论文部分内容阅读
摘要：变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等对变电站二次设备(包括控制设备、信号传输、故障录波、继电保护及自动装置、远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计和信息共享，对变电站的主要设备的运行情况进行自动监控、测量、控制和保护的一种综合性的自动化系统。
关键词：变电站 自动化系统 优化设计
中图分类号：TM411+.4文献标识码：A 文章编号：
引言
经过十多年历史的变电站自动化技术已经达到一定的水平。城市电网和农村电网建设改造项目已全面铺开，在现代电力系统的各种技术发展十分迅速的情况下，建设高度可靠、有效可控的现代化无人职守变电站已势在必行。无人职守变电站的测量、控制及电量采集均应由自动化系统来完成，应能方便地在远方完成对变电站的自动监控。变电站综合自动化系统具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。
1概述
变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。它综合了变电所内除交直流电源以外的全部二次设备功能。电力系统进行的农网改造、城网改造对于变电站二次系统的改造主要是以综合自动化系统替换原有的常规二次系统。
2变电站自动化系统的基本结构及特点
2.1 集中式系统结构 集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强，该结构在早期自动化系统中应用较多，目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式。
2.2 分布式系统结构 按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。
2.3 分散（层）分布式结构 分散（层）分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。
3变电站自动化
3.1 继电保护功能变电站综合自动化系统要具备常规变电站系统保护及元件保护设备的全部功能，而且要独立于监控系统，即当该系统网各软、硬件发生故障退出运行时，继电保护单元仍然正常运行。微机保护除了所具有的继电保护功能外，还需具有其它功能。
3.2 信息采集功能分布式自动化系统的变电站，信息由间隔层I/O单元采集。常规四遥功能的变电站，信息由RTU采集。电能量的采集宜用单独的电能量采集装置。系统对安全运行中必要的信息进行采集，主要包括以下几个方面：①遥测量②遥信量③遥控量④电能量。
3.3 报警功能 对站内各种越限，开关合、跳闸，保护及装置动作，上、下行通道故障信息，装置主电源停电信号，故障及告警信号进行处理并作为事件记录及打印。输出形式有：音响告警、画面告警、语音告警、故障数据记录显示(画面)和光字牌告警(光字牌报警回路采用编码设计，主要是为了保证当通信网故障退出时站内仍能正常运行。光字牌数量控制在20多只)。
3.4 设备监视功能 其中包括一次设备绝缘在线监测、主变油温监测、火警监测、环境温度监测等内容。当上述各参量越过预置值时，发出音响和画面告警，并作为事件进行记录及打印。
3.5 数据处理及打印功能 中调、地调、市调、运行管理部门和继保专业要求的数据可以以历史记录存档，包括：①母线电压和频率、线路、配电线路、變压器的电流、有功功率、无功功率的最大值和最小值以及时间。②断路器动作次数及时间。③断路器切除故障时故障电流和跳闸次数的累计值。④用户专用线路的有功、无功功率及每天的峰值和最小值以及时间。⑤控制操作及修改整定值的记录。⑥实现站内日报表、月报表的生成和打印，可将历史数据进行显示、打印及转储，并可形成各类曲线、棒图、饼图、表盘图，该功能在变电站内及调度端均能实现。
3.6人机接口功能 具有良好的人机界面，运行人员可通过屏幕了解各种运行状况，并进行必要的控制操作。人机联系的主要内容包括：①显示画面与数据。②人工控制操作。③输入数据。④诊断与维护。当有人值班时，人机联系功能在当地监控系统的后台机上进行，运行人员利用CRT屏幕和键盘或鼠标器进行操作。当无人值班时，人机联系功能在上级调度中心的主机或工作站上进行。
4 变电站自动化系统可以实现的功能
4.1 继电保护
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:（1）基本设置。（2）故障记录。状态数据、模拟数据和跳闸记录。（3）存储多套定值。便于定值之间切换。（4）显示和当地修改定值。（5）与监控系统通信。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。
4.2 控制和操作功能
操作人员可通过后台机屏幕对断路器，隔离开关，接地刀的分合闸操作，变压器分接头控制调节，电容器组投切进行远方操作，并实现保护信号的远方复归。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，并实现保护信号的远方复归。
4.3 数据采集及处理功能
包括状态数据，模拟数据和脉冲数据。采集了所有断路器、隔离刀闸、接地刀闸的状态；主变的、分接头档位，主变油温，所有系统电气量（电压、电流、频率、有功、无功、功率因数、电度等）；直流系统的所有量，所用变的电压，电流，功率；所有的保护动作信号，断路器、保护装置、自动化系统、公用系统的各类告警信号；全面完整地实现了对整个变电所的监视，能实时显示和实时打印各种信息。
4.4 事件记录（SOE）
事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。实现顺序事件记录，SOE历史数据库能在计算机查询并打印。
4.5前置机软件
接收间隔层及保护、直流、电能表等智能设备的实时数据，进行相应的规约转换和预处理，通过网络广播给后台机系统；对间隔层发送相应的遥控、遥调控制命令。主要包含以下部分:
(1)间隔层测控单元通信软件；
(2)保护、直流、电表、五防等智能设备通信软件；
(3)调度自动化及集控站通信处理软件（IEC104、IEC101、部颁CDT、SCI1801、DISA等规约处理软件）。
5结束语
变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着“两网”改造的深入和电网运行水平的提高，采用变电站综合自动化技术是计算机和通信技术应用的方向，也是电网发展的趋势。
参考文献：
[1] 张艳馥.赵树华.毛莉萍.黄琰.曾鸣.政府在实施电力需求侧管理中的职能和作用.[J].电力需求侧管理.2005.（02）
[2] 丁书文, 变电站综合自动化技术[M]，中国电力出版社, 2005（12）.
