变电站综合自动化系统教案

word格式，下载后可自由编辑PAGEPAGE68变电站综合自动化系统教案第一篇：变电站综合自动化系统教案第七章变电站综合自动化系统第一节变电站综合自动化系统概述1)因此，变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。2)只有通过变电站自动化系统才能向电力系统的调度中心提供完整和可靠的信息，调度中心才能了解和掌握电力系统实时的运行状态。同时，调度中心对电力系统要下发各种远方控制命令，这些命令只有通过变电站的自动化装置才能最终完成。也可以说没有一个完整、先进、可靠的基础自动化就不可能实现一个高水平的电网调度自动化。3)变电站综合自动化系统是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）等经过功能的组合和优化设计。4)微机保护代替常规的继电保护屏，改变了常规继电保护装置不能与外界通信的缺陷。5)变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可方便的监视和控制变电站内各种设备的运行，取代了常规的测量和监视仪表、常规控制屏、中央信号系统和远动屏。6)变电站综合自动化系统具有功能自动化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。-160-7)它的应用为变电所无人值班提供了强有力的现场数据采集和监控支持。8)其主要功能为：①对变电所所管辖的配电网实行监视和自动操作，如通过投切配电网中的联络开关和分段开关，切除故障或者调整功率分布。②在系统频率下降时，切除负荷，或在电压变动时自动投切电容器或者调节变压器的分接头，调节系统的电压和无功，提高供电质量。③通过对负荷的直接控制来调节负荷曲线和保持电能的供需平衡。9)传统变电站自动化系统和变电站综合自动化系统的优越性体现：1、传统的变电站大多数采用常规设备。尤其是二次设备中的继电保护和自动装置、远动装置等，采用了电磁式或是晶体管形式，因此结构复杂、可靠性不高，本身没有故障自检功能，因此不能满足现代电力系统高可靠性的要求。2、调节电压。电能质量逐渐的引起人们的关注，但是传统的变电站，大多数都不具备调节电压的手段，至于谐波污染造成的危害，还没有引起足够重视，更没有采取足够的措施，且缺乏科学的电能质量考核办法，不能满足目前发展的电力市场需求。3、占地面积。传统的变电站和和二次设备大多采用电磁式和晶体管式，体积大、笨重，因此主控制室、继电保护室占地面积大，增大了征地投资。实现变电站综合自动化就会减少占地面积，对国家目前和长远利益是很有意义的。4、“四遥”信息。传统的变电站不能满足向调度中心及时提供运行参数的要求，于是就不能适应电力系统快速计算和实时控制的要求。综合自动化系统能够和上级的调度中心实现信息共享，可以将现场的“四遥”信息及时准确地传递到-161-调度中心。因此，可以提高电力系统的运行和管理水平。第二节变电站综合自动化系统的基本功能变电站综合自动化系统是多专业性的综合技术，它以微型计算机为基础，实现了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。国际大电网会议WG34.03工作组在研究变电站时，分析了变电站自动化需完成的功能大概有63种，归纳起来可以分为以下几个功能组：①控制、监视功能；②自动控制功能；③测量表计功能；④继电保护功能；⑥与继电保护有关功能；⑥接口功能；⑦系统功能。结合这五个不同的功能组，我们将系统自动化的基本功能体现在下面的五个子系统中。一、监控子功能变电站的监控子功能可以分为以下两个部分。上位机的监视和控制功能以及下位机的监视和控制功能。下位机的监控功能主要包括电能量、母线电压和电流U、I和开关量的采集、故障录波等功能。上位机主要包含有人机界面和人机对话的功能，通信联络功能。（一）数据采集变电站的数据包括：模拟量、开关量和电能量（1）模拟量的采集。变电站需采集的模拟量有：各段母线的电压、线路电压、电流有功功率、无功功率，主变压器电流、有功功率和无功功率，电容器的-162-电流、无功功率，馈线电流、电压、功率以及频率、相位、功率因数等。此外，模拟量还有主变压器的油温，直流电源电压、站用变压器电压等。（2）开关量的采集。变电站的开关量有：断路器的状态、隔离开关状态、有载调压变压器分接头的位置、同期检测状态。继电保护动作信号、运行告警信号等这些信号都以开关量的形式，通过光电隔离电路输入到计算机。对于断路器的状态，我们通常采用中断输入方式和快速扫描方式，以保证对断路器变位的采样分辨率能在5ms之内。对于给定开关状态和分接头位置等开关信号，可以用定期查询的方式读取。（3）电能计量。电能计量即指对电能量（包括有功电能和无功电能）的采集。对电能的采集可以采用不同的方式。一种就是根据数据采集系统采集的各种不同的数据通过软件的方法进行不同的计算，得出有功电能和无功电能。这种方法不需要进行硬件的投资，但是作为实际的电能计费的方式，还不为大家所接受。另外的方法就是采用微机型电能计量仪表。这种仪表采用单片机和集成电路构成，通过采样数据进行有功电能和无功电能的计算。因为这种装置是专门为电能计算设计的，因此，可以保证计量的准确度。这种微机型的电能计量仪表是今后电能计量的发展方向。（二）事件顺序记录（SOE）事件顺序记录SOE（SequenceofEvents）包括断路器合闸记录、保护动作顺序记录。微机保护或监控系统采集环节必须有足够的内存，能存放足够数量或足够厂时间的时间顺序记录，确保当后台监控系统或远方几种控制主站通信中断-163-时，不会丢失事件的信息，并记录事件发生的时间（应该精确到毫秒级）。（三）故障记录、故障录波和测距（1）故障录波与测距。110KV及以上的重要输电线路距离厂、发生故障的影响大。必须尽快查找故障点，以缩短修复时间，尽快恢复供电，减小损失。设置故障录波和各种测距是解决此问题的最好途径。变电站的故障录波和测距可采用两种方法实现，一是由微机保护装置兼作故障记录和测距，在将记录和测距结果送监控机存储和打印输出或是直接送调度主站，这种方法可节约投资，减小硬件投资，但故障记录的数量有限；另外的方法就是采用专门的微机故障录波器，并且故障录波器应具有串行通信功能，可以与监视系统通信。（2）故障记录。35KV、10KV、6KV的配电线路很少专门设置故障录波器，为了分析故障的方便，可以设置简单故障记录功能。故障记录功能是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压，故障记录量的选择可以按照以下的原则：对于大量中、低压变电站，没有配备专门的故障录波装置，而10KV出线数量大、故障率高，在监控系统中设置了故障记录功能，对分析和掌握情况、判断保护动作是否正确很有益处。（四）操作控制功能无论是无人值班还是少人值班变电站，操作人员都可以通过CRT屏幕对断路器和隔离开关（如果允许电动操作的话）进行分、合操作，对变压器分接头开关位置进行调节控制，对电容器进行投切控制，同时要能接受遥控操作命令，进行-164-远方操作；为防止计算机系统故障时无法操作被控设备，在设计时，应保留人工直接跳闸、合闸的手段。断路器应该有闭锁功能，操作闭锁应包括以下内容：（1）断路器操作时，应闭锁自动重合闸装置。（2）当地进行操作和远方控制操作要互相闭锁，保证只有一处操作，以免相互干扰。（3）根据实时信息，自动实现断路器与隔离开关间的闭锁操作。（4）无论当地操作或远方操作，都应有防误操作的闭锁措施，即要收到反校验信号，才执行下一项；必须有对象校核、操作性质校核和命令执行三步，以保证操作的正确性。（五）安全监视功能监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度、频率等量，要不断进行越限监视，如果发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值，另外，还要监视保护装置是否失电，自动控制装置工作是否正常等。（六）人机联系功能（1）CRT显示器、鼠标和键盘。