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1、光电传感器在变电站通信控制系统中的应用摘要随着光电传感器技术的不断成熟，其在变电站自动化系统中的实用化成为研究的重点。本文在分析了光电传感器性能特点的基础上，从通信方式和通信系统结构的影响两个方面阐述了光电传感器的应用对变电站通信控制系统的影响。并结合我国变电站自动化系统的现状，重点探讨了光电传感器在变电站自动化系统中的应用方法和步骤：利用仪用传感器单元实现光电传感器与通信网络的接口；根据通信技术的发展状况和变电站的应用需求，光电传感器的接入方式可以分为三种不同的形式。光电传感器作为新型的电子式互感器，其应用将对变电站自动化系统产生深远的影响。关键词：光电传感器；变电站自动化系统；光电接口；网
2、络通信摘要I引言11光电传感器的介绍21.1 光电传感器的概述21.2 光电传感器的原理21.3 光电传感器的性能和特点32光电传感器的应用范围52.1 光源本身是被测物的应用实例52.1.1 红外线辐射温度计52.1.2 热释电传感器在人体检测、报警中的应用92.2 被测物吸收光通量的应用实例152.3 被测物体反射光通量的应用实例172.4 被测物遮挡光通量的应用实例233光电传感器的应用对变电站通讯系统的影响253.1 直接改变变电站通讯系统的通信方式253.2 对通信系统结构的影响264光电传感器在变电站自动化系统中的应用274.1 兼容传统互感器，点对点通信和过程总线相结合阶段274
3、.2 过程总线共享传感器数据阶段284.3 过程总线和站级总线统一，全站共享数据阶段28结论29致谢错误!未定义书签。参考文献31光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电传感器作为一种新型的电压电流测
4、量装置，与传统电磁式互感器相比较，具有绝缘强度高、动态范围大、频带宽、抗干扰能力强、不会产生磁饱和及铁磁谐振、体积小、重量轻、造价低等一系列优点。自20世纪60年代以来，光电传感器经历了原理性研究、试验样机和现场挂网运行等阶段。目前国外已经有部分实用化产品投入市场，但真正得到大规模的应用还有一个过程，而且国内变电站自动化系统的应用水平不一，如何让光电传感器在变电站自动化系统中得到应用并提高变电站自动化系统的水平，成为光电传感器研究的重点。变电站通信控制系统是变电站自动化系统的重要组成部分，其技术水平直接关系到变电站自动化系统的性能。随着电子技术和通信技术的飞速发展，变电站通信系统也经历了集中式
5、、功能分布式和分散分布式等阶段。而通信系统的发展变化总是与变电站的测控、保护装置的发展变化相适应的。随着光电传感器在变电站中的应用，将对变电站通信控制系统产生深远的影响，并提高其自动化应用水平。1光电传感器的介绍1.1 光电传感器的概述光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换
6、的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。1.2 光电传感器的原理由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是
7、多种多样的,按光电元件（光学测控系统）输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法可分为透射（吸收）式,漫反射式,遮光式（光束阻档）三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射到光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关。光敏二极
8、管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时,它与普通二极管一样，反向电流很小（VµA）,称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号
9、放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=(l+)Icbo(很小)，比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子空穴对，使得基极产生的电流Ib增大,此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流IC=(l)Ib,可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。1.3 光电传感器的性能和特点光电传感器(C)PtiCElectricTranSdUCer,0ET)根据传感头
