摘要： 本文讨论了变电站综合自动化有关的结构、技术要求和基本的功能配置，结合我国变电站自动化的研究及应用现状，对其在工程应用中存在的问题进行了探讨，并提出相应的理解及认识。

1?引言?

近年来，随着电网运行水平的提高，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性，进而要求更多地采用远方集中控制，操作，反事故措施等，即采用无人值班的管理模式，以提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，提高运行的可靠性。另一方面，当代计算机技术，通讯技术等先进技术手段的应用，已改变了传统二次设备的模式，为简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，降低造价等方面已改变了变电站运行的面貌。基于上述原因，变电站自动化由“热门话题”已转向了实用化阶段，电力行业各有关部门把变电站自动化作为一项新技术革新手段应用于电力系统运行中来，各大专业厂家亦把变电站自动化系统的开发作为重点开发项目，不断地完善和改进相应地推出各具特色的变电站综合自动化系统，以满足电力系统中的要求。?

国外从80年代初开始进行研究开发，到目前为止，各大电力设备公司都陆续地推出系列化的产品。如ABB，SIEMENS,HARRIS等公司，90年代以来，世界各国新建变电站大部分采用了全数字化的二次设备；相应地采用了变电站自动化技术；我国开展变电站综合自动化的研究及开发相比世界发达国家较晚，但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，但在电力部门使用过程中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。

2?变电站综合自动化系统典型结构和技术特点?

变电站综合自动化采用自动控制和计算机技术实现变电站二次系统的部分或全部功能。为达到这一目的，满足电网运行对变电站的要求，变电站综合自动化系统体系由“数据采集和控制”、“继电保护”、“直流电源系统”三大块构成变电站自动化基础。“通信控制管理‘’是桥梁，联系变电站内部各部分之间、变电站与调度控制中心之间使其相互交换数据。”变电站主计算机系统“对整个综合自动化系统进行协调、管理和控制，并向运行人员提供变电站运行的各种数据、接线图、表格等画面，使运行人员可远方控制断路器分、合操作，还提供运行和维护人员对自动化系统进行监控和干预的手段。”变电站主计算机系统“代替了很多过去由运行人员完成的简单、重复和繁琐的工作，如收集、处理、记录、统计变电站运行数据和变电站运行过程中所发生的保护动作、断路器分、合闸等重要事件，还可按运行人员的操作命令或预先设定执行各种复杂的工作。”通信控制管理连接系统各部分，负责数据和命令的传递，并对这一过程进行协调、管理和控制。?

与变电站传统电磁式二次系统相比，在体系结构上，变电站综合自动化系统增添了“变电站主计算机系统”和“通信控制管理”两部分；在二次系统具体装置和功能实现上，计算机化的二次设备代替和简化了非计算机设备，数字化的处理和逻辑运算代替了模拟运算和继电器逻辑；在信号传递上，数字化信号传递代替了电压、电流模拟信号传递。数字化使变电站自动化系统与传统变电站二次系统相比，数据采集更精确、传递更方便、处理更灵活、运行维护更可靠、扩展更容易。

变电站综合自动化系统结构体系较为典型的是：

2.1集中式结构?

集中式的变电站综合自动化系统结构按信息类型划分功能。采用这类结构的系统其功能模块与硬件无关，各功能模块的连接通过模块化软件实现，信息是集中采集、处理和运算的。受计算机硬件水平的限制，该结构在早期自动化系统中应用较多。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。?

2.2分布式结构?

分布式结构则按功能设计，如按保护和监控等功能划分单元，分布实施。其结构采用主从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（IntelligentElectronicDevice，IED）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。分布式结构有助于系统扩展和维护，可靠性好，局部故障不影响系统其它模块正常运行。安装方式有集中组屏和分层组屏两种方式，较适合于中低压变电站。?

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。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：

1)?在的IED设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的；

2)?利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，成本低，运行维护方便；

3)?系统装置及网络冗余性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台IED设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行可靠性有保证。?

