此功能;

還有其它等等多種綜自系統(tǒng)所要測試的功能，都無法在統(tǒng)一的測試平臺(tái)上來完成。在沒有綜合檢測系統(tǒng)這樣的設(shè)備之前，實(shí)際的現(xiàn)場測試比上述更糟。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，至于用了幾秒幾毫，卻完全無從知曉。

3問題的癥結(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，但測試的手段卻還是手動(dòng)的、人工的。你怎么能叫它對(duì)得起來?

4概念設(shè)計(jì)要點(diǎn)

解決上述問題的根本之策，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。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(xiàn)單點(diǎn)測量和全負(fù)荷區(qū)間的自動(dòng)測量。計(jì)量精度0.5級(jí)已能滿足要求，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)度部門的電網(wǎng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、網(wǎng)損計(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;

4.2遙測響應(yīng)速度：使標(biāo)準(zhǔn)源的輸出數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)，經(jīng)測控單元輸出的數(shù)據(jù)也帶上時(shí)標(biāo)，這樣同一數(shù)據(jù)的時(shí)間差就是設(shè)備的響應(yīng)速度;

4.3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(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);

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

4.5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;

4.6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，以A相作為系統(tǒng)側(cè)輸入，C相作為待并側(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，根據(jù)出口開關(guān)的響應(yīng)時(shí)刻，驗(yàn)證同期設(shè)備的響應(yīng)性能;

4.7直流可控源：在規(guī)定區(qū)間內(nèi)輸出電壓連續(xù)可調(diào)，用于測量電平翻轉(zhuǎn)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，觀察其輸出變化的性能來實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn);

4.9GPS接入：儀器本身攜帶GPS天線，可在任何開闊地帶接收三個(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;

4.10秒脈沖輸出：儀器可輸出高精度的秒脈沖信號(hào);

4.11 B碼輸出：時(shí)標(biāo)也可以用B碼格式輸出，以適應(yīng)不同設(shè)備和儀器的要求;

4.12遠(yuǎn)程控制：儀器可本地面板操作，也可以經(jīng)通訊線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)，也可由一人完成測試，不必一定要他人配合。

在計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)高度發(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，只有依靠技術(shù)進(jìn)步，才能擺脫捉襟見肘的局面。

5儀器硬件之邏輯結(jié)構(gòu)

6項(xiàng)目實(shí)施

本設(shè)計(jì)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(tǒng)驗(yàn)收測試所要求的所有功能;

6.2技術(shù)指標(biāo)：達(dá)到和超過了電力調(diào)度對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)和自動(dòng)化的基本技術(shù)要求;

6.3使用方便：一臺(tái)儀器配以適當(dāng)附件，就包含了所有的測試功能，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)完成測試;

6.4勞動(dòng)強(qiáng)度：大大減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，尤其是遙測項(xiàng)目，設(shè)點(diǎn)編程測試使工作人員只需要更換接線頭，其余一切皆由儀器自動(dòng)完成，自動(dòng)生成報(bào)表。只有在這樣的工作強(qiáng)度之下，變電站遙測設(shè)備的年檢才有可能;

6.5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、遙信風(fēng)暴等指標(biāo)，過去是無法進(jìn)行測試的，現(xiàn)在成為一種精確可信的例行操作，可信度大大提高;

6.6推廣價(jià)值：一套儀器頂過去一車儀器，簡單方便，功能充分，大大提高經(jīng)濟(jì)效益;

目前，本項(xiàng)目已經(jīng)通過合作開發(fā)趨于完成。一些基本的性能指標(biāo)已經(jīng)取得了用戶的檢測證書，的確是一項(xiàng)值得推廣的優(yōu)良設(shè)計(jì)。