一、變電站綜合自動化的歷史及現(xiàn)狀

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

1. RTU + 當(dāng)?shù)匮矙z + 保護(hù)裝置;

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

3. 保護(hù)遠(yuǎn)動一體化 + 遠(yuǎn)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，還是有人值班的，所以還都配備當(dāng)?shù)睾笈_監(jiān)控機(jī)。后來逐步改造轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值班站后，當(dāng)?shù)睾笈_監(jiān)控機(jī)成為一個每月定期去人例行檢查時才開機(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 及以下等級變電站干脆不再配置當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺機(jī)，從而當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺機(jī)完全或部分退出歷史舞臺。

因為在保護(hù)和遠(yuǎn)動構(gòu)成的綜合自動化系統(tǒng)變電站中，設(shè)備組成已經(jīng)統(tǒng)一考慮，在專業(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，有不少單位保護(hù)和遠(yuǎn)動成為一個班組，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)相應(yīng)變化之后，工程實(shí)施中的檢測和驗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)都比以前有了很大的提高。由于需要專門的試驗、檢驗設(shè)備，這種功能和技術(shù)指標(biāo)的檢測和驗證，都只能在設(shè)備制造廠家的試驗室里完成。

2、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設(shè)備的例行測試數(shù)據(jù)作為驗收依據(jù)，道理很簡單：對一款菜式的合格標(biāo)準(zhǔn)不能以市場上采購來的原料性能為判斷根據(jù)。綜合自動化是作為一個完整系統(tǒng)向客戶提供規(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)，才能通過項目驗收。這給調(diào)度自動化部門很大的壓力，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。

3、目前進(jìn)行綜自系統(tǒng)檢驗通常需要配置諸多儀器，例如，標(biāo)準(zhǔn)功率源、繼電保護(hù)試驗裝置、毫秒表等，有些指標(biāo)還沒有合適的儀器測試，工作起來十分不便，且造成儀器資源浪費(fèi)。現(xiàn)在我們看一看在沒有綜合自動化檢測系統(tǒng)之前，遠(yuǎn)動專業(yè)技術(shù)人員是怎樣完成系統(tǒng)的基本功能測試的：

⑴遙測精度：用一臺變送器檢驗儀上及標(biāo)準(zhǔn)源，手動輸入模擬的電壓、電流、相角等，取幾個試驗點(diǎn)，逐點(diǎn)完成測量后，手動繪制數(shù)據(jù)報表;

⑵遙測數(shù)據(jù)響應(yīng)速度：用上面的同一種源，用秒表來卡測控單元輸出的響應(yīng)速度(也有用時鐘來估個大概時間的);

⑶遙信可靠性：手動輸入變位信息(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;

⑷遙信響應(yīng)速度：同上，用秒表來卡輸出延時時間;

⑸遙信風(fēng)暴：事實(shí)上沒法做;

⑹SOE分辨率：事實(shí)上沒法做，因為手動無法控制毫秒級的時間差;

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：只能在廠家的試驗室做，把數(shù)據(jù)拿過來充作現(xiàn)場數(shù)據(jù)。因為遠(yuǎn)動班手頭的普通標(biāo)準(zhǔn)源無法操控穩(wěn)定的頻率和相位，否則就要化大價錢專門購買這種儀器，但實(shí)際使用率又不高;

⑽直流可控源：要用另一臺直流可控電源;

⑾GPS校時：一般要另帶一套GPS到需要檢測時標(biāo)的現(xiàn)場。

還有其它等等多種功能，都無法在統(tǒng)一的測試平臺下來完成。在沒有綜合檢測系統(tǒng)之前，實(shí)際的現(xiàn)場測試比上述更糟。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(jī)，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(biāo)實(shí)際上只具有定性的意義。你只是看到它動了，至于幾秒幾毫，對不起，天曉得，也只能是估個大概了。

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

三、概念設(shè)計要點(diǎn)

解決上述問題的根本之策，是設(shè)計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)計概念，以可編程的方式，自動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，全面建立在計算機(jī)編程控制的平臺上，計算機(jī)能夠達(dá)到的分辨率，就是這個系統(tǒng)所能達(dá)到的最高分辨率。

下面逐一舉例說明。

1. 遙測精度：程控源可以手動、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)間的自動測量。計量精度0.5級已能滿足要求，因為數(shù)據(jù)目標(biāo)不是針對電能計費(fèi)，而是提供生產(chǎn)調(diào)度部門的電網(wǎng)負(fù)荷統(tǒng)計、計算、以及調(diào)度中心對電網(wǎng)實(shí)時數(shù)據(jù)的要求;

