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配电网综合自动化变电站微机监控系统
□ 胡振国 王 剑 董文泉
图1 变电站与微机监控位
变电站微机监控系统是在参考了目前国内外先进的变电站自动化产品的基础上，为实现配电网综合自动化而作为一个分站系统研制开发出来的。本系统充分考虑了配电网信息量大的特点，在结构上采用分布式RTU作为采集单元，设置586工控机进行管理。在通信上支持DNP3.0和部颁Polling规约等多种规约，并且通信速率最高可达19200bps。除具备 传统变电站监控系统的采集功能和远动功能外，还具有遥测数据显示、遥信、开关状态显示 、SOE事件监视、开关操作、变压器分接头调整、电容器的投切等当地监控功能及方便的图 形编辑功能。工控机还可实现馈线故障自动诊断隔离与恢复供电功能、电压和无功综合自动控制等功能。
系统结构
站内RTU的管理采用RS-422局域网经转发模块同后台工控机连接方式，杆上RTU可通过Modem 或无线通信经多个RS-232口与后台机相连，一条或几条线路上的杆上RTU经点--多点近距 Modem同变电站工控多串口(MOXA)相连，以实现与杆上RTU的通信，也可采用光缆，无线等其 他通信方式。
与主站调度的通信采用微波、光缆、通信双绞线等方式，其原理如图1所示。 可根据变电站实际情况，灵活配置RTU数量，以适应不同变电站的要求。
主要功能
除实现当地基本监控功能外，还可实现无功-电压的综合调节、线路的故障诊断、隔离与 供电恢复、远方抄表的数据采集及转发等功能。
(1)数据采集：从现场采集全部数据信息，采集时间≤4s。
(2)SOE事件记录：可记录遥信变位、开关/分接头等操作、故障信息等事件，并可存储5000 个SOE历史记录。
(3)诊断功能：可手动和自动检测RTU的通信状态，并可在故障后启动RTU的通信。
(4)控制功能：当地或远方遥控开关、分接头调节，可手动、自动进行电压和无功的综合控制，以及故障的自动诊断、隔离与供电恢复。
(5)显示功能：主接线图、开关状态、实时数据图形显示(包括曲线、棒图、饼图、表型图等)、实时遥测表格、实时遥信表格、开关状态表格、SOE记录表格，通信报文的显示。
(6)设置功能：修改、添加、删除设备库，显示信息和开关状态等。
(7)历史数据存储与显示功能：可存储和显示各种遥测量的历史数据，并可以年月日为索引，以曲线、棒图和数据表格的形式来显示历史数据。
系统容量
变电站微机监控系统串口数最多可扩为66个，其中前置机和站内RTU各占一口，站内最多可管理64个RTU，总的串口数视具体情况而定，杆上每个串口最多可接9个RTU，并且还与距离有关。
(1)站内RTU
由于站内采用转发模块来管理RTU，最多可管理64个RTU。因此站内系统的容量视RTU的配量而定，由于单个RTU具有较强的信息处理能力，因而可满足不同变电站的要求。
(2)杆上RTU
根据杆上RTU配量多少而定，最多可接64个串口，每个串口最多可接9个RTU。
电压和无功综合控制原理
电压和无功综合控制是利用电压、无功两个判别量对电压和无功实行综合调节，以保证在合格范围内，同时实现无功基本平衡，利用电压和无功构成的综合判据通常规定了电压和无功的上下限，并把电压和无功平面分成了9个区如图2所示，根据电压，无功在电压和无功平 面上所处的位置建立相应的控制规则。
图3 故障自动诊断，隔离与恢复的开关动作情况
图4 两级控制功能示意图
Q0--电容器组的无功补偿容量
Q下限--无功过剩 Q上限--无功不足
图2 采用模糊边界的电压和无功调节分区图
总的基本控制原则：保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调节次数。
变电站故障自动诊断、隔离与恢复的原理 (1)工作原理
变电站故障自动诊断、隔离与恢复分三个步骤来实现： 第一步是利用出线开关、分段开关的自动动作情况和杆上RTU采集上来的故障信息，快速确定故障段。
第二步是打开故障段两端开关进行故障隔离，划分出本身未含故障源的停电区域，使受故障影响的线路缩小到最小的范围。
第三步是对未含故障源的停电区域寻找最优的恢复供电路径，根据该路径进行恢复供电操作。路径最优的标准是供电可靠、离电源点最近等。对由此路径形成的初步方案进行潮流计算，以对各元件的负载进行可行性检验，若有过载等非正常运行状态出现则对其进行再调整，直至成功。获得此路径后，进行自动或手动操作来恢复未含故障源的停电区域的供电。
以图3所示的带有联络开关的线路为开环运行的典型环形线路来分析故障自动诊断、隔离与恢复的三个步骤，当C段有永久故障时各个步骤中的开关动作情况如图3所示。
(2)两级控制
故障的自动诊断、隔离与恢复功能由变电站监控机与主站控制计算机两级控制来实现，本文主要介绍变电站这一级的实现方法。首先当故障发生后，由变电站监控机执行分站故障的自动诊断、隔离与恢复程序，判断分析是否只在该站内就可以达到故障的诊断、隔离与恢复。 对于不能达到的则发出一个消息或事件给主站控制计算机，执行主站的故障自动诊断、隔离与恢复程序，再进行分析判断，实现对完好的线段恢复供电，如图4所示。
获得最优的故障后恢复供电顺序后，有两种方式来实现恢复供电，一种是自动方式，另一种是手动方式。
1)自动方式：程序确定最优恢复供电顺序后，将操作顺序、操作开关及其位置等信息以对话框的形式在计算机屏幕上显示出来，并按照操作顺序自动下达每一步操作命令，在操作结束时给出操作成功与否的提示信息，当操作成功时，系统图上的系统状态变为故障被隔离和恢复后的状态。不成功时则给出在哪一步操作时发生了故障，供系统操作员来参考分析。这样不仅减少了恢复供电所需的时间，而且同