系统结构的特点是功能分散，管理集中。分散（层）分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I/O单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布；其二，对于110kV及以上的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对独立，以方便各间隔单元相应的操作和维护。

上述3类变电站综合自动化系统结构的共同缺点是：由于电力通信规约的不兼容，不同接口需要进行通信规约转换，因而在通用性、开放性等方面的性能较弱，使用场合受到较大限制。

3?变电站综合自动化系统应能实现的功能

系统与用户之间的交互界面为视窗图形化显示，利用鼠标控制所有功能键等标准方式，使操作人员能直观地进行各种操作。一般来说，系统应用程序菜单为树状结构，用户利用菜单可以容易到达各个控制画面，每个菜单的功能键上均有文字说明用途以及可以到达哪一个画面，每个画面都有报警显示。

所有系统之原始数据均为实时采集。

系统应用程序的每一项功能均能按用户要求及系统设计而改编，以符合实际需要，并可随变电站的扩建或运行需要而灵活地进行扩充和修改。一般情况下系统可按以下基本功能配置：

1)?系统配置状况；

2)?变电站单线图；

3)?报警表；

4)?事件表；

5)?遥控修改继电器整定值；

6)?操作闭锁；

7)?电量报表；

8)?趋势图。

3 .1变电站单线图

单线图可显示变电站系统接线上各控制对象的运行状态并动态更新，例如：

1)?馈线开关之状态，开关的状态可用颜色区别。

2)?开关的操作由鼠标选择对应之开关或刀闸。

3)?每路馈线之测量值可在同一画面上显示。

4)?继电器整定值可修改。

3 .2数据采集、处理

包括状态数据，模拟数据和脉冲数据。?

1)?状态量采集?

状态量包括：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。?

保护动作信号则采用串行口(RS-232或RS485)或计算机局域网通过通信方式获得。?

2)?模拟量采集?

常规变电站采集的典型模拟量包括：各段母线电压，线路电压，电流和功率值。馈线电流，电压和功率值，频率，相位等。此外还有变压器油温，变电站室温等非电量的采集。?

模拟量采集精度应能满足SCADA系统的需要。?

3)?脉冲量采集?

脉冲量主要是脉冲电度表的输出脉冲，也采用光电隔离方式与系统连接，内部用计数器统计脉冲个数，实现电能测量。?

3 .3运行监视

系统的运行状况可通过文字、表格、图像、声音或光等方式为值班人员及时提供变电所安全监控所必需的全部信息。

a)?报警

按系统实际需要，用户可以指定在某些事件发生时或保护动作时自动发出报警，如一般可设置在以下情况发出报警：开关量突变(如保护跳闸动作)；断路器位置错位；模拟量超过整定值；变压器保护动作(如瓦斯、温度)。

模拟量之越限值可在线修改。每个报警均有时间、报警信息及确认状态显示。

b)?事件

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。 系统中所有动作事件，如继电保护动作，断路器、隔离开关、接地刀闸的操作等。均可自动打印及存入系统硬盘记忆，如设置对以下情况的事件进行记录：所有报警信息；操作人员确认有关报警；开关的操作；继电器动作和状态信息；系统通讯状况。

每个事件均有时间及有关信息文字说明，并可自动打印记录。

一个变电所,特别是大型变电所,其监视画面非常多,这就存在着画面组织问题。若组织不好，将对运行监视人员带来极大的困扰，笔者根据经验，在500kV大园变电所坚持了以下原则：

a)?同一类型的画面应在界面布置和内容上统一；

b)?同一类型的画面的链接路径应统一，且其链接层次不超过3；

c)?一个画面上的光字牌应尽量少，够用就行，且应根据其轻重缓急进行分类集中，切不可按开入顺序进行排列。为了减少检修工作量，可保留“开入X”；

d)?由于监视屏幕大小的限制，可在主界面只画设备电气符号，其编号等细节可在分界面体现。

3 .4调整继电器整定值

可通过系统主机或集中控制柜修改各继电器的保护功能和整定值。所有遥改功能均为在线方式，修改完成后的定值将直接传回对应的继电器储存。

3 .5操作闭锁

系统对所有操作对象均可设定闭锁功能，以防止操作人员误操作。 根据防误装置管理使用规定，不允许使用变电所综合自动化系统的闭锁功能，必须配置专门的微机防误系统。操作闭锁应具有以下内容：?

