變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對變電站二次設(shè)備(包括繼電保護(hù)、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠(yuǎn)動裝置等)的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備通過控創(chuàng)Passau60實(shí)現(xiàn)不同規(guī)約、不同接口的轉(zhuǎn)換、相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運(yùn)行監(jiān)視和控制任務(wù)。
圖1：基于Passau60通信管理機(jī)的變電站綜合自動化方案示意圖
控創(chuàng)Passau60通信管理機(jī)是在綜合自動化系統(tǒng)的一種通信及數(shù)據(jù)存貯裝置，它具備多種類型的標(biāo)準(zhǔn)通信接口來實(shí)現(xiàn)保護(hù)、智能電子設(shè)備等裝置與調(diào)度端之間的信息聯(lián)系。用于多種繼電保護(hù)裝置及其它裝置與保護(hù)主站、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)之間的通信轉(zhuǎn)接及規(guī)約轉(zhuǎn)換。對下通過串行接口與發(fā)變組保護(hù)裝置進(jìn)行通信，搜集各類保護(hù)信息，對上通過網(wǎng)絡(luò)口或串口，經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后送往當(dāng)?shù)乇O(jiān)控或DCS等。也可用于變電站與調(diào)度系統(tǒng)之間的通信轉(zhuǎn)接及規(guī)約轉(zhuǎn)換。
圖1中給出了綜合自動化方案的示意圖，圖中通信管理機(jī)所處的承上啟下的位置是十分關(guān)鍵的，所以相關(guān)設(shè)備的選擇需要十分慎重。在眾多的工控機(jī)中，Passau60的脫穎而出絕不是偶然的，下面將從功能、性能等各個方面深入剖析一下為什么Passau60能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜電磁環(huán)境中長時間、高可靠、連續(xù)不間斷工作，從而得到電力行業(yè)的普遍認(rèn)可。
1 功能
Passau60最高支持Inter Core 2 Duo的CPU和2G DDR2內(nèi)存，可以滿足大負(fù)荷的通信、控制、數(shù)據(jù)存儲等任務(wù)。同時Passau60具有6以太網(wǎng)、6串口（RS232/422/485），能夠?qū)崿F(xiàn)多種工作方式的通信。Passau60的網(wǎng)絡(luò)接口可以實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)口使用同一IP地址的熱備冗余模式，非常容易實(shí)現(xiàn)電力自動化系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)冗余互連的要求。
為保證數(shù)據(jù)存儲的可靠性，Passau60支持雙SATA硬盤，可簡單地通過RAID1模式做成冗余數(shù)據(jù)存儲，使重要的數(shù)據(jù)做到萬無一失。
2 性能
2.1 散熱系統(tǒng)
普通IPC一般采用風(fēng)扇進(jìn)行主動散熱，這樣做成本雖然較低，但不可避免地引入以下的不可靠因素：
風(fēng)扇使用壽命有限
目前性能較好的風(fēng)扇，其使用壽命不過50000小時。對于風(fēng)扇這種關(guān)鍵部件，一旦出現(xiàn)故障，輕則導(dǎo)致CPU因過熱而保護(hù)關(guān)機(jī)，嚴(yán)重的會使IPC內(nèi)部某些部件因溫度過高而出現(xiàn)不可恢復(fù)的故障。
灰塵
既然采用主動散熱，機(jī)箱與外界的空氣流通是必須要保證的。為減少進(jìn)入機(jī)箱的灰塵，普通IPC采用的通常辦法是在進(jìn)氣通道口加濾網(wǎng)。這會帶來兩點(diǎn)問題，一個是即使加濾網(wǎng)，也不可能杜絕灰塵的進(jìn)入。而灰塵是計算機(jī)的重要?dú)⑹种唬蓪?dǎo)致接觸不良、散熱不良等多種問題，嚴(yán)重的可能引起電路板短路。另一個問題是濾網(wǎng)的維護(hù)。如果濾網(wǎng)長時間不更換，灰塵會堵塞網(wǎng)孔，將導(dǎo)致設(shè)備散熱不良。在一些灰塵較大的地方，濾網(wǎng)需要頻繁更換或清潔，而這些工作并不是任何情況下都容易完成的。
潮濕
很顯然，采用主動散熱的設(shè)備幾乎無法避免外部潮濕空氣的進(jìn)入。而潮濕空氣，特別是沿海等地區(qū)含有鹽分的空氣，對設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行所產(chǎn)生的負(fù)面影響是不言而喻的。
振動
