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发电厂和变电站的弱电控制和信号系统
引言
发电厂和变电站的控制、信号和测量系统不仅可以采用强电方式，也可以采用弱电方式。随着弱电技术的发展以及微型计算机的应用，控制、信号和测量系统逐步实现了弱电化和自动化。所谓弱电化就是在控制、信号和测量回路内以低电压、小电流作为操作电源。
弱电化使二次回路设备绝缘要求降低，体积缩小，采用弱电选线技术还可使所需的控制设备数量减少。对于信号回路，其可靠性要求较控制回路低，弱电方式被广泛使用。对于控制回路，由于直接关系到断路器的跳闸与合闸，可靠性要求高，所以弱电控制要通过强、弱电转换环节来实现，即断路器的操作机构、跳合闸回路仍采用110V或220V的操作电压弱电控制仅作用于中间继电器，通过中间继电器的触点实现对断路器的控制。
在一个发电厂和变电站内，控制电路和信号电路可以采用全部强电或全部弱电方式，也可以采用强电控制、弱电信号方式。控制方式可以全部采用一对一控制，也可以对重要设备（如发电机、调相机和变压器）采用一对一控制，而对馈线较多的线路可采用一对N的选线方
一、断路器的弱电控制
1、弱电有触点（以下简称弱电）控制回路的基本要求及其特点
（1）弱电控制的断路器控制回路应满足强电控制回路的基本要求。
（2）断路器的模拟灯能表示断路器的跳、合闸位置状态，并能反映断路器自动跳、合闸与原给定位置的不对应状态。
（3）选线控制应保证在同一时间内只选一个控制对象，在控制地点应有明显的灯光显示操作对象。为避免选重或选错，可采用选重闭锁或后选有效接线，在选线控制中发生事故时，可自动解除选线，误选线后，可手动解除选线。
2、弱电控制屏（台}的结构型式
弱电控制的优点之一是控制屏（台）较小，主控制室的面积也较小。常见的弱电控制屏（台）的结构有屏台合一和屏台分开两种型式。合一的特点是将测量表计、光字牌信号及全厂（站）主接线系统模拟图布置在屏台的直立面上，在台的平面上，则布置选控和选测按钮或开关及各种操作和调节开关等。此种结构模拟性强，监视面小，操作直观方便。但由于屏台体积小，当放置设备较多时，给调试、检修带来困难。所以，当主接线复杂，控制对象较多时，则需采用屏台分开的结构。
二、微机监控系统
1、发电厂和变电站的监控系统
发电厂和变电站的二次回路对一次回路进行控制、测量、调节和保护，实际上是对一次回路进行变换、传输和处理信息的过程。监控系统有以下缺点：
（1）人作为监控系统的核心进行信息处理，不可避免地要出现错误的判断和处理，因而使现有的监控系统的准确性和可靠性不高。
（2）测量仪表和常规的信号装置进行信息变换，不可避免地存在误差，如测量仪表指示与被测量之间的误差；人观察仪表的误差；音响和灯光信号不能准确表明事故发生的时间、顺序等，因而不能正确地处理事故和全面了解一次设备运行情况。
（3）现有监控系统的信息是通过控制电缆用强电传输的，因而使得传输通道功率损耗大，传输费用高，不利于远距离传输。
对大型发电厂和变电站，需要监视和处理的信息量多；线路传输的容量大；主控制室与配电装置距离远等，使得上述缺点更加突出。而微机监控系统解决了上述问题，并使监控系统更完善、更准确、更可靠。
2、微型计算机监控系统
目前，微型计算机监控系统已在我国超高压变电站和大容量发电厂的500kV开关站的监控系统中投入使用。微型计算机监控系统（简称微机监控系统）由微型计算机系统（以下简称微机或主机）和监控对象（即生产过程）两大部分组成。
