变电站综合自动化专业系统设计

1.1实现变电站自动化意义

变电站自动化自20世纪90年代以来一直是中国电力行、IT中热点之一。所以成为热点，是建

设需要，日前全国投入电网运行35-UOkV变电站18000座(不包含用户变)，22()kV变甩站有100()

多座，500kV变电站大约有70座。而且每十二个月变电站数量以3%-5*速度增加，也就是说每十二个

月仝部有数千座新家建变电站投入电网运行.同时,依据电网要求,尤其是白卜个世纪末在中国全范

围内开始大规模城镇电网改造，不仅要新建很多变电站，现有快要二分之一以建设于上世纪六、七年

代、甚至还有五年代破旧变电站因设备陈旧老化而面临改造。

1.2变电站综合自动化发展概述

传统35kV及以上电压等级变电站二次回路部分是由继电保护、当地监控、远动装置、故障录波

和测距、直流系统和绝缘监视及通信等各类装置组成，以往它们各自采取独立装置来完成本身功效，

而且均自成系统，由此小可避免地产生各类装置之间功效相互覆盖，部件反复配置，耗用大量连接线

和电缆.

分散式系统特点是将现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备周围，现场

单元部件是保护和监控功效二合•装置，用以处理各开关单元继电保护和监控功效，亦能够是现场微

机保护和监控部件，分别保持其独立性。在变电站控制室内设置内计算机系统一一该系统也可部署

在远方集控站，对各现场单元部件进行通信联络。

2.UOkV变电站综合自动化系统概况

2.1变电站综合自动化分层配置基础结构

本变电站自动化是应用白动控制技术、信息处理和传输技术，经过计算机硬软件系统替换人工对

变电站进行监控、测量、运行操作自动化系统。具体说就是将变电站二次设备(包含控制、信号、测

量、保护、自动装置等)，利用微机及网络技术，经过功效重新组合和优化设计，对变电站实施自动

监控、测量、运行和操作。

2.2电气本体

主变：SFSZ8-2*31500KV/\

进出线：110KV溃线2回，配电装置选择常规设备，户外中型部署，开关为六氟化硫断路器，单

母线分段带旁路；1OKV溃线12回，配电装置为户内开关柜，开关真空断路器，单母分段接线。

所用变：S7—100/10—台

直流系统：智能型产品，有数据通讯接口，带一组免维护蓄电池220KV直流系统。

变电站一次系统图以下：

图2—1一次系统示意图

2.3继电保护及二次回路

(1)变压器保护

主保护:采取二次谐波制动差动保护、瓦斯保护、不带延时差流速断作为差动保护作为变压器主

保护。

后备保护:采取10.5kV相间低压闭锁一次过电流保护，有选择跳分段或主变及电容器开关。

(2)变压器备自投装置

开启条件:在二台主变一工一备运行状态下，运行主变差动、瓦斯保护动作跳变压器及电容器开

关。运行主变二次无电压、一次无电流。自投备用主变两侧开关，并确保自投一次。

(3)10.5kV分段开关备自投装置

开启条件:在二台主变二次侧分裂运行状态下，一台主变差动、瓦斯保护动作，跳变压器及本侧

电容器开关。主变二次无电压、一次无电流。检另一台主变二次有电压，自投分段开关，并确保自投

一次。

3变电站综合自动化系统设计

3.1设计目标

变电站微机监控和管理系统能对变电站一次设备进行监视、测量、保护、控制和统计，并能和其

它保护或智能设备等相连接，实现变电站综合自动化。变电站运行值班方法为少人或无人值班方法，

在变电站级可经过监控系统对变电站高压设备进行监视、测量、控制并统计处理多种信息而且可由

在远方控制中心对该站高压设备进行监视、测量、控制并统计处理多种信息。

3.2硬件系统设计

综合自动化系统中计算机监控和管理部分采取标准化设计、灵活可靠计算机网络体系，目功效分

布、结构分布、开放性好成熟产品。它所用关键如计算机、打印机、计算机网络等应为在国际市场上

著名、占有一定市场产品，符累计算机产业发展方向和适应电力工业应用环境，应含有很好技术支持。

3.2.1智能单元和站级主控制计算机

本系统基础配置为一台标准微型计算机作为站级控制计算机。现场智能单元采取南京电力设备

总厂HSX5010通信处理装置和保护装置配合使用。

微型计算机应包含:主机1台，操作键盘1个，鼠标1个，彩色显示器1台，宽行针式打印机一

