面向對象的變電站自動化系統就是將各功能單元分布于生產現場采集信息。這種功能單元是帶有微處理器的測控裝置，與現場生產設備一一對應，具備獨立存儲和處理信息的能力。它提高了變電站的自動化水平，緩解了上層管理機的信息處理壓力，為巡檢和現場調試人員提供豐富的參考信息。 [b]1　就地功能單元的概念 [/b] 1.1　面向對象的變電站綜合自動化 　　變電站是電網一切數據的來源，也是電網的主要控制點。實現變電站綜合自動化可以從兩個角度來考慮，一種是面向功能型（function oriented）；一種是面向對象型（object oriented）。傳統的綜合自動化方案傾向于前者，即二次設備設計的方案從功能出發，劃分為數據采集單元、控制單元、遠方通信單元等。這種方法的優點是便于維修和管理，硬件開銷少；缺點是二次接線復雜，事故危害面大。隨著大規模集成電路生產工藝的發展，微機裝置成本下降，使微機裝置下放至生產現場成為可能，于是出現了分層分布的變電站綜合自動化結構。這種結構設計不僅可以減少二次接線，分散二次設備故障的破壞性，且方便檢修人員的現場調試工作。目前大部分進口設備均采用了這種分散分布的構造方式，國內許多生產和研究單位也在致力于這方面的工作。 　　面向對象的設計方案是從對象角度出發，將二次設備與一次設備一一對應起來。但這種概念并不簡單等同于將智能裝置（繼電保護裝置、智能電表、可編程邏輯控制器等）分散分布于現場，它是一種打破目前專業分工限制的全新思路，即將二次設備的設計與一次設備的設計緊密結合起來。以開關柜為例，各TA應該使用智能的測量單元，直接輸出數字化后的采樣數據；各相開關的控制回路應直接綜合進該開關的操作機構；各刀閘的位置傳感器具有智能的信息通信，方便地實現連鎖。每一開關柜有一臺綜合控制器，收集各傳感器的信息，并協調控制，完成保護、測量、控制功能［1］。 1.2　就地功能單元的概念 　　由于目前專業分工的限制，我們還不能做到完全意義上的面向對象設計。但與一般意義上的測控單元不同，這里所說的就地功能單元已帶有面向對象的色彩，即下放到現場，與測控對象一一對應，集保護、測量、控制于一體，記錄更多的一次設備的信息資料。借助它，我們可以得到特定測控對象的當前工況，故障發生前后的動作情況，開關狀態及損耗程度等。除此之外，借助通信網，還可以實現遠方或就地定值修改，遠方或就地控制等功能。 2　監控程序的設計 2.1　就地功能單元的任務 　　（1） 反映實時狀態：電壓、電流、功率、功率因數、功能單元自身狀態（處于正常運行還是調試狀態）、對象的工作狀態（正常或故障、變壓器油溫等）。 　　（2） 記錄歷史數據：故障報告、操作記錄、裝置出錯報告、故障錄波、維護診斷（對開關等一次設備的診斷及裝置本身的自檢）。 　　（3） 保護定值的現場修改、開關的現場控制。 　　（4） 靈活的通信能力，可選的RS?422和RS?485串行數據接口，通過相應通信管理機可完成裝置中數據和實時信息的遠程傳送。或通過RS-232完成裝置在不聯網情況下與PC機的通信。 2.2　就地功能單元存儲和處理的信息 　　由于各功能單元對應的一次設備不完全相同，所需記錄的信息也有差異，但數據庫的結構是相同的，以保證監控程序的可繼承性。 　　（1） 測控對象的實時電量，如：電流、電壓、有功、無功等。在RAM中開辟緩沖區以備通信和顯示用。 　　（2） EEPROM中存儲三組保護定值備份，RAM中也要開辟一組保護定值的緩沖區，以備修改定值和通信用。 　　（3） EEPROM中存儲16條故障信息，其中包括：保護的動作情況、動作值及整定值、動作時間、動作類別、最大跳閘電流、重合后跳閘的最大電流、從發現故障到發跳閘命令的時間、從發現故障到跳開的時間。16條操作信息，其中包括：操作權限、操作內容、操作時間。16條出錯信息，其中包括：出錯類別、出錯時間。RAM中相應開出緩沖區以備刷新和通信用。 　　（4） 記錄從故障發生時刻向后5個周期的采樣數據，即故障錄波。 2.3　監控程序的結構 　　將就地功能單元的任務劃分為8個主功能模塊，按照任務的多少，再下分子模塊，圖1為監控程序的模塊化結構。 　　為保證測量的實時性，監控程序在響應按鍵、顯示信息時停止采樣和測量計算。具體實現方法是：采樣放在中斷程序里，測量計算放在主程序的循環部分，當用戶按鍵時即轉去做相應處理，并記下程序所經過的路徑，然后繼續不間斷地做測量計算直到下一次按鍵出現，監控程序根據路徑記錄可以接著處理上一次的響應。 [b]3　功能單元的信息顯示方式 [/b]　　將功能單元就地安裝，必須考慮裝置能否耐受現場的惡劣工況問題，目前大部分功能單元的監控界面使用液晶顯示。