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摘要：变电站综合自動化系统为实现电力生产的现代化、科学化、信息化和自动化管理提供了有效的网络信息和准确数字，为电网的安全经济运行提供了重要依据。随着数字化保护设备的成熟及广泛应用，调度自动化系统的成熟应用，变电站自动化系统已被电力系统用户接受使用，本文对变电站综合自动化系统的功能及结构模式进行了分析，以及对变电站综合自动化系统的常见问题进行探讨
关键词：电力系统；变电站；综合自动化
Abstract: The substation integrated automation system to realize the modernization of the electric power production, scientific, information and the automation management to provide effective network information and accurate Numbers, for the safe and economic operation of power network provides an important basis. With digital protection equipment and extensive application of mature, dispatching automation system application of mature, substation automation system has been power system users accept use, this paper of substation integrated automation system function and structure patterns are analyzed, and the integrated substation automation system of common problems are discussed
Key Words: electric power system; Substation; Integrated automation
中图分类号：TM715 文献标识码：A文章编号：
引言
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、通信技术和数字信号处理(DSP)等技术,实现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、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以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。越来越多的高、中压变电站采用计算机监控系统并已相继成功投运，充分显示了变电站自动化技术的日益成熟。
一 变电站自动化系统组织模式的选择
目前应用较广泛的变电站自动化系统的结构形式主要有集中式、分散与集中相结合和全分散式3种类型。现将3种结构形式的特点简述如下。
1集中式结构
初期的变电站自动化设计都是采用集中式结构。这种结构的设计方法是在原来设备配置的
基础上，增加计算机管理功能，按变电站的规模配置相应容量、功能的微机保护装置和微机远动装置，安装在变电站主控制室内；主变压器、各进出线路及站内所有设备的运行状态通过电流互感器、电压互感器或相应变送器，经电缆传送到主控制室的微机保护装置和微机远动装置，经初步处理后送到前置机预处理，并与调度端的主计算机进行数据通信。
2分散式结构
这种结构方式一般是按一次回路进行设计。首先将设备按一次安装单位划分成若干单元。将控制单元、微机保护单元、数据采集单元安装在户外高压开关附近或户内开关柜内。然后将
各分散单元用网络电缆互连,构成一个完整的分散式综合自动化系统。这种分散式结构具有很多优点:各个功能单元上即有通讯联系,又相对独立,便于系统扩展,便于维护管理,当某一环节发生故障时,不致于相互影响。
3集中与分散结合式结构
分散与集中相结合的变电站自动化系统是将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内，而高压线路和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构。此结构形式较常用，它有如下特点:
1)10～35 kV馈线保护采用分散式结构，就地安装，可节约控制电缆，通过现场总线与保护管理机交换信息。2)高压线路保护和变压器保护采用集中组屏结构，保护屏安装在控制室或保护室中，同样通过现场总线与保护管理机通信，使这些重要的保护装置处于比较好的工作环境，对可靠性较为有利。3)其他自动装置中，备用电源自投控制装置和电压、无功综合控制装置采用集中组屏结构，安装于控制室或保护室中。
二 变电站自动化系统的技术标准
目前，变电站自动化系统的设计还没有统一标准，特别是对技改项目：变电站自动化系统的标准问题(其中包括技术标准、自动化系统模式、管理标准等问题)是当前迫切需要解决的问题。
1产品的接口
