變電站自動控制系統
1.1變電站自動控制系統介紹
變電站，改變電壓的場所。為了把發電廠發出來的電能輸送到較遠的地方，必須把電壓升高，變為高壓電，到用戶附近再按需要把電壓降低，這種升降電壓的工作靠變電站來完成。變電站的主要設備是開關和變壓器。按規模大小不同，稱為變電所、配電室等。
變電站自動控制系統經過十多年的發展已經達到一定的水平，在我國城鄉電網改造與建設中不僅中低壓變電站采用了自動化技術實現無人值班，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設中也大量采用自動化新技術，從而大大提高了電網建設的現代化水平，增強了輸配電和電網調度的可能性，降低了變電站建設的總造價，這已經成為不爭的事實。然而，技術的發展是沒有止境的，隨著智能化開關、光電式電流電壓互感器、一次運行設備在線狀態檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟，以及計算機高速網絡在實時系統中的開發應用，勢必對已有的變電站自動化技術產生深刻的影響，全數字化的變電站自動化系統即將出現。
變電站是電力系統的一部分，其功能是變換電壓等級、匯集配送電能，主要包括變壓器、母線、線路開關設備、建筑物及電力系統安全和控制所需的設施。改變電壓的場所。為了把發電廠發出來的電能輸送到較遠的地方，必須把電壓升高，變為高壓電，到用戶附近再按需要把電壓降低，這種升降電壓的工作靠變電站來完成。變電站的主要設備是開關和變壓器。按規模大小不同，稱變電所、配電室等。
變電站起變換電壓作用的設備是變壓器，除此之外，變電站的設備還有開閉電路的開關設備，匯集電流的母線，計量和控制用互感器、儀表、繼電保護裝置和防雷保護裝置、調度通信裝置等，有的變電站還有無功補償設備。 變電站的主要設備和連接方式，按其功能不同而有差異。變電站還裝有防雷設備，主要有避雷針和避雷器。避雷針是為了防止變電站遭受直接雷擊將雷電對其自身放電把雷電流引入大地。在變電站附近的線路上落雷時雷電波會沿導線進入變電站，產生過電壓。另外，斷路器操作等也會引起過電壓。避雷器的作用是當過電壓超過一定限值時，自動對地放電降低電壓保護設備放電后又迅速自動滅弧，保證系統正常運行。目前，使用最多的是氧化鋅避雷器。
1.2變電站自動控制系統工作原理
在變電站自動控制領域中，智能化電氣的發展，特別是智能開關、光電式互感器機電一體化設備的出現，變電站自動化技術進入了數字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設備的一部分。反言之，智能化一次設備的數字化傳感器、數字化控制回路代替了常規繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電站則將保護、監控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關柜上，實現了變電站機電一體化設計。
變電站自動控制系統的結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網絡化的二次設備；在邏輯結構上可分為三個層次，根據IEC6185A通信協議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。
第2章 變電站自動控制系統設計
2.1 變電站自動控制系統儀表的選擇
儀表的種類有：溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、電工儀器儀表、工業自動化儀表、供應用儀表、機械量儀表等多種類型。