液晶可以顯示漢字，提供較直觀的信息提示，但同時也存在不耐高溫，可視性差的問題。如果采用大型數碼管做顯示，可以克服上述缺點，但數碼管只能顯示數字及有限的英文字母，表達方式比較抽象。但是就地安裝的功能單元顯示的信息主要為巡檢以及現場調試用，可視性及耐受惡劣工況應放在優先地位。需要詳細顯示和分析數據時可以在上層管理機完成或通過RS-232串口與便攜機通信。根據上述對功能的劃分，再考慮到現場的要求（如大多數內置于開關柜的功能單元對尺寸有限制，數碼管和鍵盤的數目不能太多），我們設計了圖2所示的面板。面板上已對各部分做了標注。 　　信息顯示區由6個大型數碼管組成，最左端兩個一般用來顯示提示信息， 余下的用來顯示數字或配合前兩位顯示較長的提示信息。功能燈的作用相當于一個菜單， 這樣， 用戶可根據需要， 按功能鍵進行選擇， 被選中的功能燈閃爍， 按確認鍵后功能燈常亮，提示用戶已進入該功能， 同時信息提示區也會有相應的提示出現。單位燈配合信息顯示區的數字可顯示電量及其單位。功能燈和單位燈都是將數碼管的8個數位分開， 每個數位對應一個燈， 這樣做的目的是為了充分利用硬件資源， 使硬件布置更加緊湊。 3.1　信息的查詢 　　定值管理、信息查詢包含的內容較多，需要分區分項顯示。下面以定值管理為例詳細說明如何用數碼管實現信息的查詢。當用戶用功能鍵切換到“定值”功能，并按確認鍵后，此時“定值”功能燈常亮，在這種狀態下對鍵盤的操作以及顯示的信息內容均與定值有關。定義鍵盤上“+”、“-”鍵用來尋區，“↑”、“↓”鍵用來尋項。 　　以電容器就地功能單元為例，需要配置7組不同的保護，分別是：延時電流速斷、過流、過壓、失壓、不平衡電壓、不平衡電流和過負荷，那么就有7組不同的定值。為方便用戶查詢，我們將以上7組定值分別對應7個區，區內分項。以查找第二區過電流保護定值為例：用戶進入定值管理后，按兩次“+”鍵，進入第二區并顯示提示信息，按“↓”鍵，顯示第一條定值，繼續按“↓”鍵，將逐次顯示各項定值內容直至最后一項。由于分項分區并用數字索引，盡管一次只能顯示一條信息，查找也是相當方便的，缺點是用戶在修改定值時必須借助定值表。 3.2　修改數字 　　無論是修改定值，還是修改密碼，都涉及數字輸入問題。這里我們設計了一種方便快捷的修改方法：用后4位數碼管顯示4位有效數字，“↓”、“↑”鍵用來移位，移到哪一位則哪一位閃動，告訴用戶現在移到的位數，“+”、“-”鍵用來改變數值，步長自動修正。如從10.00改到700.0，可用“↑”鍵移動到最高位，按“+”鍵，則從0開始以10為步長向上加，加至100時，自動修正小數點位，變成100.0（保證4位有效數字），此時如果不移位，繼續按“+”鍵，則以100為步長向上加，也就是步長始終自動調整為正在閃動的那一位數字的數量級。當數字超過1 000時，單位燈自動切換至kA或kV級別，同時步長也會隨之調整數量級。 [b]4　結論 [/b]　　本文介紹的用數碼管做顯示的功能單元的監控程序，基于面向對象的思想設計，在實際應用中主要具備以下幾個特點： 　　（1） 高精度的測量與明晰的顯示。測量精度達0.5級，使之能夠替代常規的測量儀表。為了便于運行人員的直觀巡檢，在設計中，采用了大型數碼管來完成裝置中信息的輸出顯示，可視性強。 　　（2） 方便的人機接口和運行調試。功能單元在設計上，考慮到現場操作的需要，設計了滿足就地操作的各種信息提示，方便了人機交互的信息處理。 　　（3） 可選的通信及信息處理模式。為了滿足電力系統分散式微機自動化發展的需要，在功能單元中，設計了可以選擇的RS?422和RS?485串行數據接口，通過與本系列裝置相配合的通信管理機，可完成裝置中數據和實時信息的遠程傳送。對于沒有聯網的獨立單元，裝置還提供了一個通用的RS?232接口，用戶可以利用此接口，借助在WINDOWS 95環境下開發的調試與通信軟件，完成在不聯網情況下對裝置中運行信息的存取。 　　（4） 完整的故障錄波信息。 　　（5） 詳細的運行和操作記錄。 　　功能單元主電路中設有不掉電的時鐘芯片，為各種信息記錄提供準確計時。 　　在運行中，自動記錄保護整定、調試和運行情況，此類信息帶時間信息，且掉電保存，為裝置的正常運行及事后分析提供詳細操作記錄；在動作時，記錄開關在跳閘過程中的電流變化情況，特別是開關滅弧過程中的最大電流，便于進行開關觸頭的損傷分析，為開關的檢修和更新提供依據。 [b]參考文獻 [/b] 1　陶曉農.分散式變電站監控系統中的通信技術方案.電力系統自動化，1998，22（4）：51～54 2　黃太貴.智能電子設備在變電站綜合自動化中的應用.電力系統自動化，1998，22（3）：54～55 編輯：何世平