微机监控系统包括硬件和软件。硬件是指微机本身的各器件、外围设备及总线。软件是指系统程序以及过程控制应用程序。微机系统本身是通过总线和各种接口及外围设备与监控对象进行联系，并对监控对象进行监视和控制。
（一）硬件
微机监控系统的硬件是由主机、接口、总线、外部设备组成。由于监控系统完成的功能不同，组成微机监控系统的硬件也不同。~般可根据监控系统的需要随意扩展。
1.主机
主机主要包括中央处理机（CPU）和存储器，是整个监控系统的核心。它通过总线向系统各个部分发出各种命令，并对系统的各参数进行巡回检测、数据处理、控制计算、报警处理、逻辑判断等。
2.接口与输入输出通道
接口与输入输出通道是主机与监控对象进行信息交流的纽带。无论监控对象向主机输人数据或是主机向外部发出命令都是通过输入输出通道和接口进行的。在信息传输过程中，由于微机只接受数字量，而实际生产过程中使用的是模拟量，所以要经模/数转换器A/D或数/模转换器D/A。根据功能和传输数据的方法，接口和输入输出通道有串行和并行两种。
3.人一机接口
人一机接口是为扩大主机功能而设置的。主要有显示器终端（CRT）、打印机、磁盘驱动器、键盘等，用来显示、打印、存储、传输数据0
4.其他系统支持功能模块
系统支持功能包括程序运行监视系统（WA1℃m。G）、电源掉电保护和实时日历钟。
当监控系统因干扰或其它原因出现某些异常情况，如程序脱离正常流程进入死循环时，整个系统完全处于瘫痪状态，此时程序运行监视系统能自行动作，强制系统复位，摆脱死循环；当系统出现电源掉电故障时，为了防止微型计算机系统丢失主要数据，通常采用掉电保护。掉电保护由相应的硬件电路构成，当检测到掉电信号后，该硬件电路启动微型计算机的外部中断，把当时的重要参数、数据、专用寄存器内容和中间结果暂存入计算机内部数据存中，以便上电后，系统能从中断点处继续运行。
5.检测与变送设备
各种检测与变送设备是为收集和测量各种参数而设置的。它们的主要功能是把较大的交流电信号变成正比于被测量的直流电压信号和把非电量的检测参数变为电信号，如压力变送器把压力变为电信号，温度变送器把温度变为电信号等。这些电信号变成统一的计算机标准电压后，送入微机。
6.总线
微机监控系统的总线是数据总线、地址总线和控制总线的统称，是传送规定信息的通道。微型机监控系统的主机板和各种外围功能板（功能板有很多类型，如I/0接口板，UD、D/A转换板，打印机接口板等）之间通过系统总线联系起来，使系统内各种数据和命令通过总线送到各自要去的地方。系统总线均为标准总线，系统总线有$1∞、SE和BASE等型式。此外，系统与系统之间的联系则通过通信总线实现。
（二）软件
微机的软件是指能完成各种功能的程序。微机通过软件可实现对监控对象的监视、控制、计算、管理等功能。软件按功能可分为系统软件、应用软件和数据库。系统软件是厂家提供的基本服务性程序和管理程序，主要包括：
1）对语言的汇编、解释和编译程序；
（2）对微机进行管理调度的操作系统、其它服务性的程序，如调试程序、故障诊断程序；
（3）开发系统。
应用软件是用户根据功能需要编制的程序，主要包括数据采集、滤波程序；监视控制和计算程序；经济和安全运行程序等。
数据库（支持软件）是建立数据的表格和型式的数据管理程序，用以显示、查询、修改、调用数据。
三、弱电中央信号系统
大容量机组的发电厂和超高压变电站信号数量多，若用强电信号光字牌将使控制屏（台）面积大，且很难布置，所以在强电或弱电控制中，广泛采用弱电信号系统。
