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1、第一章 概述改革开放以来，随着我国国民经济的快速增长，电力系统也获得了前所未有的发展，传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的需求。因此，变电站综合自动化技术在电力行业中引起越来越多的重视，并逐渐得到了广泛应用。本章将阐述变电站综合自动化的基本概念和发展过程，变电站实现综合自动化的优越性以及综合自动化的基本功能和特点。第一节 变电站综合自动化的基本概念及发展过程 近年来，随着微电子技术，计算机技术和通信技术水平的不断进步，变电站综合自动化技术也得到了迅速发展，目前已成为新建与改造中低压变电站的主导技术，变电站综合自动化是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实
2、现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监测、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，可以收集到所需要的各种数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断能力，监视和控制变电站的各种设备。 变电站综合自动化的发展过程大致可分为以下三个阶段。一、分立元件的自动装置阶段 20世纪70年代以前，为了提高电力系统的安全与经济运行水平，各种功能的自动装置被陆续研发出来。例如自动重合闸装置、低频自动减载装置、备用电源自投装置和各种继电保护装置等。这些装置主要采用模拟电路，由晶体管等分立元件组成。各装置独立运行，互不相干，且
3、体积大、耗电多、维修周期短、缺乏智能性，没有故障自珍能力，运行中若出现故障，不能提供警告信息。因此，需要有更高性能的装置来代替。二、微机型智能自动装置阶段 1971年，世界上第一片微处理器在美国Intel 公司问世，之后许多厂家纷纷开始研制，逐渐形成了以Intel、Motorola、Zilog公司为代表的三大系列微处理器。20世纪80年代，微处理技术开始被引入我国，并很快应用于电力系统的各个领域，由晶体管等分立元件组成的自动装置逐步由大规模集成电路或微处理器所代替，出现了微机型继电保护装置、微机监控和微机运动装置等。由微处理器构成的自动装置具有智能化和计算能力强的显著优点，且装置本身具有故障自
4、诊断能力，大大提高了测量的准确性、监控的可靠性和自动化水平，但是仍有许多不足。例如，各装置尽管功能不同，其硬件配置都大体相同；除微机系统本身外，都具有对各种模拟量的数据采集系统和输入/输出接口电路，并且所采集的量和要控制的对象有许多也是相同的，显得设备重复设置；各装置的功能虽得到一些扩展，还不能解决变电站运行中存在的所有问题；多数装置间仍然是各自独立运行，不能相互通信与资源共享。解决这些问题的唯一途径即是研制出经过重新优化组合的、具有综合自动化功能的集合型装置，这便是变电站综合自动化装置的由来。三、变电站综合自动化装置阶段国外变电站综合自动化的研究工作始于20世纪70年代。英国、法国、意大利等
5、国家20世纪70年代末装设的运动装置都是微计算机型的。日本在微处理器应用于电力系统方面的工作虽然晚于欧美，但后来居上，与1975年在关西电子公司和三菱电气有限公司的协助下开始研究用于配电变电站的数字控制系统，1979年通过现场试验，1980年开始商品化生产。20世纪80年代以后，研究变电站综合自动化系统的国家和大公司越来越多。例如，德国西门子公司、ABB公司、美国西屋公司、法国阿尔斯通公司等都有自己的综合自动化系统产品。我国变电站综合自动化的研究工作开始于20世纪80年代中期。最初的变电站自动化系统实际上是在RTU基础上加上以一台微机为中心的当地监控系统，不但未涉及继电保护，就连原有的传统的控
