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1、 变电站综合自动化 一、变电站综合自动化的功能与组成 变电站自动化是应用控制技术、信息处理和通信技术，通过 计算机软、硬件系统和自动装置代替人工进行各种运行作业， 提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。 变电站自动化是将变电站的二次设备，利用计算机技术、 现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动 监视、测量、控制和协调的综合性的自动化系统。它是变电站 的一种现代化技术装备。它的出现为变电站的小型化、智能化 、扩大监控范围及变电站安全可靠、优质经济运行提供了现代 化手段和基础保证。它的运用将为变电站无人值班提供有力的 现场数据采集及监控支持，在其基础上可实现高水平的无人值 班变
2、电站的管理。 变电站综合自动化系统所能完成的主要功能包括:数据采 集、继电保护、参数监测、运行控制、信息远传事件记录、事 故报警、故障录波测距、自动电压无功控制、自动低周减载及 系统自检等 系统功能主要内容 监控子系统 （1） 数据采集 功能 状态量采集 包括断路器状态、隔离开关状态、 接地刀闸状态、变压器分接头位置 、保护信号等，重要的状态量采用 双位置接点采集 模拟量采集 包括各段母线电压、各进出线回路 的电流和功率值、电网频率与相位 等电量参数及变压器的瓦斯值、温 度、压力等非电量参数的采集 电能计算 电能脉 冲计量 法 脉冲电度表输出的电 量脉冲值，用于电能 量的监测 软件计 算方法
3、在监控系统或数据采 集系统中计算 用微机电能计量仪表 计算 事件顺序 记录SOE 包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录 系统功能 主要内容 监控子系 统（2） 故障记录 、故障录 波和测距 故障录波与测距 一种方法是由微机保护装置兼 作故障记录和测距，将记录和 测距的结果送监控机存储机打 印输出或直接送调度主站，可 节约投资，减少设备，但故障 记录量有限 另一种方法是采用专用的微机 故障录波器，并且故障录波器 应具有串行通信功能，可以与 监控系统通信 故障记录记录故障 操作控制 功能 对断路器、电动隔离开关的分、合进行操作，对变压器 分接头进行调节控制，对电容器组进行换切，控制和操 作应包括
4、闭锁和防误功能 安全监视 功能 对采集的电流、电压、主变压器、频率等进行不间断监 视 系统功能主要内容 人机 联系 功能 有人值班时，人机联系功能在当地监控系统的后台机 上进行；无人值班时，则在远方的调度中心的调度主 机上进行 打印 功能 定时打印报表和运行日志；开关操作记录打印；时间 顺序记录打印；事故追忆打印等 数据 处理 与统 计记 录功 能 将采集来的状态量、数字量和脉冲量按规定的要求进 行处理，送往当地监控系统的后台机和上级调度中心 ，并保存归档 谐波 分析 与监 视 谐波源分析 谐波的危害 谐波检测与抑制 监控子系统 （3） 系统功能主要内容 微机保护子系统 微机保 护 包括线路保
5、护、馈线保护、母线保护 、变压器保护、电容器保护等 电压、无功综合控制子系统 主要是自动调节有载调压变压器的分接头位置和自 动控制无功补偿设备的投、切或控制其运行工况， 分集中控制、分散控制、关联分散控制三种方式 电力系统的低频减负荷控制 采用专用的低频减负荷装置实现 把低频减负荷的控制分散装设在每回馈电线路的保 护装置中 备用电源自投控制备用电源的投入是保证配电系统连续可靠供电的重 要措施 二、变电站综合自动化的特点 （一）功能综合化 微机保护代替了电磁式保护；监控装置综合了仪表屏、操 作屏、模拟屏、变送器、有载装置、有载调压、无功补偿、 中央信号系统和光字牌；微机保护和监控装置一起还综合了
6、 故障录波和故障测距、小信号接地等装置。 （二）结构分布化和装置微机化 变电站自动化系统内各装置的主要插件全是微机化的，分 布式结构、网络总线连接，将微机保护、数据采集、控制等 环节的CPU构成一个整体，实现各种功能，一个系统往往有多 个CPU同时并行运行。 （三）操作监视屏幕化 不管有人值班还是无人值班，操作人员都是面对彩色大屏 幕显示器进行变电站的全方位监视与操作。面对计算机的彩 色屏幕可以监视庞大变电站的瞬息变化。 （四）运行管理智能化 智能化不仅表现在自动化功能上，如自动报警、自动报 表、电压无功自动调节、小电流接地自动选线、备用电源自 投、事故判断与处理等方面；还表现在能够在线自诊断
7、并不 断将自诊断的结果送向远方的主控端。 三、国内外变电站综合自动化技术现状和发展 变电站自动化是在计算机技术和网络通信技术的基础上发展 起来的。国外变电站综合自动化的研究工作始于70年代。如美国 西屋电气公司和美国电力科学研究院(EPRI)联合研制的CPCS变电 站保护和控制综合自动化系统，日本关西电力公司与三菱电气公 司共同研制的SDS-1,1979年完成样机，80年代开始商业化生产。 80年代以后，德国西门子公司(SIEMENS)、AEG公司、日本日 立、三菱、东芝公司、瑞士ABB公司、美国通用电气公司(GE)、 西屋电气公司(Westhouse),法国阿尔斯通公司(ALSTHOM)等国
8、际 著名大型电气公司均开发和生产了变电站综合自动化产品(或保 护与控制一体化装置)，并取得了较为成熟的运行经验。他们彼 此间一开始就十分注意这一领域的技术规范和标准的制定与协调 ，避免各自为政造成不良后果，这一点是值得我们借鉴的。 我国是从20世纪60年代开始研制变电站自动化技术。到70年 代初，便先后研制出电气集中控制装置和集保护、控制、信号为 一体的装置。在80年代中期，35kV变电站微机保护、监测自动化 系统在威海望岛变电站投入运行。与此同时南京自动化研究院也 开发出了220kV梅河口变电站综合自动化系统。此外，国内许多 高等校及科研单位在这方面做了大量的工作。 进入90年代，变电站综合