接口是自动化系统中非常重要而又长期以来未能妥善解决的问题之一，包括RTU与通信控制器、保护与通讯控制器、小电流接地装置与通讯控制器、故障录波与通讯控制器、无功装置与通讯控制器、通讯控制器与主站、通讯控制器与模拟盘等设备之间的通讯。常用接口方式有：RS－422/RS－485串行通信和现场总线CAN网，LonWorks总线和工业以太网方式。这些不同厂家的产品要在数据接口方面沟通，需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通讯规约等问题。
2变电站自动化系统的传输规约和传输网络选择
要实现变电站自动化系统标准化，就要实现传输规约的标准化和传输网络的标准化，做到传输规约和网络的统一，才能实现变电站自动化系统内设备的互换性，这一点对于制造厂商和
用户都是非常有利的，对于变电站自动化技术的发展也是非常重要的。因此，为适应这种形势的发展，IEC逐步提出了传输规约技术标准。
1）变电站和调度中心之间的传输规约。104规约是国际电工委员会(IEC)为了满足IEC101远动通信规约用于以太网实现而制定的IEC104规约把IEC101的应用服务数据单元（ASDU）用网络规约TCP/IP进行传输的标准，该标准为远动信息的网络传输提供了通信规约依据。采用104规约组合101规约的ASDU的方式后,可很好的保证规约的标准化和通信的可靠性。2)站内局域网的通信规约。1997年IEC颁布了IEC60870-5-103规约，国家经贸委在1999年颁布了国际103规约的国内版本DL/T667-1999，103规约为继电保护和间隔层(IED)设备与变电站层设备间的数据通信传输规定了标准，今后变电站自动化系统站内协议要求采用103规约。3)电力系统的电能计量传输规约。对于电能计量采集传输系统，IEC在1996年颁布的IEC60870-5-102标准，即我国电力行业标准DL/T719-2000，是我们在实施变电站电能计量系统时需要遵守的。
3变电站自动化系统的开放性
变电站自动化系统应能实现不同厂家生产设备的互换性;变电站自动化系统应能包容变电站自动化技术新的发展要求;变电站自动化系统必须考虑和支持变电站运行功能的要求。
三 变电站综合自动化系统应能实现的功能
1、微机保护:是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护实现故障记录、存储多套定值、适合当地修改定值等功能。
2、事件记录和故障录波测距事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。其SOE分辨率一般在1~10ms之间，以满足不同电压等级对SOE的要求。变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
3、数据处理和记录历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：①断路器动作次数②断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数③输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大，最小值及其时间。④独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间⑤控制操作及修改整定值的记录，根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。
4、系统的自诊断功能：系统内各插件应具有自诊断功能，自诊断信息也象被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心。
5、與远方控制中心的通信本功能在常规远动‘四遥’的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等，其信息量远大于传统的远动系统。根据现场的要求，系统应具有通信通道的备用及切换功能，保证通信的可靠性，同时应具备同多个调度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM应相互独立。保护和故障录波信息可采用独立的通信与调度中心连接，通信规约应适应调度中心的要求，符合国标及IEC标准。
四 变电站综合自动化系统的常见问题分析
1测量功率方向问题
1.1.对于线路，不论是电源进线，还是负荷出线，统一规定以流出母线为正方向，以流入母线为负方向。
1.2.对于电容器、电抗器等元件，规定以流出母线为功率正方向。
1.3.对于变压器，规定以流入变压器为正方向，流出变压器为负方向。
1.4.电流没有方向。
2母线电压测量问题
有些设备母线电压测量取自变压器各侧后备保护，正常运行方式下可以正确反映各段母线电压值。当某台变压器停电或该变压器保护校验而母线仍运行时，如果将该变压器后备保护电源断开或将变压器保护电压空开拉开，此时将不能正确反映母线电压。对于双母线接线方式，由于进入变压器后备保护的电压经过刀闸切换回路，当某一条母线停电而变压器仍运行时，将不能正确反映母线电压。因此，对于母线电压的测量，应采用独立的测量装置。
3精简、优化传送到调度端的监控信号
3.1.信息量过于庞大变电站综合自动化系统信息量非常庞大。必须合理减少传送的信号数量，一般从以下几方面精简信号：
（1）有些信号是为专业维护人员查询故障、维护设备所用，运行值班人员不需要了解，对此类信号不进行采集。例如保护投退、保护电压切换、保护启动等。
（2）对于直流系统，由于其本身具有自动调节功能，只需将故障信号和接地信号反映给值班员，其他信号不进行采集。