变电站采用微机监控之后，无论是有人值班还是无人值班的变电站，最大的特点之一是操作人员或调度员只要面对CRT显示器的屏幕，通过操作鼠标和键盘，就可对全站的运行工况和运行参数一目了然，可对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作，彻底改变了传统依靠指针式仪-165-表和依靠模拟屏或操作屏手段的操作方式。变电站中的这种显示是和变电站综合自动化系统的具体功能紧密相连的。CRT的显示内容是变电站中前台机监视、控制和测量等具体功能的人性化体现。在这些可以显示的内容中，包括现场采集的各种数据和经过后台计算机计算得到的数据：U、I、P、Q、cos、有功电能、无功电能以及主变压器温度T、系统频率f等，都可以在计算机的屏幕上实时显示。同时，在潮流等运行参数的显示画面上，应显示出日期和时间。对变电站主接线图中的断路器和隔离开关的位置要与实际状态相适应。进行对断路器或隔离开关的操作时，在CRT的显示上，对要操作的对象应有明显的标记（如闪烁、颜色改变等措施）。各项操作都有汉字提示。另外，变电站投入运行之后，随着送电量的改变，保护整定值、越限值等都需要修改，甚至由于负荷的增加，都需要更换原有的设备，例如更换TA的变化。因此在人机联系中，应该有良好的人机界面，以供变电站的操作人员对变电站的设备进行参数设定。特别需要强调的是，针对无人值班变电站必须设置有必要的人机联系功能，在操作人员进行设备巡视和检修时，可以通过液晶显示器和七段显示器或者CRT显示器和便携式机到站内进行操作。（七）后台数据统计和打印功能监控系统除了完成上述的各项功能外，数据处理和记录也是很重要的环节。历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容。此外，为满足继电保护专业和变-166-电站管理的需要，必须进行一些数据统计，其内容包括：主变和输电线路有功和无功功率每天的最大和最小值以及相应的时间；母线电压每天记录的最高值和最低值以及相应的时间；计算受配电电能平衡率；统计断路器动作次数；断路器切除故障电流和跳闸次数的累积时间；控制操作和修改整定值记录等。对数据的记录之后，就可以通过系统的打印机进行数据打印，以供变电站管理和历史存档。对于无人职守的系统变电站，可以不配备打印机，不设当地打印功能，各变电站的运行报表集中在控制中心打印输出。二、微机保护子系统为保证电力系统运行的安全可靠，微机保护通常独立于监控系统，专门负责系统运行过程中的故障检测和处理，故要求微机保护具有安全、可靠、准确、快速等性能。低压配电所的继电保护比较简单，有主变瓦斯/差动保护、电流速断保护、低压闭锁过电压过电流保护等。在低压配电所中通常被设置为一个独立的单元。微机保护在我国已经投入运行10多年的历史，并且越来越受到继电保护人员和运行人员的普遍欢迎。对微机保护的原理和功能实现不作介绍。三、无功／电压控制功能变电站综合自动化系统能够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。电压和频率是电能质量的重要指标，因此电压、无功综合控制也是变电站综合自动化的一个重要组成部分。造成电压下降的主要原因是系统中的无功功率不足和无功功率分布不合理。所以，在变电站内，应该接有有载调压变压器和控制无功分布的电容器。-167-变电站内的有载调压变压器和无功补偿装置虽然都能对系统的无功和电压起到调节作用，但是，两种调节方式的作用是不相同的。有载调压变压器可以载带有负荷的情况下，切换分接头位置，从而改变变压器的变比，起到调节电压和降低损耗的作用。控制无功补偿电容器的投切，可以改变网络中无功功率的分布，改变功率因数，减少网络损耗和电压损耗，改善用户的电压质量。在系统的无功功率严重不足的情况下，单纯的调节有载调压变压器的抽头，使电网的电压水平较高，反而使得该地区的无功功率不足，导致恶性循环。因此，在系统无功缺乏的情况下，必须调节系统的无功功率。总之，在进行无功和电压的控制时，必须将调分接头和电容器的投切两者结合起来，进行合理的调控。才能起到改变电压水平，又降低网络损耗的效果。电力系统中，电压和无功的调控对电网的输电能力、安全稳定运行水平和降低电能损耗有着极大影响。因此，要对电压和无功功率进行综合调控，保证实现电力部门和用户在内的总体运行技术指标和经济指标达到最佳。其具体的调控目标是：1、维持供电电压在规定的范围内。2、保持电力系统稳定和适当的无功平衡。3、保证在电压合格的前提下使电能损耗最小。四、低频减载功能电力系统的频率是电能质量最重要的指标之一。在系统正常运行时必须维持电网的频率在50Hz±（0.1～0.2）Hz的范围内。系统频率不论是偏大还是偏小，-168-对大量的用电设备和系统设备都是十分不利的。因此，在变电站内部，装设低频减载系统。低频减载系统的主要任务是，在系统发生故障，有功功率严重缺额时，需要切除部分负荷时，应尽可能作到有次序、有计划的切除负荷，并保证所切除的负荷数量必须合适，以尽量减少切除负荷后所造成的经济损失。目前，较为常用的两种方法是：（1）采用专门的低频减载装置实现。这种低频减载装置的控制方式在前面的章节里面已经做过介绍。采用不同的低频减载轮来实现低频减载功能。（2）把低频减载的负荷控制分散装设在每回线路的保护装置中。现在微机保护几乎都是面向对象设置的，每回线路都有一套自己的保护设备。在线路保护装置中，增加一个测量频率的环节，就可以实现低频减载的控制功能了。其对每回线路轮次的安排原则同上所述。只要将第n轮动作的频率和延时定值事前在某回路的保护装置中安排好，则该回路便属于第n轮切除的负荷。五、备用电源自投控制随着国民经济的迅猛发展，科学技术的不断提高及家用电器迅速走向千家万户，用户对供电质量和供电可靠性的要求日益提高。备用电源自投是保证配电系统连续可靠供电的重要措施。因此，备用电源自投已经成为变电站综合自动化系统的基本功能之一。备用电源自投装置的任务是，当电力系统故障或者因为其他的原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源或备用设备自动投入工作，使原来的工作电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置。-169-一般来讲，变电站的备用电源自投有两种形式：明备用和暗备用。第三节变电站的基本结构一、变电站综合自动化系统的基本要求为了达到变电站综合自动化的总目标，自动化系统应该满足以下要求：（1）变电站综合自动化系统应能全面代替常规的二次设备。综合自动化系统应集变电站的继电保护、测量、监视、运行控制和通信于一个分级分布式的系统中，此系统由微机保护子系统、测量子系统、各种控制子系统组成。这些系统能代替常规的机电保护、仪表、中央信号、模拟屏、控制屏和运行控制装置。（2）变电站微机保护的软件和硬件设置既要和监控系统相对独立，又要相互协调。微机保护是综合自动化系统中较为重要的环节，因此软件和硬件的配置要相对独立，即在系统运行中，继电保护的动作、行为仅和保护装置有关，不依赖监控系统的其他环节，保证综合自动化系统中，任何其他的环节故障只是影响局部功能的实现，不影响保护子系统的正常工作。但和监控系统要保持紧密的通信联系。（3）微机保护装置应具有串行接口或现场总线接口，向计算机监控系统或RTU提供保护动作信息或保护定值等信息。（4）变电站综合自动化系统的功能和配置，应该满足无人值班变电站的要求。系统中无人值班变电站的实施和推广是一个必然的趋势，是电网调度管理的发展方向。传统的四遥装置不能满足现代化电网调度、管理的要求。因此，变电-170-站综合自动化系统不管从硬件或软件方面考虑，都必须具备和上级调度通信的能力，必须具有RTU的全部功能，以满足和促进变电站无人值班的实施。（5）要有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。（6）必须保证综合自动化系统具有较高的可靠性和较强的抗干扰能力。在考虑总体结构时，要主、次分明，对关键的环节，要有一定的冗余。综合自动化系统的各个子系统要相对独立，一旦系统中某个部分出现故障，应尽量缩小故障影响的范围并能尽量尽快修复故障。为此，各子系统应具有独立的故障诊断、自修复功能，任何一个部分发生了故障，应通知监控主机发出告警信号，并能迅速将自诊断信息发送到监控中心。（7）系统的可扩展性和适应性要好。在对技术落后的老变电站进行技术改造时，变电站自动化设备应能根据变电站不同的要求，组成不同规模和不同技术等级的系统。