（华中科技大学电气及电子工程学院，湖北武汉430074）

1　变电站综合自动化系统运行分析
1．1　变电站综合自动化系统的结构及特点
　　东莞地区所使用的变电站综合自动化系统，具有结构简单、设计施工方便的优点，完全可以满足无人值班变电站的要求。该系统的典型内部结构如图1所示。

　　系统以全微机化的新型二次设备取代了常规的电磁设备，省略了常规的变送器、模拟屏、控制屏等设备，做到了资源共享。系统采用分层分布式原则，使用大量的80C188，80C196等工业CPU，充分发挥每个CPU的运算处理能力，使系统具有较高的运行速度和可靠性。模拟量测量采用了高精度交流变换器，32点采样，运行稳定可靠，精度较高；系统采用压频转换光电隔离技术实现了高精度的直流采样，测量误差小于0．2％。遥信输入采提高了系统的抗干扰性能。遥控输出也采用全光电隔离，继电器线圈电源由专门的启动回路控制，保证了正确出口。
1．2　实际运行中存在的问题
　　在实际运行维护中，该变电站综合自动化系统仍存在一定的问题：
　　a）从图1可见，该系统结构比较复杂，元件较多。主控主板通过RS－485接口与从控主板通信，从控主板通过RS－422接口与交流采样板、开关量板等元件通信。
　　该系统属于并－串联方式的混合结构系统，从系统可靠性的角度看，该系统似乎比简单的并联结构的系统要高。但是，混合结构的系统要提高可靠性，必须对各子系统（元件）的可靠度提出一定的要求。
　　现在研究元件故障对系统可靠性的影响。设有1个具有N个元件的系统，经运行时间t后，有F（t）个元件失效，其余S（t）个元件仍保持完好，则分别定义元件的可靠度R（t）和不可靠度Q（t）为

　　R（t）和Q（t）都是时间t的函数。定义元件的失效率Z（t）为

失效率Z（t）表示单位时间内失效的元件数与非失效的元件数之比。
令Z（t）＝λ，可推导出

　　式（1）表明系统的可靠度与元件失效率λ成指数关系。如果系统中包含有N个元件，而每个元件的失效率为λ_k，则λ为

　　从式（2）可见，系统的结构复杂，元件较多，必然会使总失效率增加；从式（1）可见，如果子系统（元件）的可靠度极低，则无论采用什么结构和系统，它们的可靠性都无法提高，甚至还要降低。
　　实际应用中，各通信口使用MAX1483等芯片进行电气连接，未采用有效的抑制外部噪声的传输方式，对电磁干扰与兼容存在薄弱环节。设备运行中，这些通信口正是系统元件的薄弱之处，造成元件（模块）失效而影响整个系统的运行。
　　东莞市某变电站曾经出现过1次全部从控主板损坏，造成监控系统全部瘫痪的现象。后经检查发现，该从控主板的通信芯片全部损坏，整批更换后恢复正常。可见，该系统的数据传输的电磁兼容性问题非常严重，亟待解决。
　　b）该系统缺乏标准、统一的运行程序与应用软件，给运行维护工作造成极大的障碍。在对设备的运行维护工作中，当需要对系统进行配置修改、对其运行状况进行检测的时候，由于该系统的应用软件是基于DOS开发的，人机界面不够简洁明了，所以要求运行维护人员具有较强的编程能力；使用过程繁琐，增加出错概率，对系统的故障诊断有一定的难度，造成维护、维修困难。
　　c）运行过程中容易出现继电保护与远动设备界面不清现象，对电网调度自动化设备的运行维护工作极为不利。
1．3　对策
　　a）由于变电站现场的电磁干扰非常严重，而且温度条件也相当复杂，因而对远动系统的可靠运行是一个严峻的考验。而远动系统多数由单片机、工控机和大量的数字、模拟电路组成，对运行环境要求比较苛刻。应该在各通信口中增加光电隔离与过电压嵌位电路，并尽量提高元件的集成度，减少外部接线，以提高产品的整体抗干扰能力。
　　b）由于一般的远动设备维护人员的技术水平有限，而且设备种类繁多，建议厂家开发面向用户的标准的设备维护人机界面，使运行维护人员使用起来方便快捷，事半功倍。
　　c）至于继电保护与远动设备界面不清现象，由于是涉及设备初期设计的问题，因而在实际运行中需制定相关运行规程，并联合继电保护专业技术人员进行设备维护。
2　常规RTU运行分析
2．1　RTU设备的结构及特点
2．1．1　结构
　　东莞地区使用的RTU设备，以GR－90设备为代表。其结构如图2所示。该设备属于简单的并联结构系统，元件数量较少。其中所有元件的平均无故障间隔时间超过80000h，从式（1）和式（2）可见，由于元件的失效率较低，因而该设备的运行可靠性是比较高的。该设备结构简单合理，在功能齐备的前提下，符合“简洁至上”的原则。而在结构设计上充分考虑到现场维护的方便性，可以带电拔插运行中的I／O模块，使得现场维修非常方便，平均修复故障的时间只需几分钟。并且，设备中各元件具有相对的独立性，某元件出现故障时，并不影响整个设备的运行。

