变 电 所 监 控 及 其 网 络 系 统 的 设 计

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目录

1绪论 .................................................................... 1 1.1 课题研究的背景及意义 ....................................... 1 1.2 变电站综合自动化技术的发展概况【1】【2】 ........................... 1 1.3 变电站综合自动化技术的特点【1】【3】【4】 ............................. 3 1.4 变电站综合自动化技术的优越性 ................................ 3 1.5 本系统的特点 ............................................. 3 1.6 本课题主要研究内容 ........................................ 4 2系统简介 ................................................................ 5 2.1 变电所系统配置及主要受监控单元【1】【5】 ........................... 5 2.1.1 变电所系统配置 ........................................ 5 2.1.2 系统一次主方案 ........................................ 6 2.2 系统结构综述 ............................................. 6 2.3 电力系统故障简要分析及智能保护、监测【1】【3】【32】【33】【34】 ................ 8 2.3.1 电力系统简单不对称故障分析 ............................... 8 2.3.2 终端主要功能配置及保护原理【34】【35】...................... 11 2.3.3 智能保护硬件框图 ...................................... 14 2.4 系统二次原理【4】【6】 ........................................ 15 2.5 直流电源设计 ............................................ 16 2.6 功率因数角检测的实现方法 .................................. 16 2.7 故障跳闸电路 ............................................ 20 3下位机硬件电路的设计 ................................................... 21 3.1 87C552单片机简介【6】【7】【8】 ................................... 21 3.1.1 端口线（8 x 6=48条） .................................. 21 3.1.2 电源线(10条) ........................................ 23 3.1.3 控制线（10条） ....................................... 24 3.1.4 定时器/计数器 ...................................... 24 3.1.5 A/D转换器 ........................................... 25 3.2 开机预告及故障报警信号的硬件实现 ............................ 26 3.3 对所要监测信号的采集【3】【5】【21】 ................................ 27 3.4 串行点阵液晶显示器的设计 .................................. 29 3.4.1 显示特性 ............................................ 29 3.4.2 机械特性 ............................................ 29

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3.4.3 引脚特性 ............................................ 29 3.4.4 键盘、显示器的硬件电路设计【8】【9】 .......................... 31 3.5 串行E2PROM的扩展电路 ..................................... 31 3.6 变电所监控系统中单片机的抗干扰设计【7】【8】【9】【26】 ................... 32 3.6.1 概述 ............................................... 32 3.6.2 各种抗干扰设计 ....................................... 32 4系统通信网络结构 ....................................................... 35 4.1 概述【4】【5】【10】【11】【23】 ........................................ 35 4.1.1 监控系统内部的信息交换 ................................. 35 4.1.2 变电所监控层系统与其他监控站之间的通信 .................... 36 4.2 数据通信的特点与要求【10】【11】【12】【24】 ............................. 37 4.3 数据通信的传输方式【7】【11】【12】【22】【25】 ............................. 37 4.3.1 串行通信基本概念 ...................................... 38 4.3.2 组网的硬件设计

【10】【17】【18】

.............................. 40

4.4上位机与智能终端间的通信协议【7】 .............................. 44 4.5 RS-485总线网络的安全性【12】【13】 ............................... 45 4.5.1 接地 ............................................... 45 4.5.2 瞬态保护和抗静电放电(ESD)冲击 ........................... 45 4.6 RS-485总线网络通信的可靠性【13】 .............................. 46 4.6.1 传输线阻抗匹配 ....................................... 46 4.6.2 网络失效保护 ......................................... 46 5上位机软件功能概述 ..................................................... 48 5.1 软件技术要求【14】【15】 ........................................ 48 5.2 软件系统设计【14】【16】 ........................................ 48 5.3 VB语言及系统用主要控件简介 ................................ 49 5.3.1 Visual Basic语言简介【15】【16】 .............................. 49 5.3.2 MSComm控件简介【11】【15】 .................................. 50 5.3.3 ADO简介【17】【27】【28】【29】 .................................... 52 5.3.4 HFlexGrid控件 ....................................... 55 5.4 软件功能概述【17】【18】【19】【20】【27】 ................................. 56 5.5 软件主要结构模块概述 ...................................... 56 6系统实验部分 ........................................................... 59 6.1 软件的调试 ............................................. 59 6.1.1 通信部分的调试 ....................................... 59 6.1.2 数据库的调试 ......................................... 59

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6.2 智能终端部分的调试 ....................................... 61 6.2.1 液晶显示器 .......................................... 61 6.2.2 开关键盘 ............................................ 61 6.2.3 红外遥控器【31】 ........................................ 61 7结论 ................................................................... 63 致谢 ..................................................................... 64 参考文献 ................................................................. 65 附图 ..................................................................... 67 附图1 功率因数检测电路图 ..................................... 67 附图2 人机接口部分硬件连接图 .................................. 67

