基于虚拟编程原理设计的综自化变电站自动检测系统

1变电站综合自动化的历史

上世纪八十年代初，中国电网的自动化监控还刚刚起步。自那以后，变电站自动化系统的设备和系统构成模式，大体经历了如下三个阶段：

RTU + 当地巡检 + 保护装置;

测控单元 + 当地后台 + 远程主站;

保护远动一体化 + 远程主站。

在上面的第三种模式的早期，因为大型的110KV和220KV以上的变电站，还是有人值守的，所以还配当地后台。后来逐步转变为无人值守后，当地后台成为一个每月定期去人例行检查时才开机的摆设，已经很不重要，到最后，干脆不再配置后台，从而当地后台完全退出历史舞台。

在模式3的时代，因为保护和远动构成的综自系统，设备已经统一考虑，在人员分管和组织机构方面，也进行了相应的改变，保护和远动成为一个班组，从组织管理上适应了综自系统的这一技术进步。

2技术进步对现场测试提出了新课题

在综自系统设备一体化、组织机构也相应变化之后，工程实施中的检测和验收却一直不能达到一体化水平，明显地，它的技术支撑手段，已经远远落后于系统设备本身的水平。

什么原因呢?

首先，实现厂站综合自动化以后，系统功能不但没有减少，反而大大增强。功能要求和技术指标都比以前有了很大提高。由于需要专门的试验设备，这种功能和技术指标的检测和验证，都只能在设备制造厂家的试验室里完成。

但当设备在现场安装完成并实施统调以后，建设单位不能以厂家单台设备的例行测试数据作为验收依据，道理很简单：对一款菜式的合格标准不能以市场上采购来的原料性能为判断根据。综合自动化系统也一样，它是作为一个完整系统向客户提供规定功能和应该达到的技术指标的，必须给出系统实际运行的技术性能指标数据，才能通过项目验收。

这给调度自动化部门以很大的压力，原因是：他们的技术检测手段没能跟上综自系统的发展。看一看在没有综合自动化检测系统之前，远动工程师们是怎样完成系统的基本功能测试的：

2.1遥测精度：用一台变送器检验仪上的标准源，手动输入，逐点完成测量后，手动填制数据报表;

2.2遥测数据响应速度：用上面的同一种源，用秒表卡测控单元输出的响应速度;

2.3遥信可靠性：手动输入变位信息，做若干次后作是否能准确响应的统计;

2.4遥信响应速度：同上，用秒表卡变位输出的延迟时间;

2.5遥信风暴：事实上没法做;

2.6 SOE分辨率：事实上没法做，因为手动无法控制毫秒级的时间差;

2.7遥控可靠性：同遥信;

2.8遥控响应速度：同遥信;

2.9同期功能：只能在厂家的试验室做，把数据拿过来充作现场数据。因为远动班手头的普通标准源无法操控频率和相位，否则就要花大价钱专门购买这种仪器，但使用率又不高;

2.10直流可控源：要用另一台直流可控电源;

2.11PS校时：一般要另带一套GPS到需要检测时标的现场;

2.12谐波输出功能：通常标准源没有;

2.13任意角移相故障模拟：通常标准源也没有此功能;

还有其它等等多种综自系统所要测试的功能，都无法在统一的测试平台上来完成。在没有综合检测系统这样的设备之前，实际的现场测试比上述更糟。因为控制和输出往往不在同一地点，解决的办法是用对讲机，尽管喊破嗓子，精度是绝对上不去的。所以许多定量性的指标实际上只具有定性的意义。你只是看到它动了，至于用了几秒几毫，却完全无从知晓。

3问题的症结

从以上我们看到，根本原因是：对指标的要求是数字化、程序化的，但测试的手段却还是手动的、人工的。你怎么能叫它对得起来?