（8）系统的标准化程度和开放性要好。研究新的产品时，应尽量符合国家或部颁标准，使系统的开放性能好，也便于系统以后升级。（9）必须充分利用好数字通信的优势，实现数据共享。数据共享应该是自动化系统发展的趋势，只有实现数据共享，才能简化自动化系统的结构，减少设备的重复，降低造价。（10）变电站综合自动化系统是一项技术密集、涉及面广、综合性很强的基础自动化工程。系统的研究和开发，必须统一规划、协调工作。各个方面要相互配合，避免各自为战。避免不必要的重复和相互干扰。-171-二、综合自动化系统的体系结构变电站综合自动化系统是和计算机技术、集成电路技术、网络通信技术密切相关的。随着这些技术的不断发展，综合自动化系统的体系结构也在不断的发生变化，功能和特性也在不断的提高。从变电站综合自动化的发展过程来看，它的体系结构经历了集中式、分布集中式、分散与集中相集合的方式和分散式等不同的发展类型和阶段。其中分层分散式的结构是今后的发展方向。它具有明显的优点。而且光电传感器和先进的光纤通信技术的出现，为分散式的综合自动化系统提供了有力的技术支持。显示器各保护装置打印机键盘调度中心监控主机通信控制器输出接口模入接口开入接口输出接口A/D模块输入接口主变压器TVTA线路TVTA断路器分合状态保护出口模拟量输入断开继路关电器状保和态护隔输出口继电器信输入离入息图7-1集中式结构的综合自动化系统框图1、集中式系统结构（如图7-1所示）集中式的变电站综合自动化系统是和当时计算机技术发展水平密切相关的。出现在70年代中、后期。在集中结构中，将自动化系统中的数据采集（包括模拟量和状态量）、继电保护和各种对变电站自动化设备的控制功能通过一定的接-172-口交给系统的主监控机来管理和完成，为了实现和调度中心的通信联系，还要有相应的通信控制器来负责主控计算机和调度中心的通信工作。在有人值班的变电站中，主控计算机为了实现人机对话和管理功能，还必须负责管理大量的外围设备，以满足人机对话和数据报表的打印功能。这种集中式的变电站综合自动化系统具有结构紧凑、体积小、占地面积小，可以减少投资、实用等特点。但是，随着技术地不断发展和新的变电站自动化结构的出现，它的劣势也就愈加明显：1）每台计算机的功能较为集中，如果一台计算机出现故障。影响面是很大的。必须采用双机或者是并联运行的结构来提高系统的稳定性2）集中式结构，软件复杂，修改的工作量大，而且系统的软件调试工作麻烦。3）组态不灵活，对不同结主接线和规模不同的变电站，其软、硬件都必须另行设计，适应性较差，不利于推广。4）集中式保护和长期以来采用的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，仅适合于保护算法简单的场合。-173-打印机（可选）人机接口当地调试或监控主控机（或双机）调度所/控制操纵中心光缆或电缆电能管理机485总线智能电能表智能电能表TV状出TA态口信回TV状出TA态口信回保护管理机现场总线或其他总线线路开关柜1保护与监控单元线路开关柜n保护与监控单元主变压器保护屏监控单元TV状出TA态口信回高压线路保护屏监控单元TV状出TA态口信回电压无功控制屏备用电源自投装置号路号路号路号路图7-2分散与集中相结合的变电站综合自动化系统结构框图2、分层式分布变电站自动化系统随着自动化系统的发展，到了90年代，出现了不同的变电站综合自动化模式，归纳起来，都属于分层分布式的结构。将实际的变电站的一次、二次设备分为三个不同的结构层次。设备层主要指变电站内的变压器、断路器和隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备。单元层主要是按照断路器间隔划分的。单元层本身由各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置通过局域网或者是总线和主监控机进行通信。它具有测量、控制部件或继电保护单元。测量和控制部件负责该单元的测量、监视、断路-174-器的操作控制和连锁及事件顺序记录等；保护部件负责该单元线路或变压器、电容器的保护、故障记录等。在这个层次中，还可能存在数据采集管理机和保护管理机，分别管理系统的数据采集和继电保护工作。所以说单元层本身是一个两级系统的结构。变电站层包括全站性的监控主机、远动通信机等。变电站层设现场总线或是局域网，供各主机之间和监控主机之间的信息交换。根据上面的变电站结构层次的划分，通常要采用按功能来分类的多CPU来实现。各种高压和低压线路的保护单元；电容器保护单元；主变压器保护单元；备用电源自投单元；低频减载控制单元；电压、无功综合补偿单元；数据采集单元；电能计量单元等。每个功能单元基本上由单独的一个CPU来完成，多采用单片机。在系统的管理上面，数据采集管理机和保护管理机能完成系统赋予它们的任务，并且能协调监控机的工作。这样就可以大大的减轻监控机的负担。它们通过总线或是局域网和主控计算机进行通信。一旦各个管理机发生故障，就会向主控计算机发出告警信号。对于主控计算机，如果应用在无人值班的场合，主要负责与调度中心的通信，使变电站自动化系统具有RTU的功能，完成“四遥”的任务；在有人值班的场合，除了仍然负责和调度中心通信外，还要负责人机联系，使自动化系统通过监控计算机完成当地显示、制表打印等任务。这种按照功能设计的分层分布式自动化结构，具有软件相对简单、调试相对方便、组态灵活、系统整体可靠性高等特点。但是，这种结构在安装的时候，需要的控制电缆相对较多，增加了电缆的投资。-175-3、分布分散式和集中式相结合的系统（如图7-2所示）利用先进的局域网络技术和现场总线技术，就可以对变电站二次系统进行优化，使变电站综合自动化系统得到提高。一种发展趋势就是按照每个电网的元件为对象，集测量、保护、控制为一体，设计在同一个机箱内。例如，对于6～35Kv的配电线路，可以将这个一体化的保护、测量、控制单元分散安装在各个开关柜中，然后由监控主机通过光纤或电缆网络，对它们进行管理和交换信息，这就是分散式结构。而且对于高压线路的各种保护和变压器保护，仍然可以通过集中组屏安装在控制室内。这种将低压线路的保护和测控单元分散安装在控制室内，而高压线路保护和主变压器保护采用集中组屏的系统结构，称为分布和集中相结合的结构，这是当前综合自动化系统的主要结构。分布分散式结构的优越性在于：（1）简化了变电站内二次部分的配置，大大减小了控制室的面积。配电线路的保护和测控系统都是安装在各个开关柜当中，因此，主控室内就减少了常规控制屏、中央信号屏和站内模拟屏。减少了主控室的占用面积，也有利于实现无人值班。（2）减小了施工和设备安装工程量。在开关柜中的保护和测控系统已经由厂家事先调整完毕，分布分散式系统的电缆敷设工程量小，因此施工和设备安装工程量就减小了。（3）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了连接电缆。（4）分层分散式结构将大量的实际工作分担到不同的单元去完成，因此可-176-靠性高，组态灵活，检修方便。并且，各模块和主控计算机之间通过局域网或总线连接，抗干扰能力强，可靠性高。（5）由于各个模块基本上是面向对象设计的，因此软件结构相对集中式的简单，并且调试方便，便于系统扩充。第四节变电站综合自动化系统的数据通信变电站综合自动化系统实质上是由多台微机组成的分级分布式的控制系统，包括微机监控、微机保护、电能质量自动控制等多个子系统。在各个子系统中往往又由多个智能模块组成。例如：微机保护子系统中，有变压器保护、电容器保护和各种线路保护等。因此在综合自动化系统内部，必须通过内部数据通信，实现各子系统内部和各子系统间的信息交换和实现信息共享，以减少变电站二次设备的重复配置和简化二次设备的互连，既减少了重复投资，又提高了整体的安全性，这是常规的变电站的二次设备所不能实现的问题。另一个方面，变电站是电能传输、交换、分配的重要环节，它集中了变压器、开关、无功补偿等昂贵设备。因此，对变电站综合自动化系统的可靠性、抗干扰能力、工作灵活和可扩展性要求很高，尤其是在无人值班变电站中，不仅要求综合自动化系统中所采集的测量信息和各断路器、隔离开关的状态信息等能传送给地区电网调度中心（简称地调）或县调或省调（为了叙述简单，下文将各级调度中心或集控站统称为控制中心）。