主頁 > 技術文章 > 變電站綜合自動化裝置教學培訓工作分析 2022-03-16

變電站綜合自動化裝置教學培訓工作分析

摘要：本文說明了各種變電站綜合自動化裝置的硬件具有相同的典型結構，討論了模擬量的輸入／輸出回路，開關量輸入及輸出電路，微型機系統和變電站綜合自動化算法，人機對話、、通信和電源插件，操作回路等各部分培訓的內容、作用和培訓方法，并具體介紹了測控裝置。
   在變電站綜合自動化培訓教學中，學員要熟悉變壓器、線路、電容器等設備的保護裝置、測控裝置、保護測控裝置及各種自動控制裝置。若在每個具體裝置中都全面介紹裝置的結構和工作原理，不但重復太多，浪費時間，而且也不容易全面深人地介紹清楚，且不利于學員理解掌握。因此在培訓中，都要對各種裝置的共性部分進行統一介紹，即介紹裝置的基本結構、原理與接線。下面就裝置部分教學培訓工作進行IV"結，與大家分享。
一、裝置的典型硬件結構：
   裝置部分教學培訓中，首先要把裝置的典型硬件結構弄清楚。成套的綜合自動化系統中微機保護系統、監控系統、自動控制系統等裝置都是由若干模塊組成的，它們的硬件結構都是大同小異，所不同的是軟件及硬件模塊化的組合與數量不同。一個變電站綜合自動化系統中各種子系統的典型硬件結構主要包括模擬量輸人/輸出回路、開關量輸人/輸出回路、微機系統、人機對話接口回路、通信回路和電源。
   裝置采用統一硬件平臺，變電站綜合自動化裝置硬件采用整體面板、國際標準機箱。裝置強弱電徹底分離，CPU板采用印刷板、表面裝貼技術，提高了裝置的可靠性。可自檢和互檢，同時減少各部分的關聯性。通信接口方式選擇靈活，與變電站自動化系統配合，可實現遠方定值修改和切換、事件記錄及錄波數據上傳、壓板遙控投退和遙測、遙信、遙控跳合閘。可通過變電站監控系統對保護裝置所具有的功能實施全遙控操作。裝置采用統一軟件平臺，縮短了產品的研發周期，延長了產品的市場生命周期，從“作坊生產階段”進人到“大規模生產階段”。裝置采用統一數據庫處理，在設計裝置功能模塊時提煉不同功能應用信息的共性，建立一個統一的應用功能數據機構模塊，包含每種功能所需的一切信息，形成功能程序的統一的開發平臺，降低了功能模塊程序開發的難度，提高了功能模塊程序的可靠性。
二、模擬量的輸入/輸出回路：
  1.模擬量的輸入電路：
   變電站綜合自動化系統采集的一次設備的電流、電壓、有功功率、無功功率、溫度等都是屬于模擬量，由于微機只能識別數字量，故模擬信號必須轉換成數字信號才能輸人到微機中進行處理。典型的模擬量輸人電路的結構框圖，主要包括電壓形成電路、低通濾波電路、采樣電路、多路轉換開關及A/D變換芯片五部執電壓形成電路除了起電量變換作用外，另一個重要作用是將一次設備的電流互感器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機A/D轉換系統完全隔離，提高抗干擾能力。通過低通濾波器與采樣定理、采樣保持器、模擬量多路轉換開關、模/數變換(A/D)的詳細講解，使學員熟悉模擬量輸人電路如何隔離、規范輸入電壓及完成模/數變換、與CPU接口，完成數據采集任務。
   為了使學員更好地理解和掌握培訓內容，講變換器時向學員展示變換器插件實物，講清楚變換器的輸人信號和輸出信號。講解低通濾波時也將實物插件展示給學員，理論聯系實際，可取得很好的培訓效果。
   2模擬量輸出電路：
    培訓中簡要說明模擬量輸出電路的組成、數/模(D/A)轉換器工作原理。模擬量輸出電路的作用是把微型機系統輸出的數字量轉換成模擬量輸出，該任務主要由數/模(D/A)變換器來完成。由于D/A轉換器需要一定的轉換時間，在轉換期間，輸人待轉換的數字量應該保持不變，而微型機系統輸出的數據在數據總線上穩定的時間很短，因此在微機系統與D/A換器間必須用鎖存器來保持數字量的穩定，經過D/A轉換器得到的模擬信號一般要經過低通濾波器，使其輸出波形平滑，同時為了能驅動受控設備，可以采用功率放大器作為模擬量輸出的驅動電踐 D/A轉換器的作用是將二進制的數字量轉換為相應的模擬量，其主要部件是電阻開關網絡和集成運算放大器。