壓力儀表檢測儀：根據工藝生產的要求,被測介質的性質、現場環境條件等方面，來選擇壓力檢測儀表類型，測量范圍及精度等。例如：是要進行現場指示，還是要遠傳，報警或自動記錄；被測介質的物理化學性質（如溫度高低、粘度大小、腐蝕性、臟污程度、易燃易爆等）以及現場環境條件（如溫度、電磁場、振動等）對登記表是否有特殊要求等。對于特殊的介質、則應選用專用壓力表，如氨壓力表，氧力壓力表等。而且儀表測量范圍的確定壓力檢測儀表的測量范圍要根據被測壓力的大小來確定。為了延長儀表的使用壽命，避免彈性元件產生疲勞或因受力過大而損壞，壓力表的上限值勤必須高于工作生產中可能的最大壓力值。根據規定，測量穩定壓力時，所選壓力表的上限值應大于最大工作壓力的2倍；測量高壓壓力時，壓力表的上限應大于最大工作壓力的5/3。為了保證測量值的準確度，儀表的量程又不選得過大，一般被測量壓力的最小值，應在量程的1/3以上。
溫度測量儀表：是測量物體冷熱程度的工業自動化儀表。一般的溫度測量儀表都有檢測和顯示兩個部分。在簡單的溫度測量儀表中，這兩部分是連成一體的，如水銀溫度計；在較復雜的儀表中則分成兩個獨立的部分，中間用導線聯接，如熱電偶或熱電阻是檢測部分，而與之相配的指示和記錄儀表是顯示部分。
選擇儀器儀表最關鍵的是精度，如果說一臺儀器不能達到應有精度,那它也就沒什么可使用價值了。測量誤差為測量結果減去被測量的真值的差，簡稱誤差。因為真值（也稱理論值）無法準確得到，實際上用的都是約定真值，約定真值需以測量不確定度來表征其所處的范圍，因此測量誤差實際上無法準確得到。測量不確定度：表明合理賦予被測量之值的分散性，它與人們對被測量的認識程度有關，是通過分析和評定得到的一個區間。
2.2變電站自動控制系統傳感器的選型
傳感器一般由敏感元件、傳感元件和基本轉換電路三部分組成。
傳感器種類很多，有風速傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器、溫濕度傳感器等多種類型。傳感器的類型和特點是非常獨特的，是專為適應各種形勢和注塑環境而設計的。
壓力傳感器： 壓力傳感器的分類有很多的因素，單單從制作的結構上來分有普通型和隔離型。普通型壓力/差壓傳感器的測量膜盒為一個，它直接感受被測介質的壓力或差壓；隔離型的測量膜盒接受到的是一種穩定液（一般為硅油）的壓力，而這種穩定液是被密封在兩個膜片中間，直接接受被測壓力的膜片為外膜片，原普通型膜盒的膜片為內膜片，當外膜片上接受壓力信號時通過硅油的傳遞原封不動的將外膜片的壓力傳遞到了普通膜盒上，從而可以測出外膜片所感受到的壓力。隔離型壓力/差壓傳感器主要是針對特殊的被測量介質設計和使用的，如果被測介質離開設備后會產生結晶，而使用普通型壓力/差壓傳感器需要取出介質，會將導壓管膜盒室堵塞使其不能正常工作，所以必須選用隔離型。
傳感器的技術參數有：輸入電源、額定電流、相對溫度、外型尺寸。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量。因此可以說，沒有眾多的優良的傳感器，現代化生產也就失去了基礎。
在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。 精度：精度是傳感器的一個重要的性能指針，它是關系到整個測量系統測量精度的一個重要環節。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。
如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。
2.3變電站自動控制系統方案分析
變電站監控最重要的是對工藝過程中的各項參數如電壓、電流、有功、無功等進行實時監控。變電自動控制系統中可以直觀看到變電所各設備的運行狀態、異常情況，裝置可以可靠的進行遙控跳臺閘操作。實時顯示當前通訊工作狀態，實時顯示變電所各實時電量、開關狀態、信號狀態及動作類及數據。變電站要安全轉換電壓、配送電能所以必須在各種干擾的情況下，將電壓、電流、有功等穩定控制在工藝允許的誤差范圍內，所以對這些參量監控就是生產過程中的關鍵。設計變電站計算機綜合監控系統，不僅節省了人力物力，而且在準確性、靈活性以及生產效率上都有明顯提高，保證了變電站安全穩定。