综合自动化系统各环节的故障信息也要及时上报给控制中心。同时也要能接受和执行控制中心下达的各操作和调控命令。-177-因此，变电站综合自动化系统的数据通信，包括两方面的内容：一是综合自动化系统内内部各子系统或各种功能模块间的信息交换；另一个是变电站和控制中心间的通信。一、综合自动化系统与控制中心的通信综合自动化系统应具有与电力系统控制中心通信的功能，不另外设独立的远动装置，而由综合自动化系统的上位机（或称集中管理机）或通信控制机执行远动功能。把变电站所需测量的模拟量、电能量、状态信息和SOE等类信息传送到控制中心，这些信息是变电站和控制中心共用的，不必专门为送控制中心专门单独采集。变电站不仅要向控制中心发送测量和监视信息，而且要从上级调度接受数据和控制命令，例如接收调度下达的开关操作命令，在线修改保护定值、召唤实时运行参数。从全系统范围内考虑电能质量、潮流和稳定的控制等，这些功能如果实现，将给电力系统带来很大效益，这也是变电站综合自动化的优越性和要求的目标。二、变电站内的信息传输在具有变电站层—单元层（间隔层）—现场层（设备层）的分层式自动化系统中，要传输的信息有如下几种。（一）设备层和间隔层（单元层）间的信息交换间隔层的设备有控制测量单元或继电保护单元，或两者都有。设备层的高压断路器可能有智能传感器和执行器，可以自由地与单元层的装-178-置交换信息。间隔层的设备大多需要从设备层的电压和电流互感器采集正常和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息，这些信息包括：断路器和隔离开关位置、主变压器分头位置，变压器、互感器、避雷器的诊断信息和断路器的操作信息。（二）单元层内部的信息交换在一个单元层内部相关的功能模块间，即继电器保护和控制、监视、测量间的数据交换。这类信息有如测量数据、断路器状态、器件的运行状态、同步采样信息等。（三）单元层间的通信不同单元层间的数据交换有：主、后继电保护工作状态、互锁，相关保护动作闭锁电压无功综合控制装置信息。（四）单元层和变电站层的通信单元层和变电站层的通信内容很丰富，概括起来有以下三类：（1）测量及状态信息。正常和事故情况下的测量值和计算值，断路器、隔离开关、主变压器分接头开关位置、各单元层运行状态、保护动作信息等。（2）操作信息。断路器和隔离开关的分、合命令，主变压器分接头位置的调节，自动装置的投入和退出等。（3）参数信息。微机保护和自动装置的整定值等。（五）变电站层的内部通信变电站层的内部通信，要根据各设备的任务和功能特点，传输所需的测量信-179-息、状态信息和操作命令等。三、变电站综合自动化系统通信的特点和要求（一）、变电站通信网络的要求由于数据通信在综合自动化系统的重要性，经济、可靠的数据通信成为系统的技术核心，而由于变电站的特殊环境和综合自动化系统的要求。使变电站综合自动化系统内的数据网络具有以下的特点和要求。（1）快速和实时响应的能力。变电站综合自动化系统的数据网络要求及时地传输现场的实时运行信息和控制信息。在电力工业标准中对系统的数据传输都有严格的实时性指标，网络必须很好地保证数据通信的实时性。（2）很高的可靠性。电力系统是连续运行的，数据通信网络也必须连续运行，通信网络的故障和非正常工作会影响整个变电站综合自动化系统的运行，设计不合理的系统，严重时甚至会造成设备和人身事故、造成很大的损失，因此变电站综合自动化系统的通信子系统必须保证很高的可靠性。（3）优良的电磁兼容性能。变电站是一个具有强电磁干扰的环境，存在电源、雷击、跳闸等强电磁干扰，通信环境恶劣，数据通信网络必须注意采取相应地措施消除这些干扰的影响。（4）分层式结构。这是由整个系统的分层式结构所决定的，也只有实现通信网络的分层，才能实现整个变电站综合自动化系统的分层分布式结构，系统的各层次又各自具有特殊的应用条件和性能要求，因此每一层都要有合适的网络系统。-180-（二）、信息传输响应速度的要求不同类型和特性的信息要求传送的时间差异很大，具体内容如下：（1）经常传送的监视信息。①为监视变电站运行状态，需要传输母线电压、电流、有功功率、无功功率、零序电压、频率等测量值，这类信息需要经常传送，响应时间需满足SCADA的要求，一般不宜大于1~2秒；②为计量用的信息，如有功电能量和无功电能量，这类信息传送的时间可以较长，传送的优先级可以较低；③为刷新变电站层的数据库，需定时采集断路器的状态信息，继电保护装置和自动装置投入和退出的工作状态信息，可以采用定时召唤方式，以刷新数据库；④为监视变电站的电气设备和安全运行所需的信息，例如变压器、避雷器等的状态监视信息，变电站保安、防火有关的运行信息。（2）突发事件产生的信息。①系统发生事故的情况下，需要快速响应的信息，例如：事故时断路器的位置信号，这种信号要求传输时延小，优先级高；②正常操作时的状态变化信息（如断路器状态变化）要求立即传送，传输响应时间要小，自动装置和继电保护装置的投入和退出信息，要及时传送；③故障情况下，继电保护动作的状态信息和事件顺序记录，这些信息作为事故后分析事故之用，不需要立即传送。待事故处理完毕后在送即可；④事故发生时的故障录波，带时标的扰动记录的数据，这些数据量很大，传输时间长，也不必立即传送；⑤控制命令、升降命令、继电保护和自动设备的投入和退出命令。修改定值命令的传输不是固定的，传输的时间间隔比较长；⑥随着电子技术的发展，在高压电气设备内装设的智能传感器和智能执行器，高速地和自动化系统单元层的设备交换数-181-据，这些信息的传输速率取决于正常状态时对模拟量的采样速率，以及故障情况下快速传输的状态量。（三）、各层次之间和每层内部传输信息时间的要求（1）设备层和间隔层，1~100ms。（2）间隔层内各个模块间，1~100ms。（3）间隔层的各个间隔单元间，1~100ms。（4）间隔层和变电站层之间，1~1000ms。（5）变电站层的各个设备之间，≥1000ms。（6）变电站和控制中心间，≥1000ms。第五节现场总线在变电站综合自动化系统中的应用一、概述变电站数据通信可以采取并行通信或串行通信方式。并行通信方式除了需要数据线外还需要控制线和状态信号线，显然并行通信方式下需要的传输线路较多，成本高，因此常用在传输距离较短（通常小于10m），传输速率较快的场合。早期的变电站综合自动化系统，由于受到当时通信技术和网络技术等具体条件的限制，变电站内部通信大多采用并行通信，在综合自动化系统的结构上，多为集中组屏式。串行通信方式是一位一位顺序传送。串行通信最大的优点是可以节约传输线路，特别是当位数较多的情况和远距离传输时，这个优点就更加明显，不仅节约-182-了投资，还简化了接线。在变电站综合自动化系统的内部，各种自动装置之间，或继电保护装置与监控系统间，为了减小连接电缆，简化配线，常采用串行通信。目前，在变电站综合自动化系统中，微机保护、微机监控和其他微机型的自控装置间的通信，大多通过RS-422/RS-485通信接口连接，实现监控系统与微机保护和自动装置间的相互交换数据和状态信息。这与变电站原来的二次系统相比，已有很大的优越性，可节省大量连接电缆，接线简单、可靠。然而，在变电站综合自动化系统中。采用RS-422/RS-485通信接口，虽然可以实现多个节点（设备）的互连，但连接的数目一般不超过32个，在变电站规模较大时，不能满足综合自动化的要求；其次，采用RS-422/RS-485通信接口，其通信方式为查询方式，即由主计算机询问，保护单元或自控装置答，通信效率低，难以满足较高的实时性要求；再者，使用RS-422/RS-485通信接口，整个通信网上只能有一个主节点对通信进行管理和控制，其余皆为从节点，受节点管理和控制，这样主节点便成为系统的瓶颈，一旦主节点出现故障，整个系统的通信便无法进行；另外，对RS-422/RS-485通信接口的通信规约缺乏统一标准，使不同厂家生产的设备很难互连，给用户带来不便。在变电站综合自动化系统中，也有采用计算机局域网的，比如Novell网，Ether网TokenRing网等。但这些局域网适用于一般做数据处理的计算机网络，其传输容量大，但实时性不高。以上的种种问题不仅在电力系统中，在其他的工业控制领域也存在。基于上述原因，国际上在80年代就提出了现场总线，并制定了相应的标准。-183-并且出现了几种较为著名的现场总线技术。