摘要：本文介紹了變電站綜合自動化的基本概念，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的基本功能，以及變電站綜合自動化的發(fā)展前景進(jìn)行分析。

    關(guān)鍵詞：變電站  綜合自動化系統(tǒng)  結(jié)構(gòu)  功能

    1 概述

    變電站綜合自動化是指利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號處理（DSP）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對變電站主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性自動化功能。它綜合了變電所內(nèi)除交直流電源以外的全部二次設(shè)備功能。電力系統(tǒng)進(jìn)行的農(nóng)網(wǎng)改造、城網(wǎng)改造對于變電站二次系統(tǒng)的改造主要是以綜合自動化系統(tǒng)替換原有的常規(guī)二次系統(tǒng)。變電站綜合自動化是一項提高變電站安全、可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)的一項措施。隨著“兩網(wǎng)”改造的深入和電網(wǎng)運(yùn)行水平的提高，采用變電站綜合自動化技術(shù)是計算機(jī)和通信技術(shù)應(yīng)用的方向，也是電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。

    2 變電站自動化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

    2.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 集中式一般采用功能較強(qiáng)的計算機(jī)并擴(kuò)展其I／O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進(jìn)行計算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動控制等功能。由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測等功能，后臺機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能。此類結(jié)構(gòu)對監(jiān)控主機(jī)的性能要求較高，且系統(tǒng)處理能力有限，開發(fā)手段少，系統(tǒng)在開放性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性等方面較差，抗干擾能力不強(qiáng)，該結(jié)構(gòu)在早期自動化系統(tǒng)中應(yīng)用較多，目前國內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式。

    2.2 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺計算機(jī)單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式處理。其結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是采用主、從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊如智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機(jī)來完成。各功能模塊(通常是多個CPU)之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時性。

    其結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)自問世以來，顯示出強(qiáng)大的生命力。但目前，還存在在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等。

    2.3 分散（層）分布式結(jié)構(gòu) 分散（層）分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο?rdquo;設(shè)計。所謂面向?qū)ο?，就是面向電氣一次回路設(shè)備或電氣間隔設(shè)備，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元(I/O單元)和保護(hù)單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，相互間通過通信網(wǎng)絡(luò)相連，與監(jiān)控主機(jī)通信。目前，此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在自動化系統(tǒng)中較為流行，主要原因是：

①現(xiàn)在的IED設(shè)備大多是按面向?qū)ο笤O(shè)計的，如專門的線路保護(hù)單元、主變保護(hù)單元、小電流接地選線單元等，雖然有將所有保護(hù)功能綜合為一體的趨勢，但具體在保護(hù)安裝接線中仍是面向?qū)ο蟮模?/p>

②利用了現(xiàn)場總線的技術(shù)優(yōu)勢，省去了大量二次接線，控制設(shè)備之間僅通過雙絞線或光纖連接，設(shè)計規(guī)范，設(shè)備布置整齊，調(diào)整擴(kuò)建也很簡單，成本低，運(yùn)行維護(hù)方便；

③系統(tǒng)裝置及網(wǎng)絡(luò)魯棒性強(qiáng)，不依賴于通信網(wǎng)和主機(jī)，主機(jī)或1臺IED設(shè)備損壞并不影響其它設(shè)備的正常工作，運(yùn)行可靠性有保證。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是功能分散，管理集中。

    分散（層）分布有兩層含義：其一，對于中低壓電壓等級，無論是I/O單元還是保護(hù)單元皆可安裝在相應(yīng)間隔的開關(guān)盤柜上，形成地理上的分散分布，如文獻(xiàn)所示的系統(tǒng)；其二，對于110kV及以上的電壓等級，即使無法把間隔單元裝在相應(yīng)的開關(guān)柜上，也應(yīng)集中組屏，在屏柜上明確區(qū)分相應(yīng)間隔對應(yīng)的單元，在物理結(jié)構(gòu)上相對獨(dú)立，以方便各間隔單元相應(yīng)的操作和維護(hù)。

    3 變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的功能

    3.1 微機(jī)保護(hù):是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，包括線路保護(hù)，變壓器保護(hù)，母線保護(hù)，電容器保護(hù)及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障記錄、存儲多套定值、適合當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ档裙δ堋?/p>

