1 就地功能单元的概念
1.1 面向对象的变电站综合自动化
变电站是电网一切数据的来源，也是电网的主要控制点。实现变电站综合自动化可以从两个角度来考虑，一种是面向功能型（function oriented）；一种是面向对象型（object oriented）。传统的综合自动化方案倾向于前者，即二次设备设计的方案从功能出发，划分为数据采集单元、控制单元、远方通信单元等。这种方法的优点是便于维修和管理，硬件开销少；缺点是二次接线复杂，事故危害面大。随着大规模集成电路生产工艺的发展，微机装置成本下降，使微机装置下放至生产现场成为可能，于是出现了分层分布的变电站综合自动化结构。这种结构设计不仅可以减少二次接线，分散二次设备故障的破坏性，且方便检修人员的现场调试工作。目前大部分进口设备均采用了这种分散分布的构造方式，国内许多生产和研究单位也在致力于这方面的工作。
面向对象的设计方案是从对象角度出发，将二次设备与一次设备一一对应起来。但这种概念并不简单等同于将智能装置（继电保护装置、智能电表、可编程逻辑控制器等）分散分布于现场，它是一种打破目前专业分工限制的全新思路，即将二次设备的设计与一次设备的设计紧密结合起来。以开关柜为例，各TA应该使用智能的测量单元，直接输出数字化后的采样数据；各相开关的控制回路应直接综合进该开关的操作机构；各刀闸的位置传感器具有智能的信息通信，方便地实现连锁。每一开关柜有一台综合控制器，收集各传感器的信息，并协调控制，完成保护、测量、控制功能［1］。
1.2 就地功能单元的概念
由于目前专业分工的限制，我们还不能做到完全意义上的面向对象设计。但与一般意义上的测控单元不同，这里所说的就地功能单元已带有面向对象的色彩，即下放到现场，与测控对象一一对应，集保护、测量、控制于一体，记录更多的一次设备的信息资料。借助它，我们可以得到特定测控对象的当前工况，故障发生前后的动作情况，开关状态及损耗程度等。除此之外，借助通信网，还可以实现远方或就地定值修改，远方或就地控制等功能。
2 监控程序的设计
2.1 就地功能单元的任务
（1） 反映实时状态：电压、电流、功率、功率因数、功能单元自身状态（处于正常运行还是调试状态）、对象的工作状态（正常或故障、变压器油温等）。
（2） 记录历史数据：故障报告、操作记录、装置出错报告、故障录波、维护诊断（对开关等一次设备的诊断及装置本身的自检）。
（3） 保护定值的现场修改、开关的现场控制。
（4） 灵活的通信能力，可选的RS?422和RS?485串行数据接口，通过相应通信管理机可完成装置中数据和实时信息的远程传送。或通过RS-232完成装置在不联网情况下与PC机的通信。
2.2 就地功能单元存储和处理的信息
由于各功能单元对应的一次设备不完全相同，所需记录的信息也有差异，但数据库的结构是相同的，以保证监控程序的可继承性。
（1） 测控对象的实时电量，如：电流、电压、有功、无功等。在RAM中开辟缓冲区以备通信和显示用。
（2） EEPROM中存储三组保护定值备份，RAM中也要开辟一组保护定值的缓冲区，以备修改定值和通信用。
（3） EEPROM中存储16条故障信息，其中包括：保护的动作情况、动作值及整定值、动作时间、动作类别、最大跳闸电流、重合后跳闸的最大电流、从发现故障到发跳闸命令的时间、从发现故障到跳开的时间。16条操作信息，其中包括：操作权限、操作内容、操作时间。16条出错信息，其中包括：出错类别、出错时间。RAM中相应开出缓冲区以备刷新和通信用。
（4） 记录从故障发生时刻向后5个周期的采样数据，即故障录波。
2.3 监控程序的结构
将就地功能单元的任务划分为8个主功能模块，按照任务的多少，再下分子模块，图1为监控程序的模块化结构。
图1 监控程序的模块化结构
为保证测量的实时性，监控程序在响应按键、显示信息时停止采样和测量计算。具体实现方法是：采样放在中断程序里，测量计算放在主程序的循环部分，当用户按键时即转去做相应处理，并记下程序所经过的路径，然后继续不间断地做测量计算直到下一次按键出现，监控程序根据路径记录可以接着处理上一次的响应。
3 功能单元的信息显示方式