根据国际现场总线基金会的定义，所谓现场总线是一种全数字的双响多站点通信系统。现场总线是基于微机化的智能现场仪表，实现现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化的、智能、双向、多变量、多点、多站的通信网络。它按国际标准化组织ISO和开放系统互连OSI提供了网络服务，可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、造价低、维护成本低。现场总线和一般的计算机局域网有些相似之处，但也有不少差别。局域网适合于一般数据处理的计算机网络，而现场总线是作为现场测控网络，要求方便地适应多个输入输出类型数据（突发性数据和周期性数据）的传输，要求通信的周期性、实时性、可确定性，并适应工业现场的恶劣环境。现场总线除了具有局域网的优点外，最主要的是它满足了工业控制过程所要求的现场设备通信的要求，且提供了互换操作，使不同厂家和设备也可互连，并可统一组态，使所组成的系统的适应性更广泛。现场总线的开放性，使用户可方便地实现数据共享。二、现场总线技术在变电站综合自动化系统中应用的优越性。随着大规模集成电路技术和微型计算机技术的不断发展，变电站综合自动化系统从体系结构上面临着由原来面向功能往面向对象的方向发展。以往的变电站综合自动化系统是按照保护、监控、故障记录和其他的自动控制等功能分为若干个相对独立的子系统，每个子系统有自己的输入和输出设备，造成设施重复，联-184-系复杂，这一方面是由于以前技术条件限制，另外一个方面也与各种功能发展过程中形成的管理体制和习惯有关。现在微机技术，尤其是单片机技术的发展，使人们认识到变电站综合自动化系统是按照其服务对象（一次设备）将保护、测量集成在一起，然后通过网络联系起来，可以使体积大大缩小，有很多优越性。变电站的自动化设备采用面向对象的微机化产品后，应用现场总线是必然的趋势。采用具有现场总线的自动化设备有以下几个方面的优越性。（1）互操作性好。具有现场总线接口的设备不仅在硬件上标准化，而且在接口软件上也标准化。用户可优选不同厂家的产品集成为一个比较理想的自动化系统。（2）现场总线的通信网络为开放式网络。以前，由于不同厂家生产的自动化设备通信协议不同，要实现不同设备间的互连比较困难。而现场总线为开放式的互连网络，所有技术和标准都是公开的，所有制造商必须遵守，使用户可以自由地组成不同制造商的通信网络，既可以与同层网络相连，也可以与不同层网络互连，因此现场总线给综合自动化系统带来了更大的适应性。（3）成本降低。由于现场总线完全采用数字通信，其控制功能也可不下放到现场。由现场总线设备组成的自动化系统，减少了占地面积，简化了控制系统内部的连接，可节约大量的连接电缆，使成本大大降低。（4）安装、维护、使用方便。使用现场总线接口技术，无需用很多控制电缆连接各控制单元，只需将各个设备挂接在总线上，这样就显著减少了连接电缆，-185-使安装更方便，抗干扰能力更强。（5）系统配置更灵活，可扩展性好。正是因为现场总线有上述主要优点，因此今后变电站综合自动化设备采用现场总线是发展的方向。-186-第二篇：变电站综合自动化系统iPACS-5000新型变电站综合自动化系统iPACS-5000新型变电站综合自动化系统采用分层、分布式结构，是金智科技为适应变电站综合自动化的需要，在总结多年从事变电站综合自动化系统开发、研究及应用经验的基础上，基于变电站自动化整体解决方案，运用新的计算机技术、网络通信技术、芯片技术、电磁兼容技术，并结合最新国际标准，而推出的新一代集保护、测控、远动、电压无功控制（VQC）、微机五防功能及继电保护信息系统（FIS）于一体的新型变电站综合自动化系统。iPACS-5000系统采用先进技术，精心设计，使变电站保护和测控既相对独立又相互融合，以先进的通讯技术实现变电站内外各子系统及装置的信息交换，保护装置工作不受测控和外部通信的影响，同时又可以在间隔层互通逻辑，确保保护独立的安全性和可靠性，同时又实现信息共享，为变电站综合自动化提供一个完整的解决方案。本系统适用于35KV～750KV等各种电压等级变电站和发电厂网控自动化系统。主要特点优化设计的整体方案系统实现了继电保护、当地监控、远动、电压无功控制、一体化在线五防、小电流接地选线、继电保护和故障录波信息管理、运行管理、设备管理等功能；·基于全站网络通信及拓扑技术，由软件实现了任意主接线、任意变电站规模的电压无功综合控制（VQC）；·基于网络通讯的不依赖于后台的全站间隔层联锁功能；·基于间隔层信息交换的全变电站程序化自动控制功能，将通过操作票的人工操作由计算机智能化实现，通过程序化来自动控制，减少了不必要的人为工作，提高了变电站的运行效率、并降低可能的失误概率；·系统集成了微机五防系统的全部功能（一体化五防系统）；·系统集成了继电保护信息系统（FIS）子站的全部功能，包括全站故障信息的采集、统计、分析功能，为保护人员进行事故处理提供帮助。该功能通过嵌入式通讯控制器实现，可以直接与调度FIS主站网络相联。强大灵活的通信手段·站控层网络采用100M以太网，间隔层设备支持100M高速工业级以太网，并配以适应工业控制场合应用的高可靠性交换机、网关等网络通信设备，构成系统强大的通信平台；·站控层、间隔层支持双网，实现竞争式双网热备运行方式。系统采用高效、新颖的算法同时收取双网数据并甄别数据的有效性，故障时不需切换网络，消除了由于网络切换而带来的数据丢失和重复问题，保证了数据传输的快速性和安全可靠性；·自行开发的网络通信设备采用工业级芯片，直流供电，机架式安装结构，满足变电站二次设备电磁兼容标准；·系统既可以采用IEC60870-5-103继电保护设备信息接口配套标准传输规约，所有信息采用通用分类服务传送，最大限度地保证了系统的开放性；也可以适应智能电网技术规范要求采用IEC61850标准构成智能变电站监控系统。·配置了多CPU结构的iPACS-5790系列通信装置，提供各种标准接口，可方便地实现与其它设备的互联，保证用户对产品的灵活选择。开放的后主站系统·主站系统采用跨平台技术，支持Windows和Unix系统，支持混合平台；·通过组件技术的使用，实现软件功能“即插即用”，可随时加入扩展功能，且不必修改或编译原有程序，能很好地满足综合自动化系统的需要。直观的后台界面显示·具备网络拓扑功能，直接在接线图上反映设备的带电、接地状况；·具备动态着色功能，通过不同的颜色、图符直接反映一次设备或智能装置的运行情况；·采用丰富的分层、分类、分级方式的智能报警，事件过滤方式；·曲线、饼图、棒图的即时察看功能，不需事先编辑，可选择不同方式实时察看任一测点的变化趋势；·Excel风格的报表，可方便地制作各种类型的报表，能显示各种类型的数据、曲线、棒图。可自动打印或召唤打印。远动信息直采直送远动主机、监控主机通信功能相互独立，远动信息从间隔层直采直送，杜绝了通信瓶颈，保证了远动信息的可靠传输。面向对象的信息组织·信息的组织面向对象。逻辑装置与物理装置一一对应，信息的组织直接基于逻辑装置，按照厂站、装置、测点(遥信、遥测、遥控、脉冲和档位)三个层次组织，单个变更的影响局限于某个逻辑装置的相关部分。便于扩展；·信息的属性自我描述，支持设备的在线配置，实时校验功能。安全可靠的测控装置·所有保护与装置均基于高性能32位CPU和DSP硬件平台，采用vxWorks实时多任务操作系统,处理能力强大，能很好地适应变电站间隔层对数据采集、处理的需要；·装置采用16位高精度模数转换器，所有交流输入信号同时采样，保证了模拟量测量精度；·校时方案采用IRIG-B对时，对时精度达到1mS，保证了SOE的分辨率；·控制回路的多种闭锁、开放、校验、检查措施，基于网络通讯间隔层横向联锁功能，保证了远方和就地控制操作的安全性；·装置提供100M光纤/双绞线高速工业级以太网，方便系统组网；·可编程逻辑控制，模块化设计，可满足用户个性化需求；·提供创新的调试维护工具包iTools,极大地方便用户现场的调试与维护；·装置采用整体面板，背插式结构，强弱电严格分开，具有良好的抗电磁干扰能力，功耗低，工作温度范围宽，可就地安装。系统组成该系统分为三层：间隔层站控层、网络层、站控层。间隔层:主要由各种智能保护、测控装置组成。iPACS－5000系列保护、测控装置解决了装置在恶劣环境下（高温、强电磁场干扰、潮湿）长期可靠运行的问题，并在整体设计上，通过保护、测控装置有机结合，信息交换，减少重复设备，简化了设计，减少了电缆。