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摘要：随着“两网”改造的深入和电网运行水平的提高，大量采用远方集中监视、控制等变电站综合自动化系统，既提高了劳动生产率，又减少了人为误操作的可能。变电站综合自动化系统能够有效地提高劳动生产率,是国家电网改造的发展趋势之一，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。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: with the "two nets" reform deeply and raise the level of power network operation, the concentration of distance monitoring, control of substation integrated automation system, can not only enhance the labor productivity, and reduce the possibility of human wrong operation. Substation integrated automation system can effectively improve labor productivity, the country is one of the development trend of network reconstruction, and 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. In this paper, the 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
中圖分类号：TM711文献标识码：A 文章编号：
引言
变电站是电力系统中的一个重要环节,它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行.
随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展,通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化系统大致有两方面的原则:一是中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人增效的目的;二是对高压变电站(220kV及以上)的建设和设计来说，是要求用先进的控制方式，解决各专业在技术上分散、自成系统，重复投资，甚至影响运行可靠性。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。
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 综合自动化系统的技术要求
1微机保护功能要求
保护功能占据最重要的位置。要求综合自动化系统对电力系统中的一切故障都能正确地施行其保护功能,且要在动作的快速性、可靠性及灵活性方面优于常规保护。
2后台监控系统要求
监控功能在综合系统中也占有很重要的地位,要求系统不但能对变电站的一次系统运行工作情况进行全方位的监视控制,且对系统本身的工作异常应及时发现并显示告警。另外,考虑到变电站的不断发展,要求综合系统在功能上具有可开发性。
3系统可靠性要求
系统可靠性主要包括两个方面,即构成系统的硬件和软件。对于硬件的可靠性,可以用设备的平均故障间隔时间MTBF及故障前平均运行时间MTTF以及设备的冗余度等指标来衡量。要求各设备本身具有足够的可靠性及冗余度。在任何情况下,应确保可靠执行综合系统的主要功能。至于软件的可靠性,是要求系统对软件故障具有较强检出能力、较高的响应速度、及合理的处理方式。
4操作和维护的要求
操作和维护简单、方便性,是运行人员对综合系统的普遍要求。综合系统的操作控制设计应
尽可能简单明了。即便运行人员不懂计算机专业知识,经过短期的训练,也应能熟练地进行操作。另外,系统故障后的维修问题,要求在软件设计上使系统的自诊断功能完善,且要求元件检修和更换方便简捷。
5系统抗干扰性能要求
系统必须具有较强的抗干扰性能。在高压变电站内,扰乱综合系统正常工作的干扰因素主要有:电磁干扰、射频干扰以及各种传导性暂态浪涌干扰,为确保综合系统的可靠性、对于分散
式结构的系统最好用光纤联接各分散单元。系统在投运前，必须首先进行各种抗干扰性能实验。
三 变电站综合自动化系统的主要功能
一般的来说,变电站综合自动化主要包括数据采集及通讯、数据处理、安全监视、微机保护、开关操作、电压无功控制、远动及自诊断等功能。
1数据采集及通讯功能
其中包括主变及各条线路的交流测量、温湿度等非电气量的直流测量、开关刀闸等遥信量
的实时采集、保护信息的收集、与上级调度通讯、统一时钟等。
2数据处理
主变及各条线路的功率及功率因数计算、电能计算及统计、事件顺序记录及事故追忆等。
3安全监控
系统运行工况监视,变电站一次系统运行状态监视,遥测量的越限监视,遥信变位的声光报警,事故信号及预告信号的告警显示,变压器分接头与电容器组人工、自动调节与投切,保护测定值的显示与修改,在线自诊断等。
4运行记录
电力系统事故记录及运行记录,系统历史数据记录，设备运行记录,以及各种记录的统计，报
表人工、自动打印,屏幕拷贝等。
5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。各类保护应具有下列功能:故障记录；存储多套定值；显示和当地修改定值；与监控系统通信台根据监控系统命令发送故障信息，动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统，选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。
6电压和无功控制功能
无功和电压控制一般采用调整变压器分接头，投切电容器组，电抗器组，同步调相机等方式实现。操作方式可手动可自动，人工操作可就地控制或远方控制。无功控制可由专门的无功控制设备实现，也可由监控系统根据保护装置那量的电压，无功和变压器抽头信号通过专用软件实现。对有载调压变压器分接头和并联补偿电容器组进行综合调节控制，从而控制电压和功率因数等指标，保证电压质量和优化无功补偿。
7远动功能
包括常规的遥测、遥信、遥控、遥调，保护定值的远方监视与修改,故障录波及测距的远方传输等功能。
8人机联系功能
在线生成、修改各种报表及画面,在线修改数据库参数,控制闭锁与解除;多窗口显示,画面可放大、缩小、漫游以及方便的画面调用，远方和当地操作以及当地操作的防误操作等功能。操作人员可通过CRT屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。操作闭锁应具有以下内容:电脑五防及闭锁系统；根据实时状态信息，自动实现断路器，刀闸的操作闭锁功能；操作出口应具有同时操作闭锁功能；操作出口应具有跳合闭锁功能。
9小电流接地自动选线功能
当小电流接地系统发生单相接地时，具有自动报警并寻找故障线路的功能。
10备用电源自投功能
可以保证单路供电的可靠性。
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開拉开，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 结束语
近年来，随着通信技术和计算机技术的迅猛发展，给变电站综合自动化技术水平的提高注入了新的活力，变电站综合自动化技术正在朝着网络化、综合智能化、多媒体化的方向发展。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]张继雄. 变电站自动化系统选型中应注意的问题. 内蒙古电力技术,2005
[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]李晓亮.论变电站综合自动化技术探讨[J].北京:中国电力,2004
关键词：电力系统；变电站；综合自动化
Abstract: with the "two nets" reform deeply and raise the level of power network operation, the concentration of distance monitoring, control of substation integrated automation system, can not only enhance the labor productivity, and reduce the possibility of human wrong operation. Substation integrated automation system can effectively improve labor productivity, the country is one of the development trend of network reconstruction, and 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. In this paper, the 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
中圖分类号：TM711文献标识码：A 文章编号：
引言
变电站是电力系统中的一个重要环节,它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行.