目前，在我国旧的发电厂和变电站内较多采用的信号系统，是以冲击继电器为核心的中央式信号系统，它存在以下缺点：
（1）冲击继电器是整个信号系统的核心，音响信号必须通过冲击继电器才能发出。冲击继电器一旦故障，整个信号系统将失灵，影响信号系统的可靠性。
（2）信号的重复动作次数取决于冲击继电器长期热稳定电流。目前JC、ZC型冲击继电器只能同时接受十几个信号。当信号数量较多时，会出现漏发信号或冲击继电器烧坏的现象。
（3）预告信号系统的光字牌元闪光，故同时出现两个以上信号时，先后出现的信号不易分辨。
（4）反映信号不完善，例如全厂保护动作只发"掉牌未复归"信号，而且当该信号发出时，要到保护屏上去寻找，延长了事故判断和处理时间。
（5）与微机监控系统连接不方便。一般来说，需要将发出的中央信号信息输入到微机监控系统中。为了获取这些信息，对常规的中央式信号系统，需增加大量信号继电器。
因此，我国新建和改建的发电厂、变电站现采用的是各种新型的中央信号装置。这些装置由若干模块构成，为积术式结构，形成模块式信号系统。它的主要特点是每个要发出的信号，无论是事故信号还是预告信号，都要先接到一个信号模块上，每个信号模块完成以下功能：
（1）记忆功能。即将输入信号记录下来。
（2）显示功能。即通过灯光显示。
（3）启动音响。
（4）扩展信息，向微机监控系统输出信息。由集成电路和微型中间继电器构成的模块式信号系统如下图所示。图中二进制
元件均为正逻辑约定，即高H电平对应逻辑1态，低L电平对应逻辑0态。电路动作过程如下：

当一次系统发生事故时，继电保护动作，其出口继电器KC01的常开触点闭合，事故信号模块I中的或门Dl和与门D8有高电平输入，或门D1输出高电平，经延时元件m（延时可调）延时后分别启动单稳元件D3、与门D8及与门D6。此时，与门D8输出高电平，一方面启动自动监测装置（事件记录器）；另一方面启动成组信号1发信号。D3输入高电平后立即翻转，其输出低电平一方面输入至双稳元件D4，另一方面去启动音响信号模块，发出音响信号。在音响信号模块Ⅲ中：或门D1输出低电平，使双稳元件D2输出高电平，使电子开关S闭合，启动蜂鸣器HAUl。事故信号模块I中，双稳元件D4输入低电平翻转后，将其输出的高电平送至与门D5并反相后，送至与门D6。与门D5的另一输入端为闪光源，使其输出为间断信号，与门D6输出为低电平，二者作为或门D7的输入，使或门D7输出为间断信号，从而模块I中的电子开关时闭时断，使红色信号灯HL闪光。
按下模块Ⅲ中的音响解除按钮SB1，模块Ⅲ中启动音响的双稳元件D2复归，电子开关S打开，音响停止；按下模块I中的复归按钮SB1，I中的双稳元件D4复归，使其输出低电平，与门时也随其输出低电平。与门D6因有两个高电平输入，则输出高电平，经或门D7使电子开关S持续闭合，红色信号灯HL发平光。
事故消失，继电保护出口继电器触点KC01断开，与门D8输出低电平，自动切除送往自动监测装置的信号，与门D6而也输出低电平，红色信号灯HL熄灭，模块I复归。
预告信号模块Ⅲ与事故信号模块结构相同，动作原理也相同，不同的是预告信号模块延时较长，信号灯皿颜色为桔黄色（YE）。
若干个信号模块公用一套试验按钮SB、一套音响模块和闪光模块。当按下试验按钮SB时，因为与门D8此时只输入一个高电平信号，因而输出低电平，不能启动自动监测装置及发遥信。
总结
弱电化使二次回路设备绝缘要求降低，体积缩小，采用弱电选线技术还可使所需的控制设备数量减少。对于信号回路，其可靠性要求较控制回路低，弱电方式被广泛使用。