间隔层:支持单网或双网结构，支持100M全以太网；双网采用竞争式热备运行方式，有效地保证了网络传输的实时性和可靠性；通信协议采用电力行业标准规约，可方便地实现不同厂家的设备互连；可选用光纤组网，增强通信抗电磁干扰能力；利用GPS，支持硬件对时网络，减少了GPS与设备之间的连线，方便可靠，对时准确。站控层:采用分布式系统结构，提供多种组织形式，可以是单机系统，亦可多机系统。灵活性好，可靠性高，且方便系统扩展。变电站层为变电值班人员、调度运行人员提供变电站监视、控制和管理功能，界面友好，易于使用。通过组件技术的使用，实现软件功能“即插即用”，能很好地满足综合自动化系统的需要。提供远动通信功能，可以不同的规约向不同的调度所或集控站转发不同的信息报文。典型结构说明·数据服务器、操作员站、维护工作站、继电保护工作站、微机五防，可以配置多机，冗余配置，也可以将功能适当集中，甚至配置单机系统；·后台操作系统可选择Windows或者各种常规的Unix；·远动通讯装置和保护管理装置均可采用单机或者双机配置，其中保护管理可以选择单独的保护管理装置，也可以同远动通讯装置合用。系统功能iPACS-5000变电站综合自动化系统，具有如下功能：·实时数据采集与处理·数据库的建立与维护·控制操作、同步检测、防误闭锁·程序化控制·报警处理·事件顺序记录、事故追忆·画面生成及显示·在线计算及制表·电能量处理·远动功能·电压-无功自动调节（VQC）·小电流接地选线功能·一体化在线微机五防·时钟同步·人机接口·系统自诊断与自恢复·与其它智能电子设备（IED）的接口·继电保护和故障录波信息管理（FIS子站）第三篇：变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统概述第1章概述常规变电站的二次设备主要由继电保护、就地监控(测量、控制、信号)、远动、故障录波等装援组成。随着微机技术的发展和在电力系统的普遍应用，近年来，这些装置都开始采用微机型的，即微机保护、微机监控、微机远动等。这些微机装置尽管功能不一，但其硬件配置却大体相同，装置所采集的量和要控制的对象许多是共同的。但由于这些设备分属不同的专业，加上管理体制上的一些原因，在变电站上述各专业的设备出现了功能重复、装置重复配置、互连复杂等问题。这就迫切需要打破各专业分界的框框，从全局出发来考虑全微机化的变电站二次设备的优化设计，这便提出了变电站综合自动化的问题。变电站自动化是将应用控制技术、信息处理和通信技术，通过计算机软、硬件系统或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。它包括综合自动化技术、远动技术、继电保护技术及变电站其他智能技术。变电站综合自动化利用微机技术将变电站的二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置、远动装置）经过功能的重新组合和优化设计，构成了对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的综合性自动化系统。它是计算机、自动控制、电子通讯技术在变电站领域的综合应用，它具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特点。变电站综合自动化系统以全微机化的新型二次设备替代常规设备，尽量做到硬件资源、信息资源共享。用不同的模块软件实现常规设备的各种功能，用计算机局域网代替大量信号电缆的连接，用主动模式代替常规的被动模式，简化了变电站二次部分的硬件配置，减轻了安装施工和运行维护工作量，降低了变电站总造价和运行费用，使变电运行更安全、可靠，为提高运行管理自动化水平打下了基础。第2章原因使变电站综合自动化成为电力系统自动化的发展方向原因有两个方面：一是随着电力系统的发展，对变电站保护和监控的要求发生了很大的变化，而现有的常规保护和监控系统渐渐不能满足要求；二是变电站现有的常规保护和监控系统设计本身具有很多缺点和不足。2.1.对变电站保护和监控的要求的变化继电保护要求的变化当前的电力系统具有电网规模大、电压等级高和机组容量大的特点。为了最大限度的发挥电网的经济性，电力系统越来越多地运行在其稳定极限附近。这就要求一旦发生故障，继电保护装置能更快地切除故障。220XX及以上的超高压输电线路要求的典型故障切除时间30ms，严重故障时要求故障切除时间更短；母线保护要求内部故障切除时间10ms，能自动识别母线运行方式并作出相应调整，能在近端外-1算机网络技术的长足发展，集变电站二次功能于一身的变电站综合自动化系统已越来越明显的成为变电站自动化发展的趋势。国外从70年代末80年代初就开始进行保护和控制综合自动化新技术的开发和试验研究工作。到目前为止，各大电力设备制造公司都陆续推出了系列化产品。90年代以来，世界各国新建变电站大部分采用了变电站综合自动化系统。我国在70年代初期便先后研制成电气集中控制装置和“四合一”集控台。随着微机技术在电力系统应用的日益成熟，80年代中期，我国亦开始研究变电站综合自动化技术。尤其是近年来，国内变电站综合自动化技术也得到了飞速的发展，下面就国内外变电站综合自动化技术的现状与发展作一总结和分析。第3章国内外变电站综合自动化技术发展概况3.1.国外变电站综合自动化系统概况国外从70年代末、80年代初就开始进行保护和控制综合自动化系统的新技术开发和试验研究工作。如由美国西屋电气公司和美国电力科学研究院(EPRI)联合研制的SPCS变电站保护和控制综合自动化系统，由日本关西电力公司与三菱电气公司共同研制的SDS—I、II保护和控制综合自动比系统从1977一1979年进行了现场试验及试运行，8O年代初已交付商业应用。目前，日本日立、三菱、东芝公司，德国西门子公司(SIEMENS)、AEG公司，瑞士ABB公司，美国通用电气公司(GE)、西屋电气公司(Wesinghouse)，法国阿尔斯通公司(AL—STHOM)，瑞士Landis&Gyr公司等国际著名大型电气公司均开发和生产了变电站综合自动化系统(或称保护与控制一体化装置)，并取得了较为成熟的运行经验。其主要特点为：系统一般采用分层分布式，系统由站控级和元件／间隔级组成，大部分系统在站控级和元件／间隔级的通信采用星形光纤连接，继电保护装置下放到就地，主控制室与各级电压配电装置之间仅有光缆联系，没有强电控制电缆进入主控制室，这样节约了大量控制电缆，大大减少对主控制室内计算机系统及其他电子元件器的干扰，提高了运行水平和安全可靠性。3.2.国内变电站综合自动化技术发展现状和趋势我国变电站综合自动化技术的起步发展虽比国外晚，但我国70年代初期便先后研制成电气集中控制装置和“四合一”装置(保护、控制、测量、信号)。如南京电力自动比设备厂制造的DJK型集中控制装置，长沙湘南电气设备厂制造的WJBX型“四合一”集控台。这些称之为集中式的弱电控制、信号、测量系统的研制成功和投运为研制微机化的综合自动化装置积累了有益的经验。70年代末80年代初南京电力自动比研究院事先研制成功以Motorola芯片为核心的微机RTU用于韶山灌区和郑州供电网，促进了微机技术在电力系统的广泛应用。1987年，清华大学在山东威海望岛35KV变电站用3台微型计算机实现了全站的微机继电保护、监测和控制功能。之后．随着1988年由华北电力学院研制的第1代微机保护(O1型)投入运行，第2代微机保护(WXB—11)1990年4月投入运行并于同年12月通过部级鉴定。较远动装置采用微机技术滞后且更为复杂的继电保护全面采用微机技术成为现实。至此，随着微机保护、微机远动、微机故障录波、微机监控装置在电网中的全面推广应用，人们日益感到各专业在技术上保待相-3第2种类型早期的变电站综合自动化系统多为集中式，由一台或两台计算机完成变电站的所有继电保护、测量监视、操作控制、中央信号数据通信和记录打印等功能。系统各功能模块与硬件无关，采用模块化软件连接来实现，集中采集信息，集中处理运算。具有工作可靠、结构简单、性价比高等优点，但可扩充性、可维护性差。