随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展,通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化系统大致有两方面的原则:一是中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人增效的目的;二是对高压变电站(220kV及以上)的建设和设计来说，是要求用先进的控制方式，解决各专业在技术上分散、自成系统，重复投资，甚至影响运行可靠性。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。
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 综合自动化系统的技术要求
1微机保护功能要求
保护功能占据最重要的位置。要求综合自动化系统对电力系统中的一切故障都能正确地施行其保护功能,且要在动作的快速性、可靠性及灵活性方面优于常规保护。
2后台监控系统要求
监控功能在综合系统中也占有很重要的地位,要求系统不但能对变电站的一次系统运行工作情况进行全方位的监视控制,且对系统本身的工作异常应及时发现并显示告警。另外,考虑到变电站的不断发展,要求综合系统在功能上具有可开发性。
3系统可靠性要求
系统可靠性主要包括两个方面,即构成系统的硬件和软件。对于硬件的可靠性,可以用设备的平均故障间隔时间MTBF及故障前平均运行时间MTTF以及设备的冗余度等指标来衡量。要求各设备本身具有足够的可靠性及冗余度。在任何情况下,应确保可靠执行综合系统的主要功能。至于软件的可靠性,是要求系统对软件故障具有较强检出能力、较高的响应速度、及合理的处理方式。
4操作和维护的要求
操作和维护简单、方便性,是运行人员对综合系统的普遍要求。综合系统的操作控制设计应
尽可能简单明了。即便运行人员不懂计算机专业知识,经过短期的训练,也应能熟练地进行操作。另外,系统故障后的维修问题,要求在软件设计上使系统的自诊断功能完善,且要求元件检修和更换方便简捷。
5系统抗干扰性能要求
系统必须具有较强的抗干扰性能。在高压变电站内,扰乱综合系统正常工作的干扰因素主要有:电磁干扰、射频干扰以及各种传导性暂态浪涌干扰,为确保综合系统的可靠性、对于分散
式结构的系统最好用光纤联接各分散单元。系统在投运前，必须首先进行各种抗干扰性能实验。
三 变电站综合自动化系统的主要功能
一般的来说,变电站综合自动化主要包括数据采集及通讯、数据处理、安全监视、微机保护、开关操作、电压无功控制、远动及自诊断等功能。
1数据采集及通讯功能
其中包括主变及各条线路的交流测量、温湿度等非电气量的直流测量、开关刀闸等遥信量
的实时采集、保护信息的收集、与上级调度通讯、统一时钟等。
2数据处理
主变及各条线路的功率及功率因数计算、电能计算及统计、事件顺序记录及事故追忆等。
3安全监控
系统运行工况监视,变电站一次系统运行状态监视,遥测量的越限监视,遥信变位的声光报警,事故信号及预告信号的告警显示,变压器分接头与电容器组人工、自动调节与投切,保护测定值的显示与修改,在线自诊断等。
4运行记录
电力系统事故记录及运行记录,系统历史数据记录，设备运行记录,以及各种记录的统计，报
表人工、自动打印,屏幕拷贝等。
5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。各类保护应具有下列功能:故障记录；存储多套定值；显示和当地修改定值；与监控系统通信台根据监控系统命令发送故障信息，动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统，选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。
6电压和无功控制功能
无功和电压控制一般采用调整变压器分接头，投切电容器组，电抗器组，同步调相机等方式实现。操作方式可手动可自动，人工操作可就地控制或远方控制。无功控制可由专门的无功控制设备实现，也可由监控系统根据保护装置那量的电压，无功和变压器抽头信号通过专用软件实现。对有载调压变压器分接头和并联补偿电容器组进行综合调节控制，从而控制电压和功率因数等指标，保证电压质量和优化无功补偿。
7远动功能
包括常规的遥测、遥信、遥控、遥调，保护定值的远方监视与修改,故障录波及测距的远方传输等功能。
8人机联系功能
在线生成、修改各种报表及画面,在线修改数据库参数,控制闭锁与解除;多窗口显示,画面可放大、缩小、漫游以及方便的画面调用，远方和当地操作以及当地操作的防误操作等功能。操作人员可通过CRT屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。操作闭锁应具有以下内容:电脑五防及闭锁系统；根据实时状态信息，自动实现断路器，刀闸的操作闭锁功能；操作出口应具有同时操作闭锁功能；操作出口应具有跳合闭锁功能。
9小电流接地自动选线功能
当小电流接地系统发生单相接地时，具有自动报警并寻找故障线路的功能。
10备用电源自投功能
可以保证单路供电的可靠性。
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開拉开，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 结束语
近年来，随着通信技术和计算机技术的迅猛发展，给变电站综合自动化技术水平的提高注入了新的活力，变电站综合自动化技术正在朝着网络化、综合智能化、多媒体化的方向发展。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]张继雄. 变电站自动化系统选型中应注意的问题. 内蒙古电力技术,2005
[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]李晓亮.论变电站综合自动化技术探讨[J].北京:中国电力,2004