9、自动化研究单位和产品如雨后春笋 般的发展，具有代表性的公司和产品有：北京四方公司的CSC 2000系列综合自动化系统，南京南瑞集团公司的BSJ2200计算机 监控系统，南京南瑞继电保护电气有限公司的RCS一9000系列综 合自动化系统，国电南自PS 6000系列综合自动化系统，许继电 气公司的CBZ-8000系列综合自动化系统等。 四、变电站综合自动化的结构及模式 目前从国内、外变电站综合自动化的开展情况而言，大致存 在以下几种结构： 1、集中式系统结构 系统的硬件装置、数据处理均集中配置，采用由前置机和后台 机构成的集控式结构，由前置机完成数据输入输出、保护、控制 及监测等功能，后台机完成数
10、据处理、显示、打印及远方通讯等 功能。这种结构有以下不足：前置管理机任务繁重、引线多，是 一个信息瓶颈，降低了整个系统的可靠性，即在前置机故障 情况下，将失去当地及远方的所有信息及功能，另外仍不能从工 程设计角度上节约开支，仍需铺设电缆，并且扩展一些自动化需 求的功能较难。 在此值得一提的是这种结构形成的原由，变电站二次产品早期开发 过程是按保护、测量、控制和通信部分分类、独立开发，没有从 整个系统设计的指导思想下进行，随着技术的进步及电力系统自 动化 的要求，在进行变电站自动化工程的设计时，大多采用的是按功 能拼凑的方式开展，从而导致系统的性能指标下降以及出现 许 多无法解决的工程问题。 集
11、中式系统结构的主要特点有： （1）能实时采集变电站各种模拟量、开关量，完成对变电站的 数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。 （2）完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。 （3）结构紧凑、体积小，可大大减少站地面积。 （4）造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电站更为有利。 （5）实用性好。 集中式系统结构的主要缺点有： （1）每台计算机的功能较集中，若一台计算机出故障，影响面大 ，因此，必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。 （2）软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。 （3）组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件 都必须另行设计，工作量大。 （4）集中
12、式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观 ，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计 麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。 2 集中分布式系统结构 按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设 备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。这 里所谈的分布是按变电站资源物理上的分布(未强调地理 分布)，强调的是从计算机的角度来研究分布问题的。这是一 种较为理想的结构，要做到完全分布式结构，在可扩展性、 通用性及开放性方面都具有较强的优势，然而在实际的工程 应用及技术实现上就会遇到许多目前难以解决的问题，如在 分散安装布置时，恶劣运行环境、抗电磁干扰、信息传输
13、途 径及可靠性保证上存在的问题等等，就目前技术而言还不够 十分成熟，一味地追求完全分布式结构，忽略工程实用性是 不必要的。 3 分层分布式系统结构 分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两 层，即变电站层(站级测控单元)和间隔层(间隔单元)。也可 分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。 该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设 计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护 和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测 控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相 互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变 电站自动化技术发展的趋势，大幅
14、度地减少了连接电缆，减 少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较 好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现 场工作可一次性地在设备制造厂家完成。 分布分散式结构的主要优点有： （1）间隔级控制单元的自动化、标准化使系统适用率较高。 （2）包含间隔级功能的单元直接定位在变电站的间隔上。 （3）逻辑连接到组态指示均可由软件控制。 （4）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面 积。 （5）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接 电缆。 （6）分布分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。 五 变电站综合自动化的数据通讯 数据通讯作为变电站自动化系统中一个重要的环节，主 要有两方面的任务：一个方面是完成综合自动化系统内部 各子系统或各种功能模块间的信息交换；另一个方面是完 成变电站与控制中心的通