调度主站系统调制解调器V20XXU板系统支持板汉字库板键盘接口板STDBUS后台机A/D转换板开关量输入板开关量输出板电量变送器断路器继电器第3种类型为从硬件结构上按功能对装置进行了划分，摒弃了集中式单CPU结构而走向分散，系统由数据采集单元(模拟量、开关堡、脉冲量)，主机单元(总控单元)、遥控执行单元、保护单元组成。各功能单元(设备)通过通信网络等手段实现有机结合，构成系统。该类系统可替代常规的保护屏、控制屏、中央信号屏、远动屏、测量仪表等。它具有较强的在线功能。各种功能比较完善，且人机界面较好。但系统仍然比较复杂，联结电缆较多，系统可靠性不太高。这类系统虽然做到了一定程度上的分散(功能分散)，但没有从整体上来考虑变电站综合自动化系统的结构、一般仅是监控系统和保护系统简单的相加。由于我国保护和远动分属不同的部门和专业。故我国目前的大多数综合自动化系统均属此类结构系统。这类系统一般称为分散式系统或第2代综合自动化系统，是一种过渡方案。第4种类型系统是采用国际上成熟的先进设计思想，引入了站控级和间隔级概念，系统采用分层分布式结构。设备分变电站层设备(站控级)和间隔层设备(间隔级)。间隔层设备原则上按一次设备组织，例如l条线路、l台主变压器。每一间隔层设备包括保护、控制、测量、通信、录波等所有功能。设计的原则是：凡是可以在本间隔层设备完成的功能，尽量由间隔层设备就地独立处理，不依赖于通信网和变电站层设备。变电站层设备是通过间隔层设备了解和掌握整个变电站实时运行情况、并通过间隔层设备实现变电站控制，它还负责站内信息收集、分析、存储以及与远方调度中心的联系，这类系统实现了信息资源的共享以及保护、监控功能的综合化，大大简化了站内二次回路，它完全消除了设备之间错综复杂的二次电缆。由于间隔层设备可放在开关柜上或放置在一次设备附近，从而可大大缩小主控制室面-567方调度中心或集控中心，及时诊断出故障模块并自动切换。系统还应具有程序出格时的自恢复和保护出口闭锁功能。4.6.远程诊断和远程维护远程诊断和远程维护是伴随着计算机网络技术发展起来。远程诊断是生产厂家通过网络与变电站的系统通信，由专家远方监视运行和查找系统故障的一种新的诊断技术。远程维护包括调取修改参数、调取故障录波数据，调试时可远方下载规约程序等。4.7.变电站内交直流用电系统和直流用电系统站内交直流用电系统应能遥控、遥测、电源自动投切。充电机操作可遥控和就地，并可实现自动均充、浮充等多种运行方式。直流系统电压可手调或远调，并具有运行参数、故障报警、绝缘监测、实时采集、与监控系统通信等自动功能。远程诊断和远程维护4.8.变电站的在线监测变电站的在线监测是集高电压技术、测试技术、材料（特别是绝缘材料）技术、计算机技术、通信技术为一体的综合性科学技术。现阶段由于它造价较高，所以实际应用很少，估计将来它应该是变电站综合自动化系统必不可少的重要组成部分。变电站的在线监测主要由以下几个部分构成：变电站内设备声音的远方监听变电站值班人员要经常巡视站内设施，主要靠耳听和眼看来发现异常。利用多媒体技术，可将高保真度的声音传送到远方调度中心或集控中心。变电站内设备声纹变化的模式识别变电站设备在正常运行时都在发出不同的声音，而且在故障时会引起声音的改变，例如开关的操作机构卡死引起的声音改变，雨天污秽绝缘子引起的电晕声和局部放电声的改变。借助于人工神经元网络技术，对变电站设备声纹的变化进行监测，可达到故障识别的目的。变电站设备的图象监测红外线图象法，主要是局部测温和设备温度分布测量工业电视监测图象的多点自动录象利用多媒体技术和静止图象压缩技术（JPEG），在监测到变电站内被监测画面产生突变时自动保存画面突变前后的图象，并用公用电话网向预定的电话号码自动拨号送出图象。在线监测专家系统油浸变压器的油色谱在线分析及告警。第四篇：变电站综合自动化系统介绍变电站综合自动化系统介绍变电站综合自动化系统第一章变电站综合自动化技术基础第一节变电站综合自动化的基本概念一、常规变电站状况电力系统的环节：发、输、配、用变电站的基本作用：配电常规变电站的二次系统构成：继电保护就地监控远动装置录波装置保护屏控制屏中央信号屏录波屏常规变电站的二次系统的缺点：(1)安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。(2)供电质量缺乏科学的保证。指标：U、F、谐波(3)占地面积大，增加了征地投资。(4)不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。(5)维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平。二、变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，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，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。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，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。三、变电站实现综合自动化的优越性(1)提高供电质量，提高电压合格率。(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)缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。(5)减少维护工作量，减少值班员劳动，实现减人增效。第二节变电站综合自动化的内容、主要功能及信息量一、变电站综合自动化的内容电气量的采集电气设备(如断路器等)的状态监视、控制和调节。由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障和完成事故后的恢复正常操作。高压电器设备本身的监视信息(如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等)。将变电站所采集的信息传送给调度中心外，还要送给运行方式科和检修中心，以便为电气设备的监视和制定检修计划提供原始数据。二、变电站综合自动化的基本功能监控子系统的功能微机保护子系统的功能自动控制装置的功能远动及数据通信功能2.1监控子系统的功能(一)数据采集(1)模拟量的采集1）交流模拟量：U、I、P、Q、COS、F2）直流模拟量：DC220XXDC5V、DC24V(2)开关量的采集(3)电能计量1）电能脉冲计量法2）软件计算方法(二)事件顺序记录包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录(三)故障记录、故障录波和测距(1)故障录波与测距微机保护装置兼作故障记录和测距采用专用的微机故障录波器(2)故障记录记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压(四)操作控制功能操作人员都可通过电脑屏幕界面对断路器和隔离开关进行分、合操作，对变压器分接开关位置进行调节控制，应保留人工直接跳、合闸手段，断路器操作应有闭锁功能(五)安全监视功能越限监视监视保护装置是否失电自控装置工作是否正常等(六)人机联系功能(1)人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。(2)显示画面的内容：1)显示采集和计算的实时运行参数2)显示实时主接线图3)事件顺序记录4)越限报警5)值班记录6)历史趋势7)保护定值和自控装置的设定值(3)输入数据：变比、定值、密码等①定时打印报表和运行日志；②开关操作记录打印；③事件顺序记录打印；④越限打印；⑤召唤打印；⑥抄屏打印；⑦事故追忆打印。①主变和输电线路有功和无功功率每天的最大值和最小值以及相应的时间；②母线电压每天定时记录的最高值和最低值以及相应的时间；③计算受配电电能平衡率；④统计断路器动作次数；⑤断路器切除故障电流和跳闸次数的累计数；⑥控制操作和修改定值记录。(1)谐波源分析(2)谐波检测与抑制(七)打印功能(八)数据处理与记录功能(九)谐波分析与监视2.2微机保护子系统的功能（一）保护功能：①高压输电线路的主保护和后备保护；②主变压器的主保护和后备保护；③无功补偿电容器组的保护；④母线保护；⑤配电线路的保护；⑥不完全接地系统的单相接地选线。