1)?电脑五防及闭锁系统?。

2)?根据实时状态信息，自动实现断路器，刀闸的操作闭锁功能。?

3)?操作出口应具有同时操作闭锁功能。?

4)?操作出口应具有跳合闭锁功能。

3 .6模拟量采集及报表产生

采集的数据储存於系统硬盘作为编辑报表的基础。按变电站实际输入的信号，可制作出不同的报表：有功电量日、月、年报表；馈线电流日、月、年报表。

3 .7趋势图

趋势图提供操作人员快速及直观的数据统计，趋势图可分为图形式或表格式两种。

4?变电站综合自动化系统存在的问题

1)?变电站自动化系统的技术标准问题

2)?生产厂家的问题

3)?不同产品的接口问题

4)?变电站自动化系统的抗干扰问题

5)?变电站自动化系统的传输规约和传输网络选择的问题

6)?变电站自动化系统的开放性问题

7)?变电站自动化系统组织模式选择的问题

变电站自动化系统实现的方案随着变电站的规模、复杂性、变电站在电力系统的重要地位、所要求的可靠性以及变电层和过程层总线的数据流率的不同而变化。如果一个变电站自动化系统模式选择合适的话，不仅可以节省投资、节约材料，而且由于系统功能全、质量高，其可靠性高、可信度大，更便于运行操作。因此，把好变电站自动化系统的选择关意义十分重大。

8)?功能重复

表现在计量，远动和当地监测系统所用的变送器各自设置，加大了CT，PT负载，投资增加，并且还造成数据测量的不一致性；远动装置和微机监测系统一个受制于调度所，一个是服务于当地监测，没有做到资源共享，增加了投资且使现场造成复杂性，影响系统的可靠性；

9)?二次开发功能不足

目前的变电所综合自动化系统虽然也提供了许多报表和图表功能，但不足以能提供日常管理中的许多报表，而其所提供的二次开发功能也十分有限,这增加了运行管理人员的许多工作量。

10)?数据库选择不当

以四方CSC2000为例，其采用Access数据库，双机中的数据库互为独立，不能互为备份，当一台主机不能正常采集数据后，将造成双机数据不一致。

11)?操作系统选择不当

目前，仍有相当数量的操作系统采用Windows操作系统，由于其安全性和稳定性的不足，将给电力生产带来极大的安全隐患。

12)?现行的电力管理体制与变电站自动化系统关系问题

变电站自动化系统的建设，使得继电保护、远动、计量、变电运行等各专业相互渗透，传统的技术分工、专业管理已经不能适应变电站综合自动化技术的发展，变电站远动与保护专业虽然有明确的专业设备划分，但其内部联系已经成为不可分割的整体，一旦有设备缺陷均需要两个专业同时到达现场检查分析，有时会发生扯皮推诿责任的情况，造成极大的人力资源浪费，而且两专业衔接部分的许多缺陷问题成为“两不管地带”，不利于开展工作。

13)?运行维护人员水平不高的问题

解决好现行的变电站自动化系统管理体制和技术标准等问题的同时,还要培养出一批高素质的专业队伍。

要想维护、管理好变电站自动化系统，首先要成立一只专业化的队伍，培养出一批能跨学科的复合型人才，加宽相关专业之间的了解和学习。

其次，变电站自动化专业的划分应尽快明确，杜绝各基层单位“谁都管而谁都不管”的现象。变电站自动化专业的明确，对于加强电网管理水平，防止电网事故具有重大意义。

综上是作者对变电站综合自动化的一点认识及理解，有不正之处，希大家批评指正。?

参考文献

[ 1]?丁书文 ， 黄训诚 ， 胡起宙 ， 变电站综合自动化原理及应用 ， 中国电力出版社 ， 2002

[2]?黄益庄，变电所综合自动化技术， 中国电力出版社 ， 2000

作者简介：

1 、张绿洲 (1975 — ) ，男，工程师，现主要从事变电运行工作

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