台，调制解调器-台。

3.2.2音响报警装置

选AWE64系列声卡，可安装在主控制计算机上，并配有高保真有源音箱，由计算机驱动音响报

警，音量可调，语音文件可依据现场情况录制订义。

3.2.3计算机网络

综合自动化系统经过网络部件将控制设备、保护设备连成i个计算机局域网，它含有高远传输能

力和极高可靠性，包含网络通信连接装置。通信媒介采取光缆、同轴电缆。

3.3计算机监控系统软件设计

3.3.1操作系统

变电站监控和管理系统常常要同时实施几项任务，比如和通讯网管设备通信，系统登陆'为I/O

点统计历史信息、报警生成、画面更新、报表打印等多任务环境下，每项任务或线程全部运行在自己

环境下，并有自己优先级，由操作系统安排CPU来实施。

3.3.2应用软件及支持软件环境设计

(1)数据库及数据库管理系统

系统采取标准汉字ACCESS97做为历史数据库存取和处理，同时系统也使用基于内存实时数据库

管理系统，含有以下特点：

①实用性:即对数据库快速访问，对数据库访问时间短，即使在并发操作下也能满足实时功效要

求。

②灵活性:系统可提供多个访问数据库方法，系统SQL接口支持微软企业开放数据库连接(ODBC)

接口，许可系统存取多种常见数据库系统文件。

③可维护性:提供数据库维护和转换工具，用户可在线监视和修改数据库内多种数据，并能把历

史数据库转存成其它数据格式。

(2)网络系统

变电站级网络采取成熟可靠以太网络，通讯协，议选择标准TCP/IP协议，管理综合自动化通讯处

理装置之间数据通信，确保它们地有效传送、不去失。它支持光纤通讯网络和双总线网络，自动检测

网络总线和各个节点工作状态，并能自动选择、协调各个节点工作和网络通信。

3.3.3监视和控制模块设计

(1)监控操作设计

操作模块关键完成RTU多种定值设定及（遥控）断路器开、合和调整无功赔偿及电压调整及变压

器有载分接开关操作。①遥控（遥调）操作分以下多个步骤:集控站向RTU发出遥控（遥调）选择指令；

RTU向集控站返回返校命令，以验证选择对象看却是否；假如选择正确，集控站向RTU发送遥控（遥

调）实施指令，RTU实施应操作。②RTU定值读取和设定：依据通信规约，能够读取、设定RTU参数

通讯数据。当调度方或继电保护、远动工程师在远方（本功效仅限定专业人员应用）实现成功统计后,

系统自检命令缓冲区是否为空，读取缓冲区命令，然后检验命令是否发出。依据接收情况返回接收信

号，远方确定命令指示无误后实施操作，当有确定打印时候还能够实现打印等进行查对，确定无误后

实施，并反馈实施情况。

（2）报表输出模块设计

报表是变电站后台机监控系统不可缺乏部分，利用ACCESS97本身所含有报表设计工具，结合对

应原始数据表,能够制作含有一定灵活性报表。不过因为ACCFSS97本身不足,只能制作样式较为简

单报表，对于复杂些报表，系统就无法满足。

3.4系统设备

（1）变电站层（站用控制层）

站用控制层负责全站各关键电气设备监视、测量和报警等功效，同时和调度系统进行通信，实现

遥测、遥信、遥控、遥调等远动功效。变电站各设备部署在变电站主控制室内。

主机采取工控机：

CPU:P42GHz

内存：1G

硬盘：120G

网卡：1G

另外标准鼠标、键盘，全套软件（包含全部系统软件、支持软件、应用软件）

远动工作站：

CPU:P42GHz

内存：1G

硬盘：120G

网卡：1G

另外标准鼠标、键盘，全套软件(包含全部系统软件、支持软件、应用软件)

(2)间隔层设备

间隔层负责对对•应电气设备进行监控、控制和保护，它将所采集到控制、保护、测最、报警等信

号进行处理，然后将数据信息经现场总线网络传至站控层。当站用控制级故障或退出运行时，不影响

各就地控制和保护单元功效。间隔层各控制单元相互独,匚互不影响，功效上不依靠和通信网和监控

主机，增强整个系统可靠性和可用性。

间隔层所需要阻隔成套设备以下:

10kV组:

10kY出线柜24面

10kV母联柜1面

】OkV电容器柜4面

10kV接地变柜2面

UOkVffl:

UOkV进线柜1面

1#主变保护测控柜1面

2#主变保护测控柜1面

主控柜1面

组屏图以下:

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图3—1组屏小意图

依据以上变电站综合自动化要求，系统所采取设备见附录采购单。

4系统功效说明及性能指标

4.1成套设备功效说明

4.1.1110KV间隔

保护功效：110KV采取是内桥接线方法，进线不需配置保护，由上一级线路保护完成或上变后备

保护负担。配置一台HSF5913三相操作箱分别对应于两条进线和桥开关，含有防跳、压力闭锁等功

效c

测控功效：针对2回110KV进线和桥开关分别设置一台HSD5110数字式断路器测控装置，其功

效以下：

遥测量：la、lb、Ic、Ua>Ub、Uc、Ux、Uab、Ube、Uca、P、Q、COS中

遥信量：16组220V/11DV开入量

遥控量：8路开出（4个对象遥控可用于本间隔断路器、刀闸控等。

自动控制功效：配置一台HSB5620数字式备用电源自投装置，其功效以下：

4.1.2主变间隔

保护功效：

主保护：配置HST5310数字式变压器主保护装置，含有纵联差动保护（进线、桥、低压侧三侧

差动）、过负荷告警、过负荷开启通风、过负荷闭锁调压等功效，同时7路外部开入遥信功效。

后备保护：按侧配置，高压侧配置一台IIST5420变压器后备保护装置，含有两段式复合电压方向

过流保护（复合电压可取两侧电压），三段式零序方向过流保护，间隙零流保护，间隙零压保护，过

负荷告警等功效，同时含有高压侧遥测（la、lb、Ie、Ua、lb、L&Lab>Ube、Uca、P、Q、COS中、

f）、遥信（7组220V/U0V开入量）等功效，低压侧配置一台HST5320变压器后备保护装置，含有

三段式定时限相间过流保护，充电保护，过负荷发信，零序电压发信，低压侧操作回路等功效，同时

含有高压侧遥测（la、lb、Ie、Ua、Ub、Ue、Uab、Ube、Uca、F、Q、COS叭f）、遥信（7组22DV/110V

开入量）、遥控（本侧断路黯）等功效。

测控功效：针对主变间隔配置一台HSD5120数字式变压器测控装置，其功效以下：

遥测量：主变分接头档位采集，主变温度三组

遥信量：16组220V/11DV开入量

遥控量：主变档位调整，中性点刀闸控制

4.1.310KV间隔

采取就地安装方法，配置“四合一”保护测控装置.

(D1OKV出线柜

针对1OKV出线间隔配置一台HSL5520数字式线路保护测控装置。

保护功效：

三段式定时限相间过流保护

反时限相间过流保护

小电流接地选线

自动控制功效：HSL5520装置含有接地选线功效，当3U0>l(W时，装置会自动录下3U0、310向

量和监控系统中接地选线模块配合共同完成接地选线功效。

(2)10KV母联柜

针对10KV母分间隔配置一台HSB5610数字式母分保护及备投装置。

保护功效：

分段过流I段

分段过流II段

分段过流II段

分段充甩保护

分段操作问路

测控功效：

遥测量：la、lb、Ic>P、Q、COSW

遥信量：7组220V/110V开入量

遥控量：母分断路器控制

(3)10KV电容器柜

针对10KV电容器间隔配置一台HSP5510数字式电容器保护测控装置。

保护功效:

两段式定时限相间过流架护

电流反时限保护

两段式定时限零序过流保护

测控功效：

遥测量：la、lb、Ic、Q

遥信量：7组220V/110V开入量

遥控量：本侧断路器控制。

4.1.4公用间隔

测控功效：针对110KW10KV两段母线TV分别配置一台HSD5140数字式电压测控置，其功效以下:

遥信量：7组220V/110V开入量

遥测量：I段母线TV：Ua、Ub、Uc、3U0、Uab、Ube、Uca（计算）

II段母线TV：Ua、Ub、Ue、3U0、UabUbc、Uca（计算）

遥控量：2路开出，用于TV自动并列投入和切除

公用设备：

测控功效：针对全站公用信息配置一台HSD5130数字式综合测控装置，

其功效以下：

关键采集变电站如直流系统故障信号；直流屏交流失压；所用电切换信

遥控量：8路开出（4个对象遥控），用于变电站如大门开启等须控制量。

全站校时系统：配置一台GPS-I卫星时钟装置，

其功效以下：

接收卫星时钟，经过其通讯接口RS232和HSX5010通讯服务器进行通讯，经HSX5010装置

转发进行网络层对时广播命令，以确保全系统时钟统一。

远动功效：

配置一台HSX5010通讯服务器，将网络上数据进行筛选排序，并按调度方规约进行转发。

通讯II：两路RJ45（针对监控后台和调度系统）

电源：配置一台逆变电源，将直流电源逆变成交流220V,以供给后台监控主机用电。

4.2监控系统功效说明

4.2.1数据采集和处理

经过间隔层单元采集来自生产过程模拟量、数字量及温度量等，生产过程设备包含TA、IV、配电

装置保护、直流系统、所用电系统等。对所采集输入量进行数字滤波，有效性检验，工程值转换、故

障判定、信号接点抖动消除、刻度计算等加T-从而产生出可供给用电流、电用、有功功率、无功功

率、电度、功率因数等多种实时数据，供数据库更新。

4.2.2统计计算

对实时数据进行统计、分析、计算，比如经过计算产生电压合格率、有功、无功、电流、总负荷、

功率因数、电量日/月/年最大值/最小值及出现时间、日期、负荷率、电能分时段累计值、数字输

入状态量逻辑运算值等，设备止常/异常变位次数并加以区分等，并提供部分标准计算图数，用来产

生用户可定义虚拟测点进行平均值、积分值和其它计算统计。具体算法可按工程实际提出要求制订。

4.2.2画面显示

(1)概述

经过站级控制机一台21英寸彩色屏幕和人机联络工具显示变电所多种信息画面，显示内容关键

包含全部设备位置状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、直流系统及所用电系统信息各测量值

实时数据，多种告警信息、计算机监控系统状态信息。

(2)画面显示形式

显示器上显示多种信息以汇报、图形、声光等形式立即提供给运行人员

汇报分类

汇报内容有状态改变、控制操作、测量值越限、计算机监控系统设备异常、就地控制单元异常，

网络异常等。

显示格式

显示信息应按其发生前后时序进行，显示条文内容应包含检测时间、设备名称、状态改变内容、

实时数据等。

电气主接线图

以移屏和分幅显示方法显示变电所电气主接线图或局部接线图，并可按不一样详略程度分两显

示，内容包含出线、母线及其相关断路器、隔离刀闸、主变压器、电容器、所用变等，并表出运行状

态，测量参数：P、Q、C0S6、U、I、F、分接头档位位置等及所选择“远方/就地操作位置。以移

屏和分幅显示方法显示变电所直流系统、所用电接线图。

4.2.4打印统计

统计功效指计算机站控系统经过打印机将多种要求信息按指定格式输;I倒打印纸匕

(1)状态改变统计

状态改变统计包含事故状态改变统计，响应状态改变统计和计算机监控系统异常状态统计状态发

生改变时，应立即打印出改变时间和改变信息。

(2)数据统计

将测量值按随机、定时、日报、月报等不一样形式打印输出。

(3)画面统计

在工作站上显示画面可按运行人员要求，用打印机打印出对应画面。

4.2.5报警处理

报警处理分两种方法，一个是事故报警，另一个是预告报警。前者包含非操作引发断路器跳闸和

保护装置动作信号。后者包含通常设备变位、状态异常信息、模拟量越限/复限、计算机站控系统各

个部件、间隔层单元状态异常等。

(1)事故报警

事故状态发生时，公用事故报警器立即发出音响报警(报警音量可调)，CRT画面上用颜色改变

和闪烁表示该设备变位，同时显示红色报警条文，打印机打印报警条文，数据转发装置向远方控制中

心发送报警信息。

(2)预告报警

预告报警发生时\其处理方法除和事故报警处理相同外，音响和提供信息颜色应区分于事故报警,

能有选择地向远方发送信息c设备在检修调试时，闭锁检修单元遥信。

4.2.6控制功效

⑴对变电所各电压等级断路器，有载调压开关，主变中性点闸刀等采取就地和远方控制方法。

就地控制方法：10kV开关柜上可进行断路器分，合操作；保护操作屏上可对11OKV线路、桥及

主变1OKV侧断路器进行分，合操作；主变有载调压开关机构箱上可进行升，降，停操作；主变中性

点闸刀在闸刀机构箱上进行分、合操作

(2)无功电压自动控制功效

自动调整和控制是指计算机站控系统依据检测到变电所运行情况，即对测量值和设备状态检验结