針對變電站計算機監控系統的要求，我們設計了以一臺研華工控機通過通信轉換器組成的分布式監控系統。由PLC控制系統負責采集現場數據并且傳輸到上位機。上位機作為管理機構,負責文件管理、數據庫維護、報表自動生成并定時打印。下位機PLC要對現場進行測量、采集信息，并通過線路送到主機,由上位機完成數據處理的任務,根據下位機傳送來的信息,上位機自動生成各種報表,并在指定的時間打印輸出,從而將繁重的數據處理任務交給上位機完成,大大減輕了下位機的負擔,以便更好地進行各個子系統的數據采集和控制功能,保證系統的可靠性和精度。圖2—1為計算機監控的系統配置圖。
PLC控制系統主要完成對現場數據的采集、現場儀表和執行機構的控制。來自生產現場的生產過程參數經過傳感器測量變送后變為4~20mA的標準儀表信號，經信號電纜傳送至PLC。模擬信號經模數轉換后變為數字信號，同時對需要控制的過程參數在PLC中進行PID運算，將運算結果經數模轉換后輸出4~20mA的控制信號，經放大整形后驅動執行機構，實現對過程參數的PID控制。
第3章 基于Realinfo的變電站自動控制系統監控程序設計
3.1建立一個新工程
點擊開始---程序---紫金橋6.5，啟動后的工程窗口如圖3-1所示：
新建過程：在工程管理器窗口中單擊“新建”，在新建工程向導之------歡迎使用本向導窗口中單擊“下一步”，輸入工程名稱“變電站”，單擊“下一步”，輸入工程名稱“變電站”，單擊“完成”，將新建的工程設為紫金橋當前工程雙擊該工程，單擊“忽略”后，單擊“確定”，進入演示方式。
打開界面之后，開始繪制各種圖案。繪制圖素的主要工具放置在圖形編輯工具箱。當畫面打開時，工具箱自動顯示。選擇工具在單中的顯示調色板，彈出調色板畫面，選擇工具菜單中的顯示線形，可選擇不同型號的線型，如圖3-2所示。
3.2變電站自動控制系統主控界面
通過的一系列工具制作出的變電站自動控制系統主控界面的靜態圖，用于監控變電站內的變壓器以及電網繼電保護裝置，該系統具有站級監控層、間隔級監控層以及信息交互層，所述站級監控層與間隔級監控層分別連接所述信息交互層，所述站級監控層包括若干人機交互基站；所述間隔級監控層包括總測控模塊、安全報警模塊、繼電保護測控模塊以及通信接口。本實用新型可以實施變電站自動控制，精簡了變電運行值班人員數量，提高了勞動生產率，提高了變電運行和設備自動化水平，為電力系統的安全穩定運行提供了堅強技術保障。
3.3變電站自動控制系統儀表界面
界面設計是人與機器之間傳遞和交換信息的媒介，包括硬件界面和軟件界面，是計算機科學與心理學、設計藝術學、認知科學和人機工程學的交叉研究領域。近年來，隨著信息技術與計算機技術的迅速發展，網絡技術的突飛猛進，人機界面設計和開發已成為國際計算機界和設計界最為活躍的研究方向。
儀表界面設計時，需要各種元素（如圖形、文字、空白）都會有視覺作用。根據視覺原理，圖形與一塊文字相比較，圖形的視覺作用要大一些。所以，為了達到視覺平衡，在設計網頁時需要以更多的文字來平衡一幅圖片。另外，按照中國人的閱讀習慣是從左到右，從上到下，因此視覺平衡也要遵循這個這個道理。
儀表界面采用真空熒光顯示屏（VFD）專用控制驅動芯片，集成了VFD顯示控制，按鍵控制，LED顯示控制等功能，有效地節省了單片機的接口資源，簡化了電路的設計。實驗測試表明：該界面具有顯示穩定可靠，干擾性強，人機界面有好，操作簡單方便等性能。具有良好的應用推廣價值。
通過對軟件的各種元素（顏色、字體、圖形、空白等）使用一定的規格，使得設計良好的網頁看起來應該是和諧的?；蛘哒f，軟件的眾多單獨網頁應該看起來像一個整體。軟件設計上要保持一致性，這又是很重要的一點。一致的結構設計，可以讓瀏覽者對軟件的形象有深刻的記憶；一致的導航設計，可以讓瀏覽者迅速而又有效的進入在軟件中自己所需要的部分；一致的操作設計，可以讓瀏覽者快速學會在整個軟件的各種功能操作。破壞這一原則，會誤導瀏覽者，并且讓整個軟件顯的雜亂無章。