10、设计原理的不同可以分为有源型光电传感器(ACtiVeoET,AOET)和无源型光电传感器(PaSSiVeOET,POET)两种。前者在高压端采用新型传感头得到性能优越的电信号，利用光电转换为数字信号传输到低压端；后者主要是利用Faraday磁光效应(电流传感器)和Pockels电光效应(电压传感器)调制光信号，传感过程中不涉及电信号。虽然Ae)ET和Pc)ET的传感原理差别很大，但传感特性和输出接口却存在很多的共同性，主要体现在以下几个方面：1暂态响应范围宽，谐波测量能力强暂态特性的优劣是判断一种互感器能否在电力系统中获得应用的一个重要参数，特别是与继电保护动作时间的配合。传统电磁式互感器由于
11、存在铁芯，对高频信号的响应特性较差，不能正确反映一次侧的暂态过程。而光电互感器传测量的频率范围主要由电子线路部分决定，没有铁芯饱和的问题，因此能够准确反映一次侧的暂态过程。一般可设计到0.1HZ至UlMHz,特殊的可设计到200MHZ的带通。光电传感器的结构可以测量高压电力线路上的谐波。而电磁感应互感器是难以达到的。2数字接口，通信能力强由于光电传感器下传的就是光数字信号，与通信网络容易接口，旦传输过程中没有测量误差。同时随着微机化的保护控制设备的广泛采用，光电互感器可以直接向二次设备提供数字量，这样就能省去原来保护装置中的变换器和A/D采样部分，使二次设备得到大大的简化，推动保护新原理的研究
12、。3体积小，重量轻、易升级，满足变电站小型化与紧凑型的要求由于光电传感器是靠传感头和电子线路进行信号的获取和处理，体积小，重量一般在I(MX)kg以下，便于集成在AlS或GIS中，这样将大大减少变电站的占地面积，满足变电站小型化和紧凑化的要求。同时光电互感器通过少量光缆与二次设备连接，可使电缆沟和电缆大为减少。如果间隔内的控制和保护等设备下放开关柜，将使变电站布置更紧凑。提高安全运行水平，经济效益显著。光电互感器还具有绝缘结构简单，绝缘性能好，造价低；不存在铁磁谐振问题；不存在CT二次开路、PT二次短路问题，以及不存在易燃、易爆危险等优点。但上面介绍的3个主要方面直接影响着变电站通信控制系统的
13、通讯方式和系统结构，将对变电站自动化系统的发展有着重要影响。2光电传感器的应用范围烟尘浊度监测仪。防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。光电池在光电检测和自动控制方面的应用光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱
14、范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。2.1 光源本身是被测物的应用实例光的照度E的单位是IX（勒克斯），它是常用的光度学单位之一，它表示受照物体被照亮程度的物理量，可以用照度计来测量。光电池（外加柔光罩）光电池也叫太阳能电池，直接把太阳光转变成电。因此光电池的特点是能够把地球从太阳辐射中吸收的大量光能转化换成电能。光电池是一种特殊的半导体二极管，能将可见光转化为直流电。有的光电池还可以将红外光和紫外光转化为直流电。光电池是太阳能电力系统内部的一个组成部分，太阳能电力系统在替代现在的电力能源方面正有
15、着越来越重要的地位。2.1.1 红外线辐射温度计1 .红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形激光仅用于瞄准a红外线辐射温度计外形b红外线辐射温度计用于食品温度测量红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-3OC3OOrC,中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。红外线辐射温度计2 .在非接触体温测量中的应用红外线辐射温度计用于人体额温测量红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性
16、能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。3 .红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用采用红外成像检测技术可以对正在运行的设备进行非接触检测，拍摄其温度场的分布、测量任何部位的温度值，据此对各种外部及内部故障进行诊断，具有实时、遥测、直观和定量测温等优点，用来检测发电厂、变电所和输电线路的运转设备和带电设备非常方便、有效。利用物（冷藏牛奶和面食）- p I I I .
17、利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花板内的布线层）4 .比色式温度传感器温度非接触测量中的应用比色式温度传感器采用比色式（双波段）测温原理实现对被测目标的非接触测温，用户不需知道物质的发射率。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强,不受窗口玻璃影响，能瞄准，测量小目标，可不考虑距离系数，可以不完全被目标充满，不需调焦就可准确测量。2.1.2热释电传感器在人体检测、报警中的应用热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检 测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。1.热释电传感器简介热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早 在1938年，有