将功能单元就地安装，必须考虑装置能否耐受现场的恶劣工况问题，目前大部分功能单元的监控界面使用液晶显示。液晶可以显示汉字，提供较直观的信息提示，但同时也存在不耐高温，可视性差的问题。如果采用大型数码管做显示，可以克服上述缺点，但数码管只能显示数字及有限的英文字母，表达方式比较抽象。但是就地安装的功能单元显示的信息主要为巡检以及现场调试用，可视性及耐受恶劣工况应放在优先地位。需要详细显示和分析数据时可以在上层管理机完成或通过RS-232串口与便携机通信。根据上述对功能的划分，再考虑到现场的要求（如大多数内置于开关柜的功能单元对尺寸有限制，数码管和键盘的数目不能太多），我们设计了图2所示的面板。面板上已对各部分做了标注。
图2 装置面板
信息显示区由6个大型数码管组成，最左端两个一般用来显示提示信息， 余下的用来显示数字或配合前两位显示较长的提示信息。功能灯的作用相当于一个菜单， 这样， 用户可根据需要， 按功能键进行选择， 被选中的功能灯闪烁， 按确认键后功能灯常亮，提示用户已进入该功能， 同时信息提示区也会有相应的提示出现。单位灯配合信息显示区的数字可显示电量及其单位。功能灯和单位灯都是将数码管的8个数位分开， 每个数位对应一个灯， 这样做的目的是为了充分利用硬件资源， 使硬件布置更加紧凑。
3.1 信息的查询
定值管理、信息查询包含的内容较多，需要分区分项显示。下面以定值管理为例详细说明如何用数码管实现信息的查询。当用户用功能键切换到“定值”功能，并按确认键后，此时“定值”功能灯常亮，在这种状态下对键盘的操作以及显示的信息内容均与定值有关。定义键盘上“+”、“-”键用来寻区，“↑”、“↓”键用来寻项。
以电容器就地功能单元为例，需要配置7组不同的保护，分别是：延时电流速断、过流、过压、失压、不平衡电压、不平衡电流和过负荷，那么就有7组不同的定值。为方便用户查询，我们将以上7组定值分别对应7个区，区内分项。以查找第二区过电流保护定值为例：用户进入定值管理后，按两次“+”键，进入第二区并显示提示信息，按“↓”键，显示第一条定值，继续按“↓”键，将逐次显示各项定值内容直至最后一项。由于分项分区并用数字索引，尽管一次只能显示一条信息，查找也是相当方便的，缺点是用户在修改定值时必须借助定值表。
3.2 修改数字
无论是修改定值，还是修改密码，都涉及数字输入问题。这里我们设计了一种方便快捷的修改方法：用后4位数码管显示4位有效数字，“↓”、“↑”键用来移位，移到哪一位则哪一位闪动，告诉用户现在移到的位数，“+”、“-”键用来改变数值，步长自动修正。如从10.00改到700.0，可用“↑”键移动到最高位，按“+”键，则从0开始以10为步长向上加，加至100时，自动修正小数点位，变成100.0（保证4位有效数字），此时如果不移位，继续按“+”键，则以100为步长向上加，也就是步长始终自动调整为正在闪动的那一位数字的数量级。当数字超过1 000时，单位灯自动切换至kA或kV级别，同时步长也会随之调整数量级。
4 结论
本文介绍的用数码管做显示的功能单元的监控程序，基于面向对象的思想设计，在实际应用中主要具备以下几个特点：
（1） 高精度的测量与明晰的显示。测量精度达0.5级，使之能够替代常规的测量仪表。为了便于运行人员的直观巡检，在设计中，采用了大型数码管来完成装置中信息的输出显示，可视性强。
（2） 方便的人机接口和运行调试。功能单元在设计上，考虑到现场操作的需要，设计了满足就地操作的各种信息提示，方便了人机交互的信息处理。
（3） 可选的通信及信息处理模式。为了满足电力系统分散式微机自动化发展的需要，在功能单元中，设计了可以选择的RS?422和RS?485串行数据接口，通过与本系列装置相配合的通信管理机，可完成装置中数据和实时信息的远程传送。对于没有联网的独立单元，装置还提供了一个通用的RS?232接口，用户可以利用此接口，借助在WINDOWS 95环境下开发的调试与通信软件，完成在不联网情况下对装置中运行信息的存取。
（4） 完整的故障录波信息。
（5） 详细的运行和操作记录。
功能单元主电路中设有不掉电的时钟芯片，为各种信息记录提供准确计时。
在运行中，自动记录保护整定、调试和运行情况，此类信息带时间信息，且掉电保存，为装置的正常运行及事后分析提供详细操作记录；在动作时，记录开关在跳闸过程中的电流变化情况，特别是开关灭弧过程中的最大电流，便于进行开关触头的损伤分析，为开关的检修和更新提供依据。
参考文献
1 陶晓农.分散式变电站监控系统中的通信技术方案.电力系统自动化，1998，22（4）：51～54
2 黄太贵.智能电子设备在变电站综合自动化中的应用.电力系统自动化，1998，22（3）：54～55
编辑：何世平