2．1．2　特点
　　a）该设备的主板与各模块通过HDLC高速数据链路通信，称之为D．20Link。它是1条高速的通信和分布型电源网络，可以直接把31块I／O模块与D20M连接，增加1个转发器可以连接多达63个I／O模块。D．20Link采用变压器耦合方式，可以隔离来自变电站现场的干扰。
　　b）设备采用更具智能的I／O模块，各模块均自带8位微处理器，与RTU主板可进行远程通信。采用了高速、低噪声、高可靠性的CMOS器件，可编程逻辑阵列技术，使元件具有更高的灵活性；更少的逻辑线路应用，进一步提高设备的运行可靠性。
　　c）该设备配备了功能强大的标准化的人机界面（CONFIG－PRO），基于WINDOWS界面开发，操作简单可靠。运行该程序，可以直接对RTU进行配置修改，对运行中的RTU进行故障点的精确诊断，给维护工作带来极大方便。
　　d）该设备本身具有AVQC（自动电压无功控VQC（电压无功控制）调节程序可自动跟随变电站不同的供电运行方式，并根据采集到的电压无功实测值进行VQC调节。
2．2　在实际运行中存在的问题
　　a）主机电源同时为主机板、遥测、遥信、遥控模块供电，容易造成各模块互相串扰，而且电源容量有限，不适合大负荷运行；
　　b）对于遥测量采集模块，由于需要外加变送器，模拟量输入板直接与变送器输出连接，当变送器损坏，输出过电压的时候，极易损坏采集模块；
　　c）对于开关量采集模块，由于该设备使用48V的信号电源，采集接口的灵敏度较高，不利于抑制信号回路的干扰。
2．3　对策
　　a）实际应用中，我们将主板电源、各模块电源、信号电源、控制输出电源进行独立供给，并且在电源线之间及电源线与地之间加装浪涌吸收器，提高设备的运行可靠性。
　　b）在遥测采集模块的采集输入端子加装±6V的嵌压电路，使遥测量采集模块的输入电压限制于±6V以内。
　　c）对于遥测采集，也可采用交流采样模块代替传统的变送器。交流采样的方式，有效地抑制了温漂，降低了小信号、非线性和相位角引起的误差，使测量精度明显提高。由于交流采样模块与远动主机的紧配合形式，减少了中间电气转换环节和连接环节，也增加了可靠性，降低了成本，方便了用户的安装维护。
　　d）提高遥信采集模块的信号输入电压，进一步降低遥信接口的敏感度，提高信噪比，使用更高电压的信号电源（如110V或220V），进一步提高遥信采集设备的抗干扰能力。
3　结束语
　　在实际应用中，两类装置各具特色，在保证东莞电网安全可靠运行的过程中发挥着不可替代的作用。两者若能互相取长补短，必能在电力市场环境下，为保证电网科学调度、科学管理发挥更大的作用。