摘 要：將每個設備通過雙以太網口直接并入到雙以太網交換機中。網絡通訊協議全部固化在專用芯片上，完全符合ISO定義的開放系統互連模型，協議的每一層面面向測控網都是最優的，可使控制信號非常可靠地傳輸。
《計算機工程與設計》計算機軟件、計算機體系結構、計算機外圍設備、計算機網絡、人工智能、安全/保密技術、計算機仿真技術、計算機輔助工程、多媒體技術、計算機應用、計算機理論與算法、通信技術、信息化技術、光電子技術、可靠性技術、抗惡劣環境技術、嵌入式系統工程、嵌入式應用技術等。
關鍵詞：監控系統,變電站,以太網,嵌入式,實時性,SCADA,計算機工程與設計
一、引言
計算機監控系統按工業級標準設計，采用面向對象的設計思想，功能獨立、安全分散，集保護、測量、控制、遙信、遙調功能于一體，可以應用在110kV及以下電壓等級的變電站、開關站、配電室、大用戶以完成監視、測控、繼電保護等功能。
二、計算機監控系統的功能與特點
計算機監控系統，是采用國際國內公認的標準規約及接口方式，可以和智能設備相聯，進行信息交換，其主要功能與特點為：
1.軟件分散分布式設計、硬件模塊化。
每個功能裝置面向變電站內的一種二次設備，包括相應一次設備全部保護、測量、遠動、控制功能，相互獨立，僅通過站內通信網絡互聯，向監控系統傳送和接收信息。功能齊全，配置靈活，具有極高的可靠性，被認為是綜合自動化技術的發展趨勢。
2.通信網絡采用雙以太網技術、成熟CAN和RS485總線
將每個設備通過雙以太網口直接并入到雙以太網交換機中。網絡通訊協議全部固化在專用芯片上，完全符合ISO定義的開放系統互連模型，協議的每一層面面向測控網都是最優的，可使控制信號非常可靠地傳輸。
可根據數據特征進行不同處理，故障信息自動上報與巡測相結合，使站內通訊信息傳送更加合理化，合理分配通訊負荷，徹底克服了主從式網絡結構的瓶頸現象。
3.良好的抗振動性和抗干擾性、高可靠性
裝置設計為全密封、分層鋁合金隔離、強電和弱電接地分離;采用先進的表面安裝技術和屏蔽技術，抗干擾能力和抗振動性能極強，滿足IEC-255相關指標。
4.分布式事故追憶功能、故障錄波、事故記錄，可存儲相應自己的最近32個SOE。
5.系統友好、功能完善
采用平臺式支持多應用軟件，模塊化設計。系統圖采用全圖形彈出式菜單，全鼠標操作在線報表系統，結合曲線、棒圖信息，滿足用戶實時多媒體數據庫錄入語音、圖象等。
三、監控系統的軟件設計模式
該系統總體設計是以分散型嵌入式為指導思想，面向各對象設計。軟件主要模塊包括：
1.實時監控模塊
可以實現遠動的全部功能，符合調度自動化設計技術規程(DL5003-91、DL5002-91)。滿足電網調度實時性、安全性、可靠性及實用化要求。遠動工作站利用中央總控通訊裝置實現遠動功能，接收信息采用直采直送方式，當站控層遠動工作站以外的計算機故障時調度端也能收到變電站的實時數據。
2.通訊接口模塊
滿足三級調度主站的不同要求，采用部頒CDT規約同時兼容101規約，雙通道自動切換,在任一臺遠動工作站正常情況下主備通道都有正確上傳報文。遠動接口設備可通過GPS進行時鐘校時，也可實現與調度的時鐘同步。具有運行維護接口，具有在線自診斷，遠方診斷，遠方組態及通訊監視功能。
3.SCADA應用模塊
SCADA是以計算機為基礎的DCS與電力自動化監控系統，監控系統具有密碼保護，能設定操作級別和相應的權限，并對不同操作員進行權限限制。系統中可對各微機保護裝置進行授權設定值修改。
遙控及遙調操作時，通過系統主機發出控制命令，自動校驗操作者的操作權限及口令，實現開關的合、分閘操作，或有載調壓變壓器的檔位升降，顯示操作結果并自動記錄操作者、操作對象及操作時間。
4.數據管理模塊
對實時采集到的模擬量、開關量，按照設定時間間隔自動轉存于硬盤。對模擬量進行合理性校驗、上下限比較。對開關量進行實時掃描，分辨率≤1ms，對開關變位做事件記錄并輸出告警，對重要歷史數據進行處理并存盤。系統重啟時，數據不會丟失。編輯、管理為全圖形界面。
對日報數據、月報數據、年報數據以及報警記錄(開關變位、數據越限、保護告警、通道事項)等數據永久保存，對歷史數據庫的數據可進行回顧打印。