    3.2 數(shù)據(jù)采集

①狀態(tài)量采集：狀態(tài)量包括：斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號及變電站一次設(shè)備告警信號等。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。保護(hù)動作信號則采用串行口（RS-232或RS485）或計算機(jī)局域網(wǎng)通過通信方式獲得。

②模擬量采集：常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。饋線電流，電壓和功率值，頻率，相位等。此外還有變壓器油溫，變電站室溫等非電量的采集。模擬量采集精度應(yīng)能滿足SCADA系統(tǒng)的需要。

③脈沖量：脈沖量主要是脈沖電度表的輸出脈沖，也采用光電隔離方式與系統(tǒng)連接，內(nèi)部用計數(shù)器統(tǒng)計脈沖個數(shù)，實(shí)現(xiàn)電能測量。

    3.3 事件記錄和故障錄波測距 事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動作序列記錄，開關(guān)跳合記錄。其SOE分辨率一般在1~10ms之間，以滿足不同電壓等級對SOE的要求。變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。另一種是分散型，即由微機(jī)保護(hù)裝置兼作記錄及測距計算，再將數(shù)字化的波型及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲和分析。

    3.4 控制和操作閉鎖 操作人員可通過CRT屏幕對斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)保留人工直接跳合閘手段。操作閉鎖應(yīng)具有以下內(nèi)容：

①電腦五防及閉鎖系統(tǒng);

②根據(jù)實(shí)時狀態(tài)信息，自動實(shí)現(xiàn)斷路器，刀閘的操作閉鎖功能。

③操作出口應(yīng)具有同時操作閉鎖功能。

④操作出口應(yīng)具有跳合閉鎖功能。

    3.5　同期檢測和同期合閘　該功能可以分為手動和自動兩種方式實(shí)現(xiàn)?？蛇x擇獨(dú)立的同期設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可以由微機(jī)保護(hù)軟件模塊實(shí)現(xiàn)。

    3.6 電壓和無功的就地控制 無功和電壓控制一般采用調(diào)整變壓器分接頭，投切電容器組，電抗器組，同步調(diào)相機(jī)等方式實(shí)現(xiàn)。操作方式可手動可自動，人工操作可就地控制或遠(yuǎn)方控制。

    無功控制可由專門的無功控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)裝置測量的電壓，無功和變壓器抽頭信號通過專用軟件實(shí)現(xiàn)。

    3.7 數(shù)據(jù)處理和記錄歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級調(diào)度中心，變電管理和保護(hù)專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，主要有：

①斷路器動作次數(shù);

②斷路器切除故障時截斷容量和跳閘操作次數(shù)的累計數(shù);

③輸電線路的有功、無功，變壓器的有功、無功、母線電壓定時記錄的最大，最小值及其時間。

④獨(dú)立負(fù)荷有功、無功，每天的峰谷值及其時間;

⑤控制操作及修改整定值的記錄，根據(jù)需要，該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝繉?shí)現(xiàn)，也可在遠(yuǎn)動操作中心或調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)。

    3.8　系統(tǒng)的自診斷功能：系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，自診斷信息也象被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往后臺機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心或操作控制中心。

    3.9　與遠(yuǎn)方控制中心的通信　本功能在常規(guī)遠(yuǎn)動‘四遙’的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)定值、故障錄波與測距信號的遠(yuǎn)傳等，其信息量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性，同時應(yīng)具備同多個調(diào)度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM應(yīng)相互獨(dú)立。保護(hù)和故障錄波信息可采用獨(dú)立的通信與調(diào)度中心連接，通信規(guī)約應(yīng)適應(yīng)調(diào)度中心的要求，符合國標(biāo)及IEC標(biāo)準(zhǔn)。

     3.10　防火、保安系統(tǒng)。從設(shè)計原則而言，無人值班變電站應(yīng)具有防火、保安措施。

    4　變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展

    變電站綜合自動化在一些新建變電站的運(yùn)行中表明其技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、安全可靠，經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定的水平，在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無人值班，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設(shè)中也大量采用自動化新技術(shù)，從而大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強(qiáng)了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可能性，降低了變電站建設(shè)的總造價。