第15次课 -变电站综合自动化

电力系统自动控制技术第15次课——变电站综合自动化2026/8/3022026/8/303• 变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪器、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2026/8/305变电站层网络层间隔层区调县调

通道接口主站1

通道接口主站2

通道接口主站3

通道接口主站4

显示器PC机

打印机

主站5当地监控工程师站公用电话线PC机PC机主站6MODEM

远方工程师站

10kV

线路保护

CSL216B

10kV

电容器保护

CSP200A主变保护CST213ACST31A

断路器控制单元

CSI301A

备自投

CSB21A

综合测量单元

CSD12A

分段保护

CSL216B

接地变保护

CST301A

专用测量单元

CSD12ALON双绞线网

装于开关柜上

主变保护柜

备投柜

公用柜

电度表柜

电度表1

电度表n

辅助接口

其它装置或系统110kV变电站典型配置图变电站综合自动化2026/8/306变电站综合自动化2026/8/307

远动

当地监控

系统保护工程师

以太网

调度

公用电话远动主站A远动主站B

五防终端操作员终端站操作员终端站

其它系统

工程师站

监控主网Ⅰ

监控主网Ⅱ

故障录波网

双绞线网

变电站层

间隔层

双绞线

双绞线

双绞线

光纤

光纤

保护装置

测控装置

保护装置

测控装置

同期装置

同期装置

保护装置

测控装置

保护装置

测控装置

保护装置

测控装置

保护装置

测控装置网

500kV保护小间

220kV保护小间66(35)kV保护小间500kV变电站综合自动化系统配置示意图变电站综合自动化变电站综合自动化基本功能1、监视和控制2、微机保护3、电压和无功自动控制4、自动低频减载和备用电源自动投入5、通信子系统国际大电网会议WG34.03工作组分析了变电站自动化的功能共63种，分7个大类：控制和监视自动控制测量继电保护与继电保护有关的功能接口功能系统功能我国通常分为5类变电站综合自动化一、变电站综合自动化系统的基本功能1．监控子系统数据量采集（包括模拟量、数字量和电能量的采集）；事件顺序记录SOE（断路器跳合闸记录，保护动作记录）；故障记录、故障录波和故障测距（故障前2个和后10周波）；控制与操作（防误动、闭锁等）；安全监视功能（越限报警）；人机联系功能；打印功能；数据处理与记录功能（运行报表、数据统计、故障分析）。2026/8/3010故障录波2026/8/3011智能变电站辅助系统监控平台基于物联网技术的维护系统基于大数据的保护运行分析系统行波测距综合数据分析平台故障录波联网及全息系统行波测距装置分布行波测距装置保护信息子站生产管理系统调度自动化系统辅助系统监控保护运维系统线路智能巡检时钟同步系统区域故障预警直流容灾系统故障信息子站故障录波装置智能运维基于大数据的高压电网常态监控、故障定位智能运维变电站综合自动化一、变电站综合自动化系统的基本功能2．微机保护子系统应包括全变电站主要设备和输电线路的全套保护，有：高压输电线路的主保护和后备保护；主变压器的主保护和后备保护；无功补偿电容器组的保护；母线保护；配电线路的保护；小电流接地系统的单相接地选线。小电流接地选线2026/8/3013故障电流零序电流等于非故障线路零序电流与系统零序电流之和故障线路零序电流有线路流向母线非故障线路零序电流由母线流向线路小电流接地选线装置2026/8/3014变电站综合自动化3．电压、无功综合控制子系统•在运行中，能实时控制电压/无功；基本手段是有载调压变压器的分接头调档和无功补偿电容器组的投切。•多采用一种九区域控制策略进行电压/无功自动控制。U取主变低压侧线电压；Q取主变高压侧母线无功或功率因数。500(330)kV变电站的220kV母线，正常时0％～＋10％，事故时－5％～＋10％220kV变电站110kV母线，正常时－3％～＋7％，事故时±10％配电网10kv母线，10.0～10.7kv滞后超前①②⑧⑦⑨③④⑤⑥变电站综合自动化4．低频减负荷及备用电源自投控制子系统当电力系统有功严重不足使系统频率急剧下降时，为保持系统稳定而采取的一种手段。(1)采用专用的低频减载装置。该装置进行测频并按设置的轮次出口动作，出口继电器接到每条线路的开关上。(2)分散到每条线路的保护装置中。现有微机保护一般对一条线路一套保护，在保护中加设测频环节，将低频减载的轮次整定值和延时设置到保护中即可。运行规程规定：电力系统的允许频率偏差为±0.1Hz；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；系统频率瞬时值不能低于45Hz。