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1绪论

1.1 课题研究的背景及意义

变电站是电力网中线路的连接点，其作用是变换电压、变换功率、分配电能等。因此，变电站的安全、经济运行是电力系统安全、经济运行不可分割的重要组成部分。

常规变电所的二次部分主要由继电保护、就地监控和远动装置组成。80年代中期，由于微处理器这些微机型的装置尽管功能不同，其硬件配置却都大体相同。除了微机系统本身，是对无非各种模拟量的采集，以及输入、输出接口电路，而且装置所要采集的量和要控制的对象还有许多是相同的，因而设备重复，结构复杂。于是人们就提出了一种从技术管理和综合自动化的角度来考虑全微机化的变电所二次部分的优化设计。这就诞生了变电站综合自动化技术。变电站综合自动化是80年代才开始在电力系统中受到广泛地重视和应用的。而在西方工业发达国家，早在60年代初期，变电所的远方集中控制的概念就已提出，70年代已普遍开始了变电站综合自动化技术的研究，并在80年代初期得到广泛地应用。

本文介绍的变电所监控及其网络系统的设计就是属于变电站综合自动化系统开发和研究的内容。

1.2 变电站综合自动化技术的发展概况【1】【2】

1. 国外变电站综合自动化系统概况

国外从七、八十年代就开始进行保护和控制综合自动化系统的新技术开发和试验研究工作。目前，日本日立、德国西门子、瑞士Landis&Gyr等国际著名大型电气公司均开发、生产了变电站综合自动化系统，并取得了较为成熟的运行经验。这些系统的主要特点是：采用分层分布式，由站控级和元件/间隔级组成，在站控级和元件/间隔级的通信采用星形光纤连接，继电保护装置下放到就地，主控制室与各级电压配电装置之间仅有光缆联系，而没有强电控制电缆进入主控制室。这种系统既节约了大量控制电缆，又大大减少了对主控制室内计算机系统及其它电子元器件的干扰，提高了系统的运行水平和安全可靠性。同时，国外变电站综合自动化系统发展迅速，制造商很多。为了避免各自为政造成不良后果，同时也为了便于这门新技术能够得到迅速发展和更广泛地应用。许多国际性组织和权威机构都制定了系统的技术规范和标准。

2. 国内变电站综合自动化系统概况

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我国变电站综合自动化的研究工作开始于80年代中期。1987年，清华大学电机工程系研制成功我国第一个符合国情的变电站综合自动化系统，在山东威海望岛变电站成功投入运行。该变电站的综合自动化系统主要由三台微机组成，分成三个子系统，担负了变电站安全监控、微机保护、电压无功控制、中央信号等全部任务。1988年通过技术鉴定，填补了国内一项空白，并达到了国际80年代先进水平。它的运行结果表明：微机技术可以全面、系统、可靠地应用于变电站的自动化工程中，同时也证明了变电站综合自动化对提高变电站的运行、管理水平及技术水平、缩小占地面积、减少值班员抄表、记录以及减少维修工作量等方面有显著的优越性。它的运行成功，也证明了中国完全可以自行研究、制造出符合国情的综合自动化系统。 因此，80年代后期，变电站综合自动化已成为热门话题，研究单位和产品雨后春笋般地蓬勃发展起来。规模比较大的有南瑞公司、四方公司等。

当前，我国在变电站综合自动化技术领域上主要存有两种技术观点。第一种观点认为：变电站综合自动化系统主要考虑“四遥量”的采集，以点为对象，面向“功能设计”，故变电站综合自动化系统应以传统的RTU装置或在其基础上发展起来的数据采集装置、主控单元、遥控执行等装置组成的监控为基础组成。它与微机保护的联系只要通过装置上的串行口收集信息即可，并且特别强调保护的独立性，即两者不能有任何硬件上的融合。这种观点曾一度流行。而第二种技术观点认为：综合自动化技术是以先进可靠的微机保护为核心，以成熟可靠的网络通信技术将测量控制与继电保护融为一体，共享数据资源，并十分强调系统的总体结构优化以及系统的可靠性。系统是以对应的一次设备为对象，面向“对象设计”。当然，它也强调保护的相对独立性，主张在决不降低保护可靠性和功能的前提下，目前至少可以在低压上采用保护与测控合一的综合装置。该技术观点是在微机保护技术逐步成熟并向网络化发展的基础上形成的。随着技术的发展和按这一新思想设计的变电站综合自动化系统的成功投运，并且这种技术观点与国际上先进的设计思想及推出的高品质系统如出一脉。因而，第二种技术观点正逐步成为大家的共识，也成为目前综合自动化技术发展的趋势和潮流。

变电站综合自动化系统的研究和生产工作之所以引起这么多的科技工作者和生产厂家的注意，根本原因在于变电站实现综合自动化，能够全面提高变电站的技术水平，提高变电站运行的可靠性和管理水平。近几年来，大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展给变电站综合自动化技术水平的提高注入了新的活力。新的单片机及微处理器的问世，活跃了计算机市场；网络技术、现场总线等的出现，给广大科技工作者创造了大显才能的条件。因此，近几年来研究变电站综合自动化进入了高潮，其功能和性能也在不断地完善。变电站综合自动化将成为今后新建变电站的主导技术。

综上所述，我国与发达国家在变电站综合自动化技术的发展上还存在较大的差距，但近几年来发展相当迅速，是我国变电站技术的主流方向。因此，大力开展这方面的研究工作具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

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