18、人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等您可以根据自己的奇思妙想，结合其他电路开发出更加优秀的新产品。或自动化控制装置。热释电传感器的内部电路。热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个
19、不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是“视而不见”的。菲涅尔透镜二 11菲涅尔透镜/7=8热释电晶片/7=5菲涅尔透镜菲涅尔透镜外形传感器不加菲涅尔透镜时，其检测距离小于2m,而加上该透镜后，其检测距离可增加3倍以上。菲涅尔透镜(FrCSnelIenS)多是由聚烯燃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透
20、镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在Imm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。热释电套件2 .热释电报警器菲涅尔透镜3 .菲涅尔透镜菲涅尔透镜是一种应用十分广泛的光学元件，其设计和制造设计到多个技术领域，包括光学工程，高分子材料工程，CNC机械加工，金刚石车削工艺，镀锲工艺；模压、注塑、浇铸等制造工艺。国内拥有设计及制造能力的公司不多，成都菲斯特科技有限公司从1999年开始致力于菲涅尔透镜的研究，开发和生产，拥有先进的
21、大型单点金刚石超精密模具加工设备和多种生产手段，擅长大型、高精密菲涅尔透镜的设计、开发和生产，同时是成都光电显示工程技术中心的依托单位。热释电报警器4.热释电传感器应用热释电传感器应用热释电传感器用于自动亮灯当然也可以用于防盗热释电传感器的感应范热释电传感器用于自动亮灯，当然也可以用于防盗热释电传感器热释电感应灯一种热释电红外感应灯，它包括灯罩、底盘和照明灯，其特征是在灯罩上开一通孔，在通孔内设置有菲涅尔透镜，菲涅尔透镜将接收到的红外线聚集到热释电红外传感器上，菲涅尔透镜的下端与带弹簧的可调立柱相连，热释电红外传感器与热释电红外感应控制器相连接。本实用新型可以安装在楼道、走廊和公共场所处，实现
22、人到灯亮，人离灯熄，其静态功耗小于O.2W,感应距离为8米，感应角度最大可达360度，具有结构简单，使用方便和节约能源的优点。自动感应灯（参考施特朗公司资料）左右范围空调中，热释电传感展的菲涅尔透镜做成球形状，从而能摄受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。热释电传感器在智能空调中的应用2.2被测物吸收光通量的应用实例1.光电式浊度计和含沙量测量小运算器光电式浊度计工作原理1恒流源2半导体激光器3半反半透镜4-反射镜5-被测水样6、9一光电池7、10电流/电压转换器8标准水样2 .烟雾报警器外形（参考南京千里通公司无线烟雾报警器资料）烟雾报警器，别称火灾烟雾报警器、烟雾传感
23、器、烟雾感应器等。一般将独立的，电池供电、或交流电供电电池为备电，现成报警时能发出声光指示的，称为独立式烟雾报警器。由总线供电，总线上可以连接有多个，与火灾报警控制器联网、通讯组成一个报警系统，报警时现场无声音，主机有声光提示，这类感烟报警装置一般称之为感烟探测器。感烟探测器分带地址编码的、不带地址编码的。无烟雾时，光敏元件接收到LED发射的恒定红外光。而在火灾发生时，烟雾进入检测室，遮挡了部分红外光，使光敏三极管的输出信号减弱，经阀值判断电路后，发出报警信号。光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，接
24、收管接收到红外光，智能报警电路判断是否超过阈值，如果超过发出警报。无线烟雾报警器内部结构可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器3 .无线火灾烟雾传感器无线火灾烟雾传感器可以固定在墙体或者天花板上。它内部使用一节9伏层叠电池供电，工作在警戒状态时，工作电流仅为15微安，报警发射时工作电流为20毫安。当探测到初期明火或者烟雾达到一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出90分贝的连续报警，工作指示灯快速连续闪烁，无线发射涔发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。无线发射器的报警距离在空旷地可以达到200米，在有阻挡的普通家庭环境中可以达到20米。2.3被测物体反射光通量的应用实例1.反射式烟雾报