果，结合设定多种参数指标进行判定计算，直到作出最终决议，发出对断路器投入或切除指令，从而

控制电容器投运或停用，亦可对有载调整变压渊分接头进行自动调整。

(3)操作控制

操作控制指运行人员在二次设备室工作站上调出操作相关设备图后，经过操作键盘或鼠标，就可

对需要控制电气设备发出操作指令,比现对设备运行状态变位控制。

4.2.7保护功效

因为变压器时变电站最关键设备，所以对变压器保护做关键介绍。

差动保护：采取二次谐波制动原理，带TA断线检测和比锁功效，含有涌流制动功效。该保护动

作和跳开变压器两侧断路器并发出信号

瓦斯保护：重瓦斯、调压重瓦斯保护动作于跳开变压器两侧断路器并发信号，也可改投至只发信

号。轻瓦斯、调压轻瓦斯保护动作发信号。

压力释放保护：改保护动作跳主变两侧断路器并发信号，也可改投至只发信号。

主变油位异常保护：当主变油位过高或过低时，改保护动作于发信号。

温度保护：依据变压器厂家要求，改保护可动作于跳开变压器两侧断路器并发出信号，也可改投

至只发信号。

调压闭锁保护：当变压器UOkV侧有故障电流时，闭锁有载调压装置。此故障电流立即间可整定。

4.2.8时钟同时

计算机监控系统在中心控制室接收全球卫星定位系统(CPS)标准授时信号，对各个间隔层单元

及站级计算机等，含有时钟设备进行同时时钟校正，确保各部件时钟同时率达成精度要求。当GPS系

统故障时，可实现和地调时钟I司时。

4.2.9和远程调度中心接口

系统可和区调、县(市)调同时进行信息交换

(1)和地域调度中心提供两个独立通信口。

(2)和县(市)调度中心提供两个独立通信口。

所采取通信规约及连接方法由用户提供文本，用户可在线在工作站上自行定义编辑

和远方通信数据集(包含控制点设置)。

4.3性能及指标

4.3.1系统性能具体实现

(1)系统可用性

计算机站控系统设计充足考虑在各个工程环境中不一样原因，以确保在现场安装后立即运用并稳

定可靠运行，系统年可用率应大于99.98%。

(2)系统可维护性

系统硬件、软件设备便于维护，各部件全部含有自检和联机诊疗校验能力，为工程师提供完善检

测维护手段，包含在线和离线，方便于正确、快速进行故障定位。

(3)系统可靠性

计算机站控系统在工程现场运行含有很高可靠性，其平均无故障时间MTBF为：大于30000小时。

4.3.2关键技术指标

(1)直流电源

额定电压：220V

许可偏差：一20%〜15%

纹波系数：<5%

功耗：〈⑸

(2)交流参数

交流电压：100V

交流电流:5A

频率：50HZ

交流电流功耗：V0.5VA/相（额定电流5A）VO.1VA/相（额定电流1A）

交流电压功耗：<0.1VA/相

交流电流过载能力：2倍额定电流连续工作

20倍额定电流连续工作10秒

40倍额定电流连续工作1秒

交流电压过载能力：1.2倍额定电压连续工作

（3）电流元件

动作电流：（）.1〜205

级差：0.01A

误差：<3%

浪涌（冲击）抗扰度

经过GB/T17626.5—1999标准、浪涌（冲击）抗扰度3级试验。

脉冲群抗扰度

经过GB/T14598.13-1998标准、脉冲群抗扰度3级试验。

5视频监控系统

5.1介绍

变电站视频监控系统关健是把变电站现场监视图象、声音、报警信号和多种设备数据进行采集处

理，采取优异图象编码压缩技术和传输技术，集设备监控、图象采集、闭路监视、图象监视预报联动

和视频图象等功效于一体综合自动化系统。

5.2基础设计思绪

首先，系统应能满足无人值班变电站要求，含有高度可靠性和工作连续性，能够24h连续监控变

电站。

其次，系统应含有多画面视窗，1—16个画面任意分割方法：图象清楚，画面流畅，杜绝马赛克、

图象边缘锯齿和拖动现象。在确保高品质画面同时，降低传输码流，实现真正海量存放。

再者，系统应提供透明通道，满足多个高、低速通信通道。

5.3视频监控配置

变电站视频监捽系统关键由二个相互衔接部分组成：变电站现场设备（或简称分站设备）、通道

传输设备和调度/集控站、供电企业集中监控终端（或简称主站设备）。

监控关键对象：

变电站厂区内环境设置了视频监视器一个。

主变压器外观及中性点接地刀设置监视器。

具体配置示意图见卜图：

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图5—1视频监控系统配置示意图

变电站监控系统电脑软件需要：叩\IX）WSNT/汉字操作系统

NETSERVER系统软件

IE6.0

WebServer（IIS,APACHE等。要求支持ASP脚本）

SQLServer7.0

5.4视频监控系统通信方案选择

现在，视频监控系统通信方案关键有一下多个：

（I）同轴电缆方案

在视频监控中，同轴电缆是传输视频图象最常见