（3）对于断路器操作机构的信号，虽然信号较多，但作为调度员，没有必要详细了解，因此对此类信号进行合并。
3.2.信号的选取没有标准
由于变电站微机保护信号量较多，有必要对各种信息量进行统一归并。
（1）根据运行的实际需要，按保护装置型号和保护原理，对微机保护的动作信号进行统一归并。
（2）按保护装置型号，对微机保护的故障信号进行统一归并。
3.3.取消中央信号系统带来的问题
110kV综合自动化变电站多为无人值班站，取消了常规的中央信号系统，完全依靠集控中心对变电站监控。但在特殊情况下恢复变电站有人值班时，由于没有中央信号系统，当变电站发生事故或异常时，无法提供音响告警，影响了安全运行。但如果为了恢复短时有人值班而增加1套当地功能又造成较大投资浪费，经济性差。为此增加了事故音响和告警音响：
（1）各台保护装置都有本身的“事故总”信号，通过综自设备组态软件，将所有保护装置的“事故总”信号合并起来，生成一个“全站事故总”信号，全站任何1台断路器跳闸，都会触发该信号。
（2）将所有保护的故障信号、所有断路器的机构故障信号及直流信号等合并成1个“全站预告总”信号，站内任何一、二次设备发生异常时，都会触发该信号。
（3）配置事故音响和预告音响喇叭，当发生“全站事故总”或“全站预告总”时，都会触发相应的音响喇叭。
五 数字化变电站技术应用的前景
数字化变电站技术应用将是一个长期的目标，数字化变电站技术的发展要立足于常规变电站技术的兼容性，只有这样才能够实现数字化变电站技术的可持续的发展。
5.1过程层一般设备连接方案。过程层一般设备指的是互感器和断路器，实际正常情况下运用先进的互感器技术和智能断路器技术，或智能控制断路器的技术。一般设备的连接方式有以下三种：一般互感器和一般断路器；一般互感器和智能断路器;先进互感器和一般断路器。
5.2过程总线连接方案。在第二个时期将合并前端控制和采集数据的通信系统，合并控制和测量数据使间隔接线变得比从前简单，可是也要用两个以太网口来连接间隔层IED设备与过程总线和变电站总线。合并单元的数字化电气量测系统的瞬时值传送来了以后，反映出更快于第一个时期的通信方式。由于这个因素的影响所以使用100Mbit/s以太网，并由过程总线保护装置的关闭指令被发送到断路器。
5.3合并过程总线和站总线的连接方案。由于以太网发展快速和第一、第二时期中过程总线和变电站总线使用基于MMS应用层通信堆栈的以太网的效果，通信网就此构成并由变电总线来联接，并使得变电站内部的通信更加快捷。
六 结束语
变电站综合自动化系统以服务于电力系统安全、经济运行为中心。变电站作为整个电网中的一个节点,在电网中担负着电能传输、分配任务。变电站综合自动化系统是实现对电网进行保护、监控的重要手段。只有功能完善、结构合理的综合自动化系统才能有效地提高电网的安全运行水平。
参考文献
[1]张航.220 kV变电站综合自动化系统的研究与应用[J].企业科技与发展，2008
[2]江智伟.变电站自动化新技术[M].北京:中国电力出版社,2006.
[3]林栩栩,陆继明.变电站综合自动化技术的发展[J].大众用电,2004
关键词：电力系统；变电站；综合自动化
Abstract: The substation integrated automation system to realize the modernization of the electric power production, scientific, information and the automation management to provide effective network information and accurate Numbers, for the safe and economic operation of power network provides an important basis. With digital protection equipment and extensive application of mature, dispatching automation system application of mature, substation automation system has been power system users accept use, this paper of substation integrated automation system function and structure patterns are analyzed, and the integrated substation automation system of common problems are discussed
Key Words: electric power system; Substation; Integrated automation
中图分类号：TM715 文献标识码：A文章编号：
引言
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、通信技术和数字信号处理(DSP)等技术,实现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、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以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。越来越多的高、中压变电站采用计算机监控系统并已相继成功投运，充分显示了变电站自动化技术的日益成熟。