25、警器在没有烟雾时，由于红外对管相互垂直，烟雾室内又涂有黑色吸光材料，所以红外LED发出的红外光无法到达红外光敏三极管。当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反射示意），使部分红外光到达光敏三极管，有光电流输出。2 .光电式转速表光电式转速表属于反射式光电传感器，它可以在距被测物数十毫米外非接触地测量其转速。水泵转速测量光电式转速表外形3 .色标传感器色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。色标传感器实际是一种反向装置，光源垂直于目标物体安装，而接收器与物体成锐角方向安装，让它只检测来自目标物体的
26、散射光，从而避免传感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。白炽灯和单色光源都可用于色标检测。以白炽灯为基础的传感器用有色光源检测颜色，这种白炽灯发射包括红外在内的各种颜色的光，因此用这种光源的传感器可在很宽范围上检测颜色的微小变化。另外，白炽灯传感器的检测电路通常都十分简单，因此可获得极快的响应速度。然而，白炽灯不允许振动和延长使用时间，因此不适用于有严重冲击和振动的场合。使用单色光源(即绿色或红色LED)的色标传感器就其原理来说并不是检测颜色，它是通过检测色标对光束的反射或吸收量与周围材料相比的不同而实现检测的。所以，颜色的识别要严格与照射在目标上的光谱成分相对应。在单色光源中，绿光LED
27、(565mm)和红光LED(660mm)各有所长。绿光LED比白炽灯寿命长，并且在很宽的颜色范围内比红光源灵敏度高。红光LED对有限的颜色组合有响应，但它的检测距离比绿光LED远。通常红光源传感器的检测距离是绿光源传感器的68倍。(1)色饱和图色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。10080604020040045050055060()650700Wavelength(nn)人及对各色光的收点钻反相劝饱和一红(2)色标传感器的用途现代化工业生产中，颜色检测和颜色识别等的应用越来越多。例如，在包装生产中机器要确定哪种产品放在什么颜
28、色的包装中、如何保证产品的正面朝向包装盒的玻璃纸窗口等等。色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。各种色标传感器外形色标传感器能识别红、绿、蓝等颜色色标传感器在流水线上检测产品的颜色用多个色标传感器测量薄板的颜色产品包装色彩检测、分选4 .光电自动门E蕾薮检测区域是应用近红外光学系统感应器上使用了微电脑的最先进的高速探知的全自动感应器。因采用微电脑控制的调幅光波活性方式，不受自然光和人工光线的障碍，可瞬间探知进入感应区域的通行者，根绝启动失败情况。此外，充实了静止物体探知功能，大幅度提高了探知区域的物体探知性能。除常用探知区域可变
29、型之外，也可选用将纵深探测改变成接近浅测的专用感应器。2.4被测物遮挡光通量的应用实例1 .光电式带材跑偏检测器在带钢连续作业重卷机组中，为防止带钢跑偏或卷取时出现塔形卷光电传感器带材走偏时，边缘经常与传送机械发生碰撞，易出现卷边，造成废品。当带材处于正确位置（中间位置）时，放大器输出电压Uo为零；当带材左偏时,遮光面积减小，输出电压反映了带材跑偏的方向及大小。/SM指针将偏向左边还是右边?1-被测带材2卷取电机3卷取辐4液压缸5-活塞6滑台7光电检测装置8光源9、10透镜11光敏电阻Rl12遮光罩电线U；光电式带材跑偏检测控制器原理7专电式带材跑偏检测控制器原理带材纠偏系统3光电传感器的应用
30、对变电站通讯系统的影响变电站自动化通讯系统包括系统内部的现场级通信和自动化系统与上级调度通信两部分。在这里我们主要讨论光电传感器的应用对内部的现场级通信系统的影响。现场级通信主要解决内部子系统与上位机（监控主站）以及各子系统间的数据通信和信息交换问题，它的通讯范围是变电站内部。对于集中组屏的自动化系统来说，实际是在主控室内部；对于分散安装的自动化系统来说，其通讯范围扩大到主控室与子系统的安装地，通讯距离加长了。通讯方式有并行、串行、局域网和现场总线等多种方式。而目前国内流行的是分散分布式变电站自动化系统。其优点是变电站二次部分采用单元间隔的组织形式，功能分散，系统得到了一定的优化。但也存在装置
31、间缺乏整体的协调和功能优化；输入信息不能共享，接线比较复杂；系统扩展复杂等问题。而随着光电互感器、智能化开关设备等面向一次的智能化设备日趋成熟，为改变变电站目前监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了资源整合和系统集成的技术基础。光电传感器的应用对通信系统的影响和改进主要体现在两个方面。1.1 直接改变变电站通讯系统的通信方式由于光电传感器具有数字输出、接口方便、通信能力强的天然特性，其应用将直接改变变电站通讯系统的通信方式，特别是一次设备与间隔层二次设备间的通信方式。传统的信号都是以模拟量的形式传送到间隔层，同一个CT/PT可能会连接到多个不同的设备，造成二次接线复杂，互感器负荷重等