6、制屏台也都还保留。这是国内变电站自动化技术的初级阶段。20世纪80年代后期，进行变电站综合自动化技术研究的高等学校、科研单位、生产厂家逐渐增加。进入20世纪90年代，由于数字保护技术（即微机保护）的广泛应用，使变电站自动化技术取得实质性进展。20世纪90年代初研制的变电站自动化系统是在变电站控制室内设置计算机系统作为变电站自动化的核心，另设置一数据采集和控制部件，用以采集数据和发出控制命令。微机保护柜除保护外，每柜有一管理单元，其串行口与变电站自动化系统控制的数据采集及控制部件相连，传送保护装置的各种信息和参数，整定和显示保护定值，投/停保护装置。此类集中式变电站自动化系统与初级阶段相比有了很
7、大的进步。20世纪90年代中期，随着计算机技术、网络技术及通信技术的飞速发展，同时结合变电站的实际情况，各类分散式变电站自动化系统相继研制成功和投入运行。分散式变电站自动化系统的特点是，现场单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近。这些部件可以是集保护和测控功能为一体的综合性装置，用以处理各开关单元的继电保护和测控功能，也可以是现场的微机保护和测控部件分别保持其独立性。如今，变电站综合自动化技术更加成熟。以太网的Internet 技术，Wed 技术的嵌入式应用又给综合自动化技术的提高注入了新的活力，使其技术水平上了一个新的台阶。产品的功能和性能越来越完善，有的产品涵盖了50035KV电
8、压等级的输配电线路保护、主设备保护及测量控制系统，并提供了各个电压等级的变电站自动化的完善解决方案。各厂家生产的综合自动化装置迅速更新换代，不断有更先进的产品问世。变电站综合自动化技术已经逐渐成为我国电力工业推行技术进步的重点之一。实现变电站综合自动化是科学技术进步和发展的必然结果。第二节 实现变电站综合自动化的优越性变电站是电力系统中的一个重要组成部分，担负着电能转换和电能重新分配的重要任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。随着电力系统的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心需要获得更多的信息，以准确掌握电网和变电站的运行状况。同时，为提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集中监
9、视和控制，并逐步采用无人值班管理模式。显然，传统变电站已远远不能适应现代电力系统管理模式的需求。传统变电站一般都采用常规设备，二次设备中的继电保护和自动装置、远动装置等都采用电磁式或晶体管式，体积大，设备笨重，因此主控室、继电保护室占地面积较大。常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。由于传统变电站存在上述缺点，采用更先进的技术改造变电站是一种必然的趋势。最初我国对变电站监控技术的研究主要有两个方面：一是在220KV及以下中低压变电站中采用综合自动化技术，全面提高变电站的技术水平；二是对高压变电站采用全新的保护技术和控制方式，以促进各专业在技术上的协调，提高自动化水平和运行的可靠性。但随着变
10、电站的综合自动化技术的不断完善和成熟，一些厂家已生产出可应用于高压变电站的综合自动化系统。总体来看，实现变电站综合自动化的优越性主要有一下几个方面。（1）提高供电质量。（2）提高变电站的安全、可靠运行水平。（3）提高电力系统的运行管理水平。（4）降低造价，减少投资。（5）促进无人值班变电站管理模式的实行。当然，变电站实现综合自动化也会带来一些新的问题。例如，对长期从事传统监控装置维护、运行的人员来说技术较难掌握，一旦出现问题就不得不依靠供货商来解决；综合自动化装置的硬件更新换代非常快，所选用的设备可能很快就变成落后产品；监控软件有时会存在难以发现的缺陷等。随着综合自动化技术的不断进步和运行维护
11、人员素质的不断提高，这些问题会逐步得到解决，相信变电站综合自动化技术必将发挥越来越大的作用。第三节 变电站综合自动化系统的基本功能实现变电站综合自动化的目标是全面提高变电站的技术水平和管理水平，提高供电质量和经济效益，促进配电系统自动化的发展。变电站综合自动化是一门多专业性的综合技术，他以微型计算机为基础，实现了对变电站传统的继电保护、控制方式、测量手段、通信和管理模式的全面技术改造，实现了电网运行的一次变革。仅从变电站自动化系统的构成和所完成的功能来看，它是将传统变电站的监测控制、继电保护、自动控制和远动等装置所要完成的功能组合在一起，用一个以计算机硬件、模块化软件和数据通信网构成的完整系统