[3]李坚.构建县级供电企业电力设施保护工作长效机制的思考[J].云南电业,2006,(9)．
关键词：变电站 自动化系统 优化设计
中图分类号：TM411+.4文献标识码：A 文章编号：
引言
经过十多年历史的变电站自动化技术已经达到一定的水平。城市电网和农村电网建设改造项目已全面铺开，在现代电力系统的各种技术发展十分迅速的情况下，建设高度可靠、有效可控的现代化无人职守变电站已势在必行。无人职守变电站的测量、控制及电量采集均应由自动化系统来完成，应能方便地在远方完成对变电站的自动监控。变电站综合自动化系统具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。
1概述
变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。它综合了变电所内除交直流电源以外的全部二次设备功能。电力系统进行的农网改造、城网改造对于变电站二次系统的改造主要是以综合自动化系统替换原有的常规二次系统。
2变电站自动化系统的基本结构及特点
2.1 集中式系统结构 集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强，该结构在早期自动化系统中应用较多，目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式。
2.2 分布式系统结构 按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。
2.3 分散（层）分布式结构 分散（层）分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。
3变电站自动化
3.1 继电保护功能变电站综合自动化系统要具备常规变电站系统保护及元件保护设备的全部功能，而且要独立于监控系统，即当该系统网各软、硬件发生故障退出运行时，继电保护单元仍然正常运行。微机保护除了所具有的继电保护功能外，还需具有其它功能。
3.2 信息采集功能分布式自动化系统的变电站，信息由间隔层I/O单元采集。常规四遥功能的变电站，信息由RTU采集。电能量的采集宜用单独的电能量采集装置。系统对安全运行中必要的信息进行采集，主要包括以下几个方面：①遥测量②遥信量③遥控量④电能量。
3.3 报警功能 对站内各种越限，开关合、跳闸，保护及装置动作，上、下行通道故障信息，装置主电源停电信号，故障及告警信号进行处理并作为事件记录及打印。输出形式有：音响告警、画面告警、语音告警、故障数据记录显示(画面)和光字牌告警(光字牌报警回路采用编码设计，主要是为了保证当通信网故障退出时站内仍能正常运行。光字牌数量控制在20多只)。
3.4 设备监视功能 其中包括一次设备绝缘在线监测、主变油温监测、火警监测、环境温度监测等内容。当上述各参量越过预置值时，发出音响和画面告警，并作为事件进行记录及打印。
3.5 数据处理及打印功能 中调、地调、市调、运行管理部门和继保专业要求的数据可以以历史记录存档，包括：①母线电压和频率、线路、配电线路、變压器的电流、有功功率、无功功率的最大值和最小值以及时间。②断路器动作次数及时间。③断路器切除故障时故障电流和跳闸次数的累计值。④用户专用线路的有功、无功功率及每天的峰值和最小值以及时间。⑤控制操作及修改整定值的记录。⑥实现站内日报表、月报表的生成和打印，可将历史数据进行显示、打印及转储，并可形成各类曲线、棒图、饼图、表盘图，该功能在变电站内及调度端均能实现。
3.6人机接口功能 具有良好的人机界面，运行人员可通过屏幕了解各种运行状况，并进行必要的控制操作。人机联系的主要内容包括：①显示画面与数据。②人工控制操作。③输入数据。④诊断与维护。当有人值班时，人机联系功能在当地监控系统的后台机上进行，运行人员利用CRT屏幕和键盘或鼠标器进行操作。当无人值班时，人机联系功能在上级调度中心的主机或工作站上进行。
4 变电站自动化系统可以实现的功能
4.1 继电保护
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:（1）基本设置。（2）故障记录。状态数据、模拟数据和跳闸记录。（3）存储多套定值。便于定值之间切换。（4）显示和当地修改定值。（5）与监控系统通信。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。
4.2 控制和操作功能
操作人员可通过后台机屏幕对断路器，隔离开关，接地刀的分合闸操作，变压器分接头控制调节，电容器组投切进行远方操作，并实现保护信号的远方复归。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，并实现保护信号的远方复归。
4.3 数据采集及处理功能
包括状态数据，模拟数据和脉冲数据。采集了所有断路器、隔离刀闸、接地刀闸的状态；主变的、分接头档位，主变油温，所有系统电气量（电压、电流、频率、有功、无功、功率因数、电度等）；直流系统的所有量，所用变的电压，电流，功率；所有的保护动作信号，断路器、保护装置、自动化系统、公用系统的各类告警信号；全面完整地实现了对整个变电所的监视，能实时显示和实时打印各种信息。
4.4 事件记录（SOE）
事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。实现顺序事件记录，SOE历史数据库能在计算机查询并打印。
4.5前置机软件
接收间隔层及保护、直流、电能表等智能设备的实时数据，进行相应的规约转换和预处理，通过网络广播给后台机系统；对间隔层发送相应的遥控、遥调控制命令。主要包含以下部分:
(1)间隔层测控单元通信软件；
(2)保护、直流、电表、五防等智能设备通信软件；
(3)调度自动化及集控站通信处理软件（IEC104、IEC101、部颁CDT、SCI1801、DISA等规约处理软件）。
5结束语
变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着“两网”改造的深入和电网运行水平的提高，采用变电站综合自动化技术是计算机和通信技术应用的方向，也是电网发展的趋势。
参考文献：
[1] 张艳馥.赵树华.毛莉萍.黄琰.曾鸣.政府在实施电力需求侧管理中的职能和作用.[J].电力需求侧管理.2005.（02）
[2] 丁书文, 变电站综合自动化技术[M]，中国电力出版社, 2005（12）.
[3]李坚.构建县级供电企业电力设施保护工作长效机制的思考[J].云南电业,2006,(9)．