32、问题。利用光电传感器输出的数字信号，使用现场总线技术实现点对点/多个点对点或过程总线通信方式。将完全取代大量的二次电缆线，彻底解决二次接线复杂的现象，可实现真正意义上的信息共享。并且光电传感器的接口设计方便，利用模块化和面向对象技术实现硬件、软件的标准化设计，满足不同传输介质和各种通信协议和标准的需要，具有灵活的扩展性和自适应性。而这是传统互感器所不可能具备的特性。3. 2对通信系统结构的影响由于通信方式的改变，加上数字断路器控制和电子开关装置等智能电子设备(IED)的采用，使得功能不断下放，变电站自动化系统由两层结构变为三层结构：过程层、间隔层和变电站层。其中过程层主要安放有光电传感器、合并
33、单元、开关电子装置模块、断路器智能控制模块等部件，过程层可以完成电力运行的实时电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动等功能。间隔层安放保护、测量、和间隔控制单元，主要功能有汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能等。而结构的改变和通信网络技术的进步，变电站通信系统最终将成为下图结构。现场过程总线和站级总线合二为一，最大程度地实现信息共享和系统集成。4光电传感器在变电站自动化系统中的应用我国变电站自动化系统发展水平不均衡，既有集中组屏的老
34、式自动化系统，又有分散分层先进的自动化系统。光电传感器的应用必须满足不同水平的变电站自动化系统。为了与老系统兼容，将IEC定义的合并单元(MergingUnit,MU)扩展到仪用传感器单元(InstrumentTransducerUniLrrU),使光电传感器既具备将传统互感器输出模拟量数字化的功能，也具备输出模拟量的功能。从而具有较高的灵活性，很容易与各种系统接口配合使用。ITU的功能结构图如下图所示。ITU的设计应该遵循模块组件化原则。ITU中含有合并单元、数据通信模块、集成故障录波仪、时钟控制装置等模块。利用模块化的通信组件，ITU实现与间隔层设备的点对点和过程总线通信，并可方便地升级到
35、IEC61850-9-2标准通信协议。以ITU为底层基本处理单元，取代传统互感器和二次电缆，实现光电传感器在变电站自动化系统中的应用。在我国，为了更好地推动变电站自动化系统水平的提高，ITU在变电站自动化系统的应用存在3个阶段。3.1 兼容传统互感器，点对点通信和过程总线相结合阶段该阶段中，光电传感器的测量数据是通过点对点连接，直接传送到保护装置的，目前IEC定义了该连接的标准协议有IEC61850-9-1和IEC60044-8o同时ITU还将RMS值通过过程总线传送到间隔层处理单元，过程总线还负责监控开关设备信息的传送。过程总线标准有IEC61850-9-2,实施中可以考虑IOMbit/s的
36、以太网。其原理示意图如下图所示。4. 2过程总线共享传感器数据阶段该阶段，原来分开传送的测量数据和控制数据将通过过程总线合二为一。该合并简化了间隔单元里复杂的接线状况，但同时由于实时的ITU测量数据和保护设备的控制命令都是通过过程总线传送的，过程总线的传输速度和响应能力比前一阶段要求更高。过程总线标准IEC61850-9-2依然适用，实施中可以考虑100Mbits的以太网。4.3过程总线和站级总线统一，全站共享数据阶段随着快速以太网技术的发展以及现代网络交换技术，使得连接站级总线和下面的过程层总线成为可能，在网络通信应用层中统一使用MMS协议标准的基础上，将保证通信系统的实时响应等性能指标不受
37、影响。总线统一的好处首先是信息的完全共享，统一的访问和存储方式，并且间隔层的设备只需要一个通信接口，将大大降低设备和变电站运行和维护费用。该阶段的实现有赖于分等级的快速以太网技术的成熟和变电站通信协议的完善。结论由于光电传感器自身的数字输出特性和智能电子设备的特点，其应用对变电站自动化通信系统的影响是全面和深远的。利用光电传感器的光电转换和数据通信功能改造电磁式互感器，实现过程层和间隔层的点对点/多点对多点或现场总线通信，将会成为我国变电站自动化系统改造升级的有效途径。而建设以光电传感器和其他智能电子设备为基础的新型变电站自动化系统，实现变电站站内各层间的无缝通信，最大限度的满足信息共享和系统集成的要求，则是我国变电站自动化系统的发展方向。参考文献1乔峨.安作平.光电式电流互感器的开发与应用-21世纪互感器技术展望.继电器，20092金午桥.洪宪平.变电站自动化新技术的应用研究.电网技术，2000,24(5)3曾庆禹.变电站自动化技术的未来发展(一)一电力市场与协调型自动化.2008,24(9)4聂一雄.尹项根，张哲.基于光学传感器和光纤网的变电站自动化系统构想.中国电力，20015聂一雄.尹项根，张哲.磁位计暂态响应的仿真计算.电力系统自动化，2010,26(11)6揭萍.基于光电互感器的变电站自动化通讯系统的研究：武汉：华中科技大学，2002