三、開關量輸入及輸出電路：
   開關量輸人、輸出電路是非常重要的教學內容。學員只有明白了斷路器、變壓器分接頭的位置狀態是如何被采集和輸出后才能更好地工作。
在變電站綜合自動化系統的數據采集中，除模擬信號外，還有大量的以二進制數字變化為特點的信號，如隔離開關、斷路器的狀態，按鈕、普通的開關、刀閘、斷路器的觸點以及人機聯系的功能鍵的狀態等，稱為開關量。
     1.開關量輸入電路：
   開關量輸入電路的基本功能就是將變電站內需要的狀態信號引人微機系統，如斷路器狀態、繼電保護信號等。開關量輸人電路由消抖濾波電路、信號調節電路、控制邏輯電路、驅動電路、地址譯碼電路、隔離電路等組成。培訓中講清消抖濾波電路與信號調節電路、電隔離技術的應用、驅動控制與端口地址譯碼問題，特別是要了解簡單的開關量輸人電路。開關量信號都是成組并行輸人(出)微機系統的，每組一般為微機系統的字節，即8, 16或32位，對于斷路器、隔離開關等開關量的狀態，體現在開關量信號的每一位上，如斷路器的分、合兩種工作狀態，可用0, 1表示。簡單的開關量輸人電路包括斷路器和隔離開關的輔助觸點、跳合閘位置繼電器觸點、有載調壓變壓器的分接頭位置等輸入、外部裝置閉鎖重合閘觸點輸人、裝置上連接片位置輸入等回路。
   2．開關量輸出回路：
  開關量輸出電路主要是將CPU送出的數字信號或數據進行顯示、控制或調節，如斷路器跳閘命令和屏幕顯示、報警信號等。開關量輸出電路與輸人電路基本一樣。簡單的開關量輸出主要包括保護的跳閘出口以及本地和中央信號等，一般都采用并行接口的輸出來控制有觸點繼電器(干簧或密封小中間繼電器)的方法，但為提高抗干擾能力，最好也經過一級光電隔離。
四、微型機系統和變電站綜合自動化算法：
  微型機系統的CPU是由一片大規模集成電路芯片制成，不僅能進行算法邏輯運算，還能執行各種控制功能。配備一定容量的存儲器、輸人/輸出設備的接口電路及系統總線。計算機監控系統都應具有數據采集和輸出控制部分，這兩個部分構成了基本測控單元的主要內容。數字信號處理器(DSP)是一種經過優化后用于處理實時信號的微控制器。在變電站綜合自動化系統中，計算機對采樣值進行分析、計算得到所需的電流、電壓的有效值和相位以及有功功率、無功功率等量，或者算出它們的序分量，或者線路和元件的視在阻抗，或者某次諧波的大小和相位等，并根據這些參數的計算結果以及定值，通過比較判斷決定裝置的動作行為，而完成上述分析計算和比較判斷以實現各種預期功能的方法就稱為變電站綜合自動化系統算法。其主要任務是如何從包含有噪聲分量的輸入信號中快速、準確地計算出所需的各種電氣量參數。培訓中要說明研究算法的目的主要是提高運算的精確度和提高運算的速度。算法的運算速度將影響自動化裝置檢測量的檢測和自動化裝置的動作速度。變電站綜合自動化系統中保護和監控對算法有不同要求。
五、人機對話、通信和電源插件：
  1.人機時話：
   人機對話的主要內容有顯示畫面與數據(包括時間、日期);單線圖的狀態、潮流信息;報警畫面與提示信息;事件順序記錄。事故記錄;趨勢記錄;裝置工況狀態顯示;保護整定值;控制系統的配置顯示，包括退出運行的裝置的顯示以及信號流程圖表;值班記錄;控制系統的設定顯示等。主要介紹人機對話微型機系統的硬件原理、鍵盤響應電路、屏幕(液晶)顯示電路、打印機的接口電路、多機通信和巡檢開關、人機對話插件等。重點講清人機界面操作和命令菜單使用說明。
   2.通信插件：
   通信插件承擔著裝置的管理和通信任務，是承接裝置與夕卜界通信及交換信息的管理插件，如與面板、PC調試軟件、監控后臺、工程師站、遠動、打印機等的聯系，根據保護的配置組織上送遙測、遙信、SOE、事件報文和錄波信息等。通信插件可根據需要設置有Lan網口、以太網口、RS485口和RS232口，滿足不同監控和遠動系統的要求。另外，還設置有GPS對時功能，可滿足網絡對時和脈沖對時方式的要求。
   3.電源插件：
   每個裝置均有一個獨立的開關電源，向其他插件供電，此開關電源與插件面板構成電源插件(又叫電源模件)。培訓中要重點說明輸出電壓的作用。輸出電壓十SV為CPU及其外圍芯片提供工作電源;15V為模擬輸人回路運放提供工作電源;+24V為開出、開人回路提供電源。