变电站综合自动化5．备用电源自动投入采用微机实现，可灵活实现的自动投入控制方式。同时装置可以自诊断，并可以具有通信功能与其他自动化系统相联系。明备用：正常由1B供电，1B或1DL故障断开后，BZT自动投入2DL，由2B供电。暗备用：正常1B、2B都供电，1B故障时，BZT自动投入5DL保持供电。变电站综合自动化通信子系统通信功能包括站内现场级间的通信和变电站自动化系统与上级调度的通信两部分。（1）变电站内的信息传输。（2）变电站自动化系统与调度中心的通信。IEC60870一5一101远动、102电度表、103保护（串口)·IEC60870一一5一104远动（以太网）IEC61850规约基于MMS(ManufacturingMessageSpecification)的TCP/IP协议的以太网信息互连一国际标准。其它远动规约：CDT92、CDT85主要运用在远动（串口）、MODBUS（以太网口）2026/8/3019电力负荷控制分散负荷控制装置基于装置自身的数据采集、判断、动作执行例如定时开关控制路灯、固定让峰装置、电力定量器功能有限，不灵活，价格便宜，可用于简单的负荷控制远方集中负荷控制系统基于负荷控制中心集中决策，远动通信音频电力负荷控制系统无线电电力负荷控制系统配电线载波电力负荷控制系统工频负荷控制系统混合负荷控制系统电力负荷控制根据变压器负荷和充电线路负荷自动判断负载及容量状况控制充电桩通过命令控制、开关控制多重手段保证智能调节充电时间，自动恢复充电电力负荷控制通过台区智能终端对新增负荷电动汽车充电桩及煤改电供暖设备信息及用电信息的采集，管理，控制，实现台区内有序用电管理、负荷智能调节。充电桩设备1台区智能有序用电监测终端充电桩设备N煤改电设备1煤改电设备N......命令：1，允许充电2，停止充电命令：1，监测负荷2，负荷告警无功补偿装置漏电流动作保护器命令：1，投入补偿2，退出补偿命令：1、容量限值2、有序用电管理策略主站变电站综合自动化二、变电站综合自动化的结构形式•从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分布集中式、分散与集中相结合式和全分散式等四种。1．集中式的结构形式•指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，再分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能。变电站综合自动化2．分层（级）分布式系统集中组屏的结构形式•所谓分布式结构，是在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块（通常是各个从CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了集中式结构中独立CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块（部件）正常运行。•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。变电站综合自动化监控主机工程师机通信控制机调制解调器数采控制机备用电源自动投入开关量输出测量单元1开关量输入测量单元n故障录波器电压无功控制变压器保护单元电容器保护单元线路保护单元1线路保护单元n保护管理机总线调度中心TV、TA输入、断路器、隔离开关辅助触点输入，断路器控制等图7-3大型变电站分层分布式集中组屏综合自动化系统结构框图管理层站控层间隔层变电站综合自动化3．分布分散式与集中相结合的结构•将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内，高压线路保护和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构分层分散式结构的变电站综合自动化系统有以下优点：（1）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。（2）减少了设备安装工程量。（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。分层分散式结构，由于分散安装，减小了TA的负担。变电站综合自动化打印机（可选）主控机（或双机）调度所/控制操作中心人机接口当地调试或监控智能电能表智能电能表485总线光缆或电缆保护管理机TV状出 TV状出 TV状出TA态口 TA态口 TA态口信回 信回 信回号路 号路 号路TV状 出TA态 口信 回号 路电压无功控制屏备用电源自动投入装置分散与集中相结合的变电站综合自动化系统结构框图现场总线或其他总线电能管理机线路开关柜n保护与监控单元线路开关柜1保护与监控单元主变压器保护屏监控单元高压线路保护屏监控单元2026/8/3028变电站发展2026/8/3029

智能变电站的概念：

采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。

由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。变电站综合自动化2026/8/3030一次设备智能化： 电子式互感器智能终端（过渡）、智能开关在线监测、状态检修二次设备网络化： 站控层网络MMS GOOSE、SMV设备对象模型化： 一次设备对象二次设备功能模块通信模型变电站综合自动化2026/8/3031信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站，设备间交换的信息用数字编码表示：通信网络减少连接线数量光缆取代电缆：抗干扰、不传输干扰可检错纠错不产生附加误差变电站综合自动化2026/8/3032一、二次设备间无电联系无传输过电压和两点接地等问题一次设备电磁干扰不会传输到集控室各种功能共享统一的信息平台监控、远动、保护信息子站、电压无功控制VQC和五防等一体化减小变电站集控室面积二次设备小型化、标准化、集成化二次设备可灵活布置智能变电站的优势2026/8/3033电子式互感器的原理和分类2026/8/3034电子式互感器的原理和分类220kV-500kV电压等级GIS电子式电流电压互感器110kV及以下电压等级GIS电子式电流电压互感器2026/8/3035无源电子式互感器结构2026/8/3036电子式互感器现场应用情况2026/8/30372026/8/30382026/8/30392026/8/30402026/8/30412026/8/3042GOOSE（GenericObjectOrientedSubstationEvent）通用面向对象变电站事件；GOOSE是IEC61850定义的一种通信机制，用于快速传输