12、来代替。变电站综合自动化的内容较广，目前基本认为应包括：完成电气量的采集和电气设备的状态监视、控制和调节；实现变电站正常运行的监视和操作，保证其运行的安全性和可靠性；发生故障时完成瞬态电气量的采集和故障记录，并迅速切除故障和完成恢复运行的正常操作；将变电站采集的各种信息和数据实时传送至远方功能和要求曾经有不同看法。经过几年来的实践和发展，目前这些看法已趋于一致，归纳起来有一下几种功能：（1）控制、监视功能；（2）自动控制功能，如VQC、备用电源自动投入、故障隔离、网络重组等；（3）测量表计功能；（4）继电保护功能；（5）保护相关功能，如接地选线、低频减载、故障录波和故障测距等；（6）接口功能，
13、如微机防误、GPS、站内空调、火警等其他系统的接口；（7）系统功能，如当地监测、调度端通信等功能。从长远来看，变电站综合自动化系统的功能还包括高压电气设备本身的信息监视，如断路器、变压器、避雷器等设备的绝缘和状态视等。结合我国的情况，具体来说变电站综合自动化系统的基本功能体现在以下几方面。1继电保护功能电站综合自动化系统中的继电保护主要包括输电线路保护、电力变压器保护、母线保护、电容器保护、小电流接地系统自动选线、自动重合闸等。2测量、监视、控制功能变电站综合自动化系统应取代常规的测量装置，如变送器、录波器、指针式表等；取代常规的警告、报警装置，如中央信号系统、光字牌等。3. 自动控制智能装置
14、的功能变电站综合自动化系统必须具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。4事件顺序记录与故障录波和测距功能事件顺序记录包括断路器合跳闸记录、保护动作顺序记录。5. 远动及数据通信功能变电站综合自动化系统的通信功能包括系统内部的现场间通信和自动化系统与上级调度通信两部分。（1） 综合自动化系统的现场级间通信。（2）综合自动化系统必须兼有RTU的全部功能，即完成新型RTU等全部“四遥”（遥控、遥测、遥信、遥调）功能。6人机联系功能变电站采用微机监控系统后，操作人员或调度员只要面对CRT显示器的屏幕，通过操作鼠标或键盘，就可以观察和了解全站的运行供况和运行参数，对全站的断路器或隔离开关等进
15、行分、合操作，彻底改变了传统的监控方式。第四节 变电站综合自动化系统的特点变电站综合自动化系统的特点主要有一下几个方面。一、功能综合化变电站综合自动化系统是一个技术密集、多种专业技术相互交叉、相互配合的系统，是以微电子技术、计算机硬件和软件技术、数据通信技术为基础发展起来的。传统变电站内全部二次设备的功能均综合在此系统中。需要指出的是，对于中央信号、测量和控制操作等功能的综合是通过监控系统的全面综合，而对于一些重要的微机保护及自动装置则可能只是接口功能综合。二、分层、分布化结构 综合自动化系统内各子程序和各功能模块不同配置的单片机和微型计算机组成采用分布式结构，通过网络、总线将各子系统连接起来
16、。三、变电站操作监视屏幕化实现综合自动化后，无论有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电站内就是在主控站或调度室内，面对彩色大屏幕显示器进行变电站的全方位监视与操作。四、运行管理智能化 变电站综合自动化的另一个最大的特点是运行管理智能化。智能化不仅表现在常规的自动化功能上，如自动报警、自动报表、电压和无功自动调节、不完全接地系统单相接地选线、事故判别与记录等方面，更重要的是能实现故障分析和恢复操作智能化，以及自动化系统本身的故障自诊断、自闭锁和自动恢复等功能。五、通信手段多元化 计算机局域网络技术和光纤通信技术在综合自动化系统中得到了普遍应用。 六、测量显示数字化 变电站实现综合自动化后，微机监控系统改变了传统的测量手段，常规指针式仪表全被CRT显示屏上的数字显示所替代，而原来的人工抄表记录则完全由