一 变电站自动化系统组织模式的选择
目前应用较广泛的变电站自动化系统的结构形式主要有集中式、分散与集中相结合和全分散式3种类型。现将3种结构形式的特点简述如下。
1集中式结构
初期的变电站自动化设计都是采用集中式结构。这种结构的设计方法是在原来设备配置的
基础上，增加计算机管理功能，按变电站的规模配置相应容量、功能的微机保护装置和微机远动装置，安装在变电站主控制室内；主变压器、各进出线路及站内所有设备的运行状态通过电流互感器、电压互感器或相应变送器，经电缆传送到主控制室的微机保护装置和微机远动装置，经初步处理后送到前置机预处理，并与调度端的主计算机进行数据通信。
2分散式结构
这种结构方式一般是按一次回路进行设计。首先将设备按一次安装单位划分成若干单元。将控制单元、微机保护单元、数据采集单元安装在户外高压开关附近或户内开关柜内。然后将
各分散单元用网络电缆互连,构成一个完整的分散式综合自动化系统。这种分散式结构具有很多优点:各个功能单元上即有通讯联系,又相对独立,便于系统扩展,便于维护管理,当某一环节发生故障时,不致于相互影响。
3集中与分散结合式结构
分散与集中相结合的变电站自动化系统是将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内，而高压线路和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构。此结构形式较常用，它有如下特点:
1)10～35 kV馈线保护采用分散式结构，就地安装，可节约控制电缆，通过现场总线与保护管理机交换信息。2)高压线路保护和变压器保护采用集中组屏结构，保护屏安装在控制室或保护室中，同样通过现场总线与保护管理机通信，使这些重要的保护装置处于比较好的工作环境，对可靠性较为有利。3)其他自动装置中，备用电源自投控制装置和电压、无功综合控制装置采用集中组屏结构，安装于控制室或保护室中。
二 变电站自动化系统的技术标准
目前，变电站自动化系统的设计还没有统一标准，特别是对技改项目：变电站自动化系统的标准问题(其中包括技术标准、自动化系统模式、管理标准等问题)是当前迫切需要解决的问题。
1产品的接口
接口是自动化系统中非常重要而又长期以来未能妥善解决的问题之一，包括RTU与通信控制器、保护与通讯控制器、小电流接地装置与通讯控制器、故障录波与通讯控制器、无功装置与通讯控制器、通讯控制器与主站、通讯控制器与模拟盘等设备之间的通讯。常用接口方式有：RS－422/RS－485串行通信和现场总线CAN网，LonWorks总线和工业以太网方式。这些不同厂家的产品要在数据接口方面沟通，需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通讯规约等问题。
2变电站自动化系统的传输规约和传输网络选择
要实现变电站自动化系统标准化，就要实现传输规约的标准化和传输网络的标准化，做到传输规约和网络的统一，才能实现变电站自动化系统内设备的互换性，这一点对于制造厂商和
用户都是非常有利的，对于变电站自动化技术的发展也是非常重要的。因此，为适应这种形势的发展，IEC逐步提出了传输规约技术标准。
1）变电站和调度中心之间的传输规约。104规约是国际电工委员会(IEC)为了满足IEC101远动通信规约用于以太网实现而制定的IEC104规约把IEC101的应用服务数据单元（ASDU）用网络规约TCP/IP进行传输的标准，该标准为远动信息的网络传输提供了通信规约依据。采用104规约组合101规约的ASDU的方式后,可很好的保证规约的标准化和通信的可靠性。2)站内局域网的通信规约。1997年IEC颁布了IEC60870-5-103规约，国家经贸委在1999年颁布了国际103规约的国内版本DL/T667-1999，103规约为继电保护和间隔层(IED)设备与变电站层设备间的数据通信传输规定了标准，今后变电站自动化系统站内协议要求采用103规约。3)电力系统的电能计量传输规约。对于电能计量采集传输系统，IEC在1996年颁布的IEC60870-5-102标准，即我国电力行业标准DL/T719-2000，是我们在实施变电站电能计量系统时需要遵守的。
3变电站自动化系统的开放性
变电站自动化系统应能实现不同厂家生产设备的互换性;变电站自动化系统应能包容变电站自动化技术新的发展要求;变电站自动化系统必须考虑和支持变电站运行功能的要求。
三 变电站综合自动化系统应能实现的功能
1、微机保护:是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护实现故障记录、存储多套定值、适合当地修改定值等功能。
2、事件记录和故障录波测距事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。其SOE分辨率一般在1~10ms之间，以满足不同电压等级对SOE的要求。变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
3、数据处理和记录历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：①断路器动作次数②断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数③输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大，最小值及其时间。④独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间⑤控制操作及修改整定值的记录，根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。