2. 遙測響應(yīng)速度：使標(biāo)準(zhǔn)源的輸出數(shù)據(jù)帶時標(biāo)，經(jīng)測控單元輸出的數(shù)據(jù)也帶上時標(biāo)，那么同一數(shù)據(jù)的時間差就是設(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間差，就可以得到響應(yīng)速度;對多個信息進(jìn)行響應(yīng)統(tǒng)計，就可以得到可靠性指標(biāo);

4. 站內(nèi)SOE：編程定延時連續(xù)發(fā)送多個變位信息到測控單元，令其輸出響應(yīng)信息返回測試儀，檢查每個變位信息的時標(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控單元，檢查其報告的動作，統(tǒng)計多次操控的成功率，就是可靠性指標(biāo);檢查其發(fā)送和動作時標(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相的各個參數(shù)逐次逼近A相之值，從而驗證同期設(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，用于測量電平翻轉(zhuǎn)閾值等等;

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，輸入到油溫變送器，觀察其輸出變化的性能來實(shí)現(xiàn)檢驗;

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

10.秒脈沖輸出：儀器可輸出高精度的秒脈沖信號;

11.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，理論上可實(shí)現(xiàn)一人完成測試，不必一定要他人配合。

在計算機(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，才能擺脫捉襟見肘的困境。

四、項目實(shí)施

1.儀器功能

根據(jù)綜自系統(tǒng)相關(guān)的檢驗規(guī)程，所研制的綜自系統(tǒng)測試儀主要實(shí)現(xiàn)同期功能測試、遙測精度校驗、系統(tǒng)性能指標(biāo)(如SOE分辨率、遙測響應(yīng)時間、遙信響應(yīng)時間等)測試等功能，且可實(shí)現(xiàn)遙測精度的自動閉環(huán)測試，并用Word平臺自動生成報表，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總線等通訊接口，且可進(jìn)一步升級支持IEC 61850。此外，該測試儀還能提供可調(diào)直流電壓源，可用于測試遙信光耦動作電壓。

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，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。

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

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)計關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能

⑴遙測測試：模擬現(xiàn)場的交流信號，測試測控裝置對現(xiàn)場模擬信號的測量精度是否合格。

⑵遙信測試：模擬現(xiàn)場設(shè)備動作事件，測試測控裝置是否能正確識別。

⑶遙控測試：模擬現(xiàn)場設(shè)備動作事件，接收測控裝置的開關(guān)量信號，測試測控裝置的遙控信號是否正確發(fā)出。

⑷同期測試：產(chǎn)生電壓激勵，測試測控裝置的同期功能是否合格。

⑸SOE站內(nèi)測試：模擬現(xiàn)場的兩個動作事件，測試測控裝置是否能正確識別同一變電站內(nèi)的兩個事件。

⑹SOE站間測試：模擬現(xiàn)場設(shè)備動作事件，測試綜合自動化系統(tǒng)的上一級系統(tǒng)是否能正確識別不同變電站內(nèi)的兩個動作事件。

⑺遙信響應(yīng)時間測試：模擬現(xiàn)場設(shè)備動作事件，測試從測控裝置現(xiàn)場發(fā)生設(shè)備動作事件，至檢測到這個動作所需的時間。

⑻遙測響應(yīng)時間測試：模擬測控裝置在電網(wǎng)受到干擾時的交流量采集，測試綜合自動化系統(tǒng)從現(xiàn)場發(fā)生電壓幅值突變，至檢測到這個突變所需的時間。

4.本設(shè)計如果實(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化系統(tǒng)驗收測試所要求的所有功能;

⑵技術(shù)指標(biāo)：達(dá)到和超過了電力調(diào)度對遠(yuǎn)動和自動化的基本技術(shù)指標(biāo)要求;

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

⑷勞動強(qiáng)度：大大減輕工作人員勞動強(qiáng)度，尤其是遙測項目，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完成，而且自動生成報表。只有在這樣的工作強(qiáng)度之下，大量變電站遙測設(shè)備的年檢才有可能實(shí)現(xiàn);

⑸功能創(chuàng)新：對時間分辨率要求高的如SOE，實(shí)時響應(yīng)性能等指標(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;填補(bǔ)一項測試空白;

⑹推廣價值：一套儀器頂過去一車儀器，簡單方便，功能強(qiáng)大、齊全，大大提高經(jīng)濟(jì)效益;

目前，本項目已經(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，的確是一項值得推廣的優(yōu)良設(shè)計。這樣一種針對于綜自系統(tǒng)檢驗的儀器，為我們現(xiàn)場提高檢驗效率和質(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。