即使安放在環(huán)境很好的機(jī)房中，振動也是不可避免的，因?yàn)轱L(fēng)扇本身就是一個不可忽視的振動源。受風(fēng)扇振動影響最大的就是機(jī)械硬盤，硬盤因?yàn)轱L(fēng)扇振動而導(dǎo)致失效的例子并不少見，這也就是為什么很多在必須使用主動散熱(功耗過高)的高檔服務(wù)器中，風(fēng)扇與機(jī)箱之間都是采用軟性材料連接。
正是為了避免以上情況的出現(xiàn)，提高可靠性，Passau60選擇了被動散熱的方式，將CPU、芯片組、電源等高熱部件產(chǎn)生的熱量通過熱管傳導(dǎo)到機(jī)箱側(cè)壁上進(jìn)行散熱。同時Passau60采用的是Intel專用的高性能/功耗比的L系列低功耗CPU，這種CPU在保持性能的基礎(chǔ)上大幅降低了功耗，其TDP甚至只有筆記本用CPU的1/2。而且采用被動散熱的方式還可以很容易地做到全密閉機(jī)箱，從而大大提高了設(shè)備抵抗灰塵和腐蝕性空氣（潮濕、鹽霧）等影響的能力。
2.2 EMC防護(hù)
眾所周知，變電站中電磁環(huán)境是比較復(fù)雜的，這些電磁干擾主要來自高壓設(shè)備操作、低壓交直流回路內(nèi)電氣設(shè)備的操作、雷電引起的浪涌電壓、電氣設(shè)備周圍的靜電場、電磁波輻射和輸電線路或設(shè)備短路故障所引起的瞬變過程等。這些干擾可能通過空間輻射和線路傳導(dǎo)的途徑進(jìn)入IPC，從而引起系統(tǒng)出現(xiàn)工作不穩(wěn)定、誤動作、死機(jī)等現(xiàn)象，嚴(yán)重的可能會損壞IPC內(nèi)部的電子器件。即使IPC本身的成本不高，但某些故障所產(chǎn)生的后果往往是難以接受的。
Passau60在設(shè)計上完全考慮到了電力行業(yè)中復(fù)雜的電磁環(huán)境，通過各種措施對系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)，現(xiàn)介紹如下：
地的處理
Passau60系統(tǒng)包含三個不同的“地”，即機(jī)殼地、信號地和數(shù)字地。機(jī)殼地也就是系統(tǒng)的保護(hù)地，通過電源的地線與大地連接，是干擾信號的主要泄放通道。
串口信號的地與保護(hù)地是絕緣的，這樣是考慮到通信對端的信號地有可能與大地絕緣。但串口的所有信號與保護(hù)地之間安裝了ESD和浪涌保護(hù)器件，一旦出現(xiàn)異常的干擾信號，會立即被導(dǎo)入大地，從而避免對后端器件造成影響。
Passau60的數(shù)字地與保護(hù)地、信號地之間都有高壓隔離器件，即使外部電磁環(huán)境非常惡劣，內(nèi)部數(shù)字電路仍可不受影響地正常工作。
阻擋與疏導(dǎo)并用
在處理好三個“地”的關(guān)系后，Passau60就可采用“阻擋”與“疏導(dǎo)”并用的方法將電磁干擾完全消除。
“阻擋”的辦法也是從抗輻射和抗干擾兩個思路出發(fā)，使用了機(jī)箱屏蔽、電源隔離、信號隔離的方法。Passau60的機(jī)箱使用的是1.5mm的鋼板，無論是對大功率工頻磁場還是高頻電磁波均有很好的屏蔽作用，這樣就阻斷了輻射干擾的路徑。同時Passau60在電源接口、網(wǎng)絡(luò)接口和串口均采用了高壓隔離的器件，即使外部產(chǎn)生了高壓干擾，也不會傳導(dǎo)到內(nèi)部的數(shù)字電路，這樣就切斷了傳導(dǎo)干擾的傳輸。另外電源接口還設(shè)計了濾波器，可以為內(nèi)部的AC/DC適配器提供純凈的工頻電源，同時也能避免開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾傳導(dǎo)到外部供電線路中。
當(dāng)然如果只采用阻擋的辦法不夠的，這其實(shí)是系統(tǒng)的最后一道防線。Passau60在設(shè)計上主要依靠“疏導(dǎo)”的策略，在電源、和串口都設(shè)計了高等級的浪涌防護(hù)器件，同時所有的接口均有高等級的ESD防護(hù)器件。而電源、串口和網(wǎng)絡(luò)接口與內(nèi)部電路是隔離的，它們的泄放通道也是保護(hù)地，這樣無論是對電磁信號的“阻擋”還是“疏導(dǎo)”均不會對內(nèi)部電路造成任何影響。
結(jié)論
Passau60在方方面面采用的這些措施和手段不可避免地增加了一些成本，但其在性能和穩(wěn)定性方面的提升則是巨大的。而正是因?yàn)镻assau60采用了全面的可靠性設(shè)計，才順利通過了國家電力科學(xué)院電力工業(yè)電力設(shè)備及儀表質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心的嚴(yán)格認(rèn)證，達(dá)到了EMC和環(huán)境等各項測試的高等級標(biāo)準(zhǔn)，成為電力系統(tǒng)相關(guān)工控機(jī)設(shè)備的最佳選擇之一。綜上所述，Passau60完全可以承擔(dān)變電站綜合自動化系統(tǒng)中關(guān)鍵的通信、控制及數(shù)據(jù)存儲任務(wù)。
參考文獻(xiàn)
1 吳棟萁 陳勝定 “浙江電網(wǎng)變電站IPC 工控機(jī)運(yùn)行工況的分析及處理”
2 牛建偉 張愛軍 吳若鈴 “綜合自動化變電站工程電磁干擾與防護(hù)設(shè)計”
3楊軍 “變電站綜合自動化應(yīng)注意的幾個問題”