4、系统的自诊断功能：系统内各插件应具有自诊断功能，自诊断信息也象被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心。
5、與远方控制中心的通信本功能在常规远动‘四遥’的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等，其信息量远大于传统的远动系统。根据现场的要求，系统应具有通信通道的备用及切换功能，保证通信的可靠性，同时应具备同多个调度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM应相互独立。保护和故障录波信息可采用独立的通信与调度中心连接，通信规约应适应调度中心的要求，符合国标及IEC标准。
四 变电站综合自动化系统的常见问题分析
1测量功率方向问题
1.1.对于线路，不论是电源进线，还是负荷出线，统一规定以流出母线为正方向，以流入母线为负方向。
1.2.对于电容器、电抗器等元件，规定以流出母线为功率正方向。
1.3.对于变压器，规定以流入变压器为正方向，流出变压器为负方向。
1.4.电流没有方向。
2母线电压测量问题
有些设备母线电压测量取自变压器各侧后备保护，正常运行方式下可以正确反映各段母线电压值。当某台变压器停电或该变压器保护校验而母线仍运行时，如果将该变压器后备保护电源断开或将变压器保护电压空开拉开，此时将不能正确反映母线电压。对于双母线接线方式，由于进入变压器后备保护的电压经过刀闸切换回路，当某一条母线停电而变压器仍运行时，将不能正确反映母线电压。因此，对于母线电压的测量，应采用独立的测量装置。
3精简、优化传送到调度端的监控信号
3.1.信息量过于庞大变电站综合自动化系统信息量非常庞大。必须合理减少传送的信号数量，一般从以下几方面精简信号：
（1）有些信号是为专业维护人员查询故障、维护设备所用，运行值班人员不需要了解，对此类信号不进行采集。例如保护投退、保护电压切换、保护启动等。
（2）对于直流系统，由于其本身具有自动调节功能，只需将故障信号和接地信号反映给值班员，其他信号不进行采集。
（3）对于断路器操作机构的信号，虽然信号较多，但作为调度员，没有必要详细了解，因此对此类信号进行合并。
3.2.信号的选取没有标准
由于变电站微机保护信号量较多，有必要对各种信息量进行统一归并。
（1）根据运行的实际需要，按保护装置型号和保护原理，对微机保护的动作信号进行统一归并。
（2）按保护装置型号，对微机保护的故障信号进行统一归并。
3.3.取消中央信号系统带来的问题
110kV综合自动化变电站多为无人值班站，取消了常规的中央信号系统，完全依靠集控中心对变电站监控。但在特殊情况下恢复变电站有人值班时，由于没有中央信号系统，当变电站发生事故或异常时，无法提供音响告警，影响了安全运行。但如果为了恢复短时有人值班而增加1套当地功能又造成较大投资浪费，经济性差。为此增加了事故音响和告警音响：
（1）各台保护装置都有本身的“事故总”信号，通过综自设备组态软件，将所有保护装置的“事故总”信号合并起来，生成一个“全站事故总”信号，全站任何1台断路器跳闸，都会触发该信号。
（2）将所有保护的故障信号、所有断路器的机构故障信号及直流信号等合并成1个“全站预告总”信号，站内任何一、二次设备发生异常时，都会触发该信号。
（3）配置事故音响和预告音响喇叭，当发生“全站事故总”或“全站预告总”时，都会触发相应的音响喇叭。
五 数字化变电站技术应用的前景
数字化变电站技术应用将是一个长期的目标，数字化变电站技术的发展要立足于常规变电站技术的兼容性，只有这样才能够实现数字化变电站技术的可持续的发展。
5.1过程层一般设备连接方案。过程层一般设备指的是互感器和断路器，实际正常情况下运用先进的互感器技术和智能断路器技术，或智能控制断路器的技术。一般设备的连接方式有以下三种：一般互感器和一般断路器；一般互感器和智能断路器;先进互感器和一般断路器。
5.2过程总线连接方案。在第二个时期将合并前端控制和采集数据的通信系统，合并控制和测量数据使间隔接线变得比从前简单，可是也要用两个以太网口来连接间隔层IED设备与过程总线和变电站总线。合并单元的数字化电气量测系统的瞬时值传送来了以后，反映出更快于第一个时期的通信方式。由于这个因素的影响所以使用100Mbit/s以太网，并由过程总线保护装置的关闭指令被发送到断路器。
5.3合并过程总线和站总线的连接方案。由于以太网发展快速和第一、第二时期中过程总线和变电站总线使用基于MMS应用层通信堆栈的以太网的效果，通信网就此构成并由变电总线来联接，并使得变电站内部的通信更加快捷。
六 结束语
变电站综合自动化系统以服务于电力系统安全、经济运行为中心。变电站作为整个电网中的一个节点,在电网中担负着电能传输、分配任务。变电站综合自动化系统是实现对电网进行保护、监控的重要手段。只有功能完善、结构合理的综合自动化系统才能有效地提高电网的安全运行水平。
参考文献
[1]张航.220 kV变电站综合自动化系统的研究与应用[J].企业科技与发展，2008
[2]江智伟.变电站自动化新技术[M].北京:中国电力出版社,2006.
[3]林栩栩,陆继明.变电站综合自动化技术的发展[J].大众用电,2004