4概念设计要点

解决上述问题的根本之策，是设计一套集多种功能于一体的程序化的发令系统，用虚拟仪器的设计概念，以可编程的方式，自动地完成各种功能的性能检测。它的核心，就是将发令系统和输出检查，全面建立在计算机编程控制的平台上，计算机能够达到的分辨率，就是这个系统所能达到的最高分辨率。

下面逐一举例说明。

4.1遥测精度：程控源可以手动、也可以编程控制输出，以实现单点测量和全负荷区间的自动测量。计量精度0.5级已能满足要求，因为数据目标不是针对电能计费，而是提供生产调度部门的电网负荷统计、网损计算、以及调度中心对电网实时数据的要求;

4.2遥测响应速度：使标准源的输出数据带时标，经测控单元输出的数据也带上时标，这样同一数据的时间差就是设备的响应速度;

4.3遥信可靠性及响应速度：编程输出指定次数的变位信息进入测控单元，将测控单元的输出返回到测试仪，比较输出信息和返回信息的时间差，就可以得到响应速度;对多个信息进行响应统计，就可以得到可靠性指标;

4.4站内SOE：编程定延时连续发送多个变位信息到测控单元，令其输出响应信息返回测试仪，检查每个变位信息的时标，即可确定SOE分辨率;

4.5遥控可靠性及响应速度：间隔发送多次遥控信息到测控单元，检查其报告的动作，统计多次操控的成功率，就是可靠性指标;检查其发送和动作时标的差异，就是其响应速度;

4.6同期功能：程控源必须具有对每相输出的电压、频率、相位进行多参数单独调控的能力。比如，以A相作为系统侧输入，C相作为待并侧输入，在A相参数不变的情况下，单独改变C相的各个参数逐次逼近A相之值，根据出口开关的响应时刻，验证同期设备的响应性能;

4.7直流可控源：在规定区间内输出电压连续可调，用于测量电平翻转阈值等等;

4.8热电偶模拟检测：仪器模拟热电偶因温度变化而产生的阻值变化，模拟油温变送器，观察其输出变化的性能来实现检验;

4.9GPS接入：仪器本身携带GPS天线，可在任何开阔地带接收三个以上的卫星信号，用于同步仪器时钟，这在站间SOE检验中尤为重要;

4.10秒脉冲输出：仪器可输出高精度的秒脉冲信号;

4.11 B码输出：时标也可以用B码格式输出，以适应不同设备和仪器的要求;

4.12远程控制：仪器可本地面板操作，也可以经通讯线在一定距离外在终端上进行远程操作，使得当设备的输入和输出不在同一地点时，也可由一人完成测试，不必一定要他人配合。

在计算机和通讯技术高度发展的今天，以上功能应该是不难实现的。精度指标和响应速度也能够比早期远动的水平有很大提高。

在设备增加，人员减少的今天，只有依靠技术进步，才能摆脱捉襟见肘的局面。

5仪器硬件之逻辑结构

6项目实施

本设计如果实施完成，具有如下特点：

6.1功能完整：基本上覆盖了目前变电站综合自动化系统验收测试所要求的所有功能;

6.2技术指标：达到和超过了电力调度对远动和自动化的基本技术要求;

6.3使用方便：一台仪器配以适当附件，就包含了所有的测试功能，结构紧凑，移动方便，可远程操作，最少可一人单独完成测试;

6.4劳动强度：大大减轻工作人员劳动强度，尤其是遥测项目，设点编程测试使工作人员只需要更换接线头，其余一切皆由仪器自动完成，自动生成报表。只有在这样的工作强度之下，变电站遥测设备的年检才有可能;

6.5功能创新：对时间分辨率要求高的如SOE、实时响应性能、遥信风暴等指标，过去是无法进行测试的，现在成为一种精确可信的例行操作，可信度大大提高;

6.6推广价值：一套仪器顶过去一车仪器，简单方便，功能充分，大大提高经济效益;

目前，本项目已经通过合作开发趋于完成。一些基本的性能指标已经取得了用户的检测证书，的确是一项值得推广的优良设计。