(1)它的工作不受监控系统和其他子系统的影响(2)具有故障记录功能(3)具有与统一时钟对时功能（二）辅助功能：(4)存储多种保护整定值(5)当地显示与多处观察和授权修改保护整定值(6)设置保护管理机或通信控制机，负责对各保护单元的管理。(7)通信功能(8)故障自诊断、自闭锁和自恢复功能。2.3自动控制装置的功能（1）电压、无功综合控制（2）低频减负荷控制（3）备用电源自投控制（4）小电流接地选线控制（1）系统内部的现场级间的通信（2）自动化系统与上级调度的通信（1）功能综合化（2）分级分布式、微机化的系统结构（3）测量显示数字化（5）运行管理智能化（1）其结构形式有集中式、分布式、分散（层）分布式；（2）从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安2.4远动及数据通信功能第三节变电站综合自动化的基本特征（4）操作监视屏幕化第四节变电站综合自动化的结构形式装等形式。一、集中式综合自动化系统集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能集中式结构最大的缺点是：1)每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大2)软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦。3)组态不灵活，影响了批量生产，不利于推广。4)集中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。二、分层(级)分布式系统集中组屏的综合自动化系统（一）分层分布式结构的概念所谓分层式结构，是将变电站信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层三个级分层布置。间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制和继电保护部分。站控层的主要功能就是作为数据集中处理和保护管理，担负着上传下达的重要任务。管理层由一台或多台微机组成，这种微机操作简单方便，界面汉化，使运行值班人员极益掌握。（二）中、小型变电站的分层分布式集中组屏结构（三）大型变电站的分层分布式集中组屏结构（四）分层分布式集中组屏综合自动化系统结构特点（1）可靠性高，可扩展性和灵活性高；（2）二次电缆大大简化，节约投资也简化维护量。（3）分布式系统为多CPU工作方式，各装置都有一定数据处理能力，从而减轻了主（4）继电保护相对独立。（5）具有与系统控制中心通信功能。（6）适合于老站改造。主要缺点是安装时需要的控制电缆相对较多，增加了电缆投资。控制机的负担。三、分散分布式系统与集中相结合的综合自动化系统结构分层分散式结构的变电站综合自动化系统突出的优点如下：(1)简化变电站二次部分配置，缩小控制室的面积。(2)减少了施工和设备安装工程量。(3)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。(4)分层分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。以上几点都说明采用分层分散式的结构可以降低总投资，在今后的技术条件下，应该是变电站综合自动化系统的发展方向。第二章变电站综合自动化系统的硬件原理第三章变电站综合自动化系统的微机保护、监视与控制子系统第一节继电保护基本知识一、继电保护应满足的要求（1）选择性（2）快速性（3）灵敏性（4）可靠性二、主保护、后备保护和辅助保护（1）主保护是指满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护。（2）后备保护指的是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。（3）辅助保护是为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。三、继电保护的基本原理（1）反映电流改变的，有电流速断、定时过流及零序电流等保护；（2）反映电压改变的，有低电压（或过电压）、零序电压保护等；（3）既反映电流又反映电流与电压间相角改变的，有方向过电流保护；（4）反映电压与电流的比值，即反映短路点到保护安装处阻抗（或距离）的，有距离保护；（5）反映输入电流和输出电流之差的，有变压器差动保护等。第二节输电线路的微机保护、监视与控制子系统一、输电线路继电保护原理1、电网相间短路的三段式电流保护（1）无时限（瞬时）电流速断保护此种保护的动作电流是按躲过被保护输电线路末端最大短路电流整定的，它没有时限元件。（2）带时限（限时）电流速断保护保护范围限定在相邻线路无时限电流速断保护的保护区内，在无时限电流速断保护的基础上增加了一个时限元件△t=0.5s。（3）定时限过电流保护定时限过电流保护的动作是按躲过最大负荷电流整定。定义：方向继电器又称为功率继电器，它的动作具有方向性，即规定当功率由母线流2、电网相间短路的方向电流保护向线路时它才动作，进而使整个方向电流保护动作切除故障。二、输电线路的自动重合闸定义：自动重合闸装置就是将跳闸后的断路器自动重新投入的装置，简称AAR装置。1、单电源供电线路的三相一次自动重合闸（1）当线路发生瞬时性故障或由于其他原因使断路器误跳闸时（2）线路上发生永久性故障时（3）手动跳闸及遥控跳闸时（4）闭锁重合闸（5）手动合闸到故障线路时2、双电源供电线路的三相一次自动重合闸（1）故障点断电时间问题（2）同步问题（3）重合闸实现方式：①检无压②检同期3、自动重合闸与继电保护的配合（1）重合闸前加速保护（2）重合闸后加速保护三、自动按频率减负荷运行规程规定：电力系统的运行频率偏差为±0.2Hz，系统频率不能长时间运行在49.5～49Hz以下，事故情况下，不能较长时间停留在47Hz以下，系统频率的瞬时值绝不能低于45Hz。1、自动按频率减负荷的基本工作原理2、自动按频率减负荷的实现方法①采用专用的自动按频率减负荷装置②把自动按频率减负荷的控制分散设在每回馈线保护装置中①时限闭锁方式②低电压带时限闭锁③低电流闭锁方式④滑差闭锁方式3、对自动按频率减负荷装置闭锁方式的分析第三节电力变压器的微机保护、监视与控制子系统一、概述1、保护内容（1）主保护配置：①比率制动式差动保护②差动速断保护③本体重瓦斯、有载调压重瓦斯和压力释放①三段复合电压闭锁方向过电流保护②三段过负荷保护③冷控失电，主变压器过温报警④二段式零序过电流保护⑤一段两时限零序电流闭锁过电压保护⑥一段两时限间隙零序过电流保护（2）后备保护配置：2、配置方案（1）双绕组变压器后备保护可以配置一套，装于降压变压器的高压侧（或升压变压器的低压侧）后备保护可以配置两套：一套装于高压侧另一套装于中压侧或低压侧的电源侧（2）三绕组变压器二、变压器差动保护基本原理用环流法构成的两绕组变压器电流差动保护的原理接线图三、变压器差动保护的特殊问题（1）两侧电流互感器的形式不同（2）两侧电流互感器的变比不同（3）变压器各侧绕组接线方式不同（4）变压器空载合闸时的励磁涌流（5）在运行中改变变压器的变比四、变压器微机保护的电流平衡（1）微机变压器保护电流互感器接线原则（2）电流平衡的调整系数五、电力变压器比率制动差动保护（1）比率制动式差动保护的基本原理定义：①比率制动式差动保护的原理简单地说就是保护的动作电流（差动电流定值）随外部②比率就是指差动电流与制动电流之比。③制动电流这样选取：在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用，而在内部故障时短路电流按比率增大，即能保证外部不误动，又能保证内部短路有较高的灵敏度。制动作用最小。（2）和差式比率制动的差动保护原理（3）变压器励磁涌流的判断及二次谐波制动系数励磁涌流的特点：较二次谐波制动比定值=0.15（4）变压器的差动速断保护定义：差动速断保护是差动电流过电流瞬时速动保护。差动速断的整定值按躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定，其整定值可取正常运行时负荷电流的5～6倍。（5）电流互感