六、操作回路：
  培訓中分兩個方面介紹操作回路。一是介紹斷路器操作回路的原理框圖，讓學員明白操作回路的基本原理;二是讓學員看懂實際的操作回路。
  1、斷路器操作回路的原理框圖：
  首先介紹斷路器操作回路總體上分為合閘回路和跳閘回路兩大部分，介紹合閘回路和跳閘回路的工作過程。手動操作時可選擇遙控操作或就地操作。當就地/遙控選擇開關打至遙控”位置時在后臺機上手動遙控操作;當就地/遙控選擇開關打至“就地”位置時工作人員在裝置上就地操作斷路器。然后介紹自動操作時保護接點通過連接壓板直接接人控制電源進行斷路器操作，并介紹防跳回路的作用和原理。最后介紹位置信號、控制回路斷線和事故信號。
  2、斷路器操作回路實例：
   斷路器操作回路的原理框圖與實際操作回路還有一些距離，為了學員更好地工作，還需要講解斷路器實例操作回路，如南瑞繼保電氣有限公司RSC-941A型裝置操作回路和南自IOKV線路保護測控柜斷路器操作回路。
七、測控裝置：
  測控裝置用于各種電壓等級的變電站中，綜合考慮變電站對數據采集、處理的要求，以微機技術實現數據采集、控制、信號等功能。采用現場測控網絡與安裝于控制室的中心設備連接，依靠變電站自動化系統的間隔測控單元實現全變電站的監控。裝置完全按照間隔單元實現測量、記錄、監視、控制等功能，能夠滿足各種電壓等級的變電站綜合自動化系統的要求。
  1.測控裝置硬件結構與功能：
  測控裝置主要由交流變換插件、CPU插件、顯示面板、通訊插件、開入開出插件、電源插件等模塊構成。測控裝置功能有開關量變位遙信;電壓、電流的模擬量輸入;斷路器遙控分合，空接點輸出，出口動作保持時間可程序設定;脈沖累加單元，空接點開入;遙控事件記錄及事件SOE;支持行業標準通訊接口。
   2.PSR650系列數字式綜合測控裝置：
PSR650系列數字式綜合測控裝置適用于各電壓等級變電站等測量控制領域，實現四遙及同期合閘等自動功能。PSR650系列數字式綜合測控裝置為19英寸機箱裝置配置，2一3塊交流采集模件(AC)，共采集12路電流、12路電壓、1塊直流溫度采集模件(DC, TDC)可選，共12路采集、2塊數字量采集模件(DI)，共40路采集(包括脈沖量采集);2塊智能控制模件(OUT)，共20路開接點輸出;CPU模件、POWER模件各一塊。PSR652數字式綜合測控單元面板由液晶顯示屏、二級管指示灶復歸按鈕和鍵盤等四部分組成。PSR 650系列數字式綜合測控裝置的鍵盤操作和液晶顯示界面采用對話框結合菜單式操作方式。
  培訓過程中從一般到特殊，再由特殊到一般。先講授一般裝置的原理與組成，再講一個具體的測控裝置的組成、原理、特點、功能。針對受訓人員所在的工作環境、所使用的設備及上述電路的實物插件，拍一些相關實物圖片放在課件里，讓學員摸得著、看得見，以便更好地實施培訓。培訓的目的是為了實現知識更新，知識更新包含兩個內容:理論學習和實踐技能學習。“讀書是學習，使用也是學習，而且是更重要的學習。”“精通的目的全在于應用。”培訓更是體現在應用中。職工培訓注重實際及相關技能的培養是職工培訓與傳統學校教育最大的不同之處，也是職工培訓的特性所在。培訓內容的安排、培訓過程的實施、培訓方式的設計等都應充分體現這一理念。學習內容不是固定不變，而是根據公司的實際情況作相應的變化，即從標準模式到量身定做，直接使用實際案例，案例分析要與當前的業務相結合。在教學形式上，強調業務導向、結果導向和日常工作導向，現場培訓采用團隊學習、專題討論等方式，很好地促進了技能的傳播，使員工具有多種技能。
幾年的培訓實踐表明，要做好培訓，培訓師的學習力要強，要不斷更新知識和觀念，在課程中充實新的理論和案例，理論聯系實際，培訓方法多樣，案例教學效果會更好。通過培訓使員工的理論水平和實踐技能綜合素質得到提升，從而進一步提升企業竟爭力。

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