根據采集數據進行統計、分析、計算，產生電壓合格率、日/月/年的負荷最大、最小值、負荷率以及電能量分時段累計值、數字輸入狀態量邏輯運算值、設備正常/異常變位次數等，支持各種計算和組合計算，如加、減、乘、除、乘方、開方各種邏輯運算、條件判斷。
5.交互功能模塊
提供圖形顯示、表格及曲線顯示、以及豐富的電力系統專用符號。可以形象觀察實時遙測數據的變化，定制各種實時報表、趨勢曲線、日報表、月報表、年報表(負荷報表、電壓報表、負荷曲線等);設定定時打印或隨機打印任一報表。
具有報警功能，能提供語音報警、聲音報警、報警畫面，報警文件具有完整性，只有被授權人才可修改。
6.VQC模塊
通過綜合分析采集到的遙測量、開關刀閘信號以及各類保護信號，自動提供對分接頭開關的遙調和電容器分合的遙控功能，從而實現變電站的電壓無功補償的最優化。VQC調節操作，不需要人工干預，自動提示操作員是遙升還是遙降，并能夠實現遙控返校的自動執行。
四、監控系統設備配置
1.變壓器保護測控裝置
由微機變壓器差動保護裝置、變壓器后備保護測控裝置(高低壓側)、主變測控單元、非電量保護裝置共同組成并完成實現功能：
保護功能包括：差流速斷保護(兩側或三側差動保護)、比率差動保護(可單獨投退CT斷線閉鎖和二次諧波、CT二次回路斷線報警及閉鎖差動保護)、三段復合電壓閉鎖過電流保護、接地零序保護(三段零序過流保護，帶零序方向)、不接地零序保護(一段定值二段時限的零流閉鎖零壓保護)、間隙接地零序保護(一段定值二段時限的間隙零序過流保護)等。
遙信、通訊、遙測功能 包括：
控制功能包括：就地操作及遠方遙控分合開關，裝置內設操作回路，具有彈簧未儲能閉鎖合閘回路、防跳回路;就地、遠方調節分接頭位置，遙調分接頭急停。
2.線路距離保護測控裝置
微機線路距離保護測控裝置，完成110kV線路保護測控功能，主要功能如下：四段接地距離保護、四段相間距離保護、不對稱故障相繼速動保護、PT斷線后自動投入的兩段過流保護、四段零序過流保護等
3.線路保護測控裝置
微機線路保護測控裝置，完成35kV、10kV線路保護測控功能，主要功能如下：三段式定時限過電流保護(帶方向、低壓閉鎖)、三相四次重合閘及四次合閘后加速功能、低頻減載保護，帶滑差及低電壓閉鎖，閉鎖重合閘等。
4.公共測控單元
測控功能：可以對6組電壓量、2組電流量、6路溫度采集、8路直流測量進行實時測量;可以采集128路開入量;遙控8個對象的分、合閘，或用于其他控制。
5.微機分段保護測控裝置
微機分段保護測控裝置，完成35kV分段保護測控功能，主要功能如下：充電保護，兩段定時限過流保護。
6.電容器保護測控裝置
微機電容器保護測控裝置，完成電容器保護測控功能，主要功能如下：過電流保護、過電壓保護、失壓保護、低壓保護、不平衡電壓、不平衡電流等。
7. PT測控及并列切換裝置
微機 PT監測切換裝置，實現對兩組PT電壓的實時測控，完成兩組相同電壓等級PT的并列及解列操作，并具有母線接地報警功能。主要功能如下：
測量兩段母線電壓、PT高壓、低壓斷線告警、母線絕緣監視、母線過壓、欠壓告警、零序過電壓報警等
8. 備自投裝置
微機備用電源自投裝置，完成兩條線路開關互投或分段開關自投功能。
9. 通信總控單元
通訊總控單元對站內全部智能設備進行通訊管理、數據采集、信號監測，并執行主站下行命令，是全站的中心樞紐。具有事故總信號、預告總信號。
自動控制電鈴、電笛。事故、預告音響有就地遠方/切換開關，音響可引至遠方(如值班室)50米。具有多發多收及主備通道自動切換功能。
能與GPS對時，能接入雙以太網、SCADA系統，能和DCS系統和GIS系統相連。
五、結束語
計算機監控系統是一個分散分布式系統，采用CAN、RS485總線及雙以太網通過雙絞線連接各功能保護裝置至通信總控單元，組成變電站監控系統，通信總控單元與上級調度端、當地監控系統連接，納入調度自動化系統。各功能保護裝置與被保護對象形成一對一的映射方式，各單元含有必須的各種保護功能。保護裝置可裝設開關柜上或集中組屏，它對相關一次設備進行保護、測量和控制，遠方就地切換，就地操作與控制室、調度中心的操作互相閉鎖，對采集的信息進行處理上送，在調度中心操作失效的情況下仍能完成對相關設備的保護、測量和控制功能。
