（国网铜陵供电公司）
1绪论
变电站是电力系统的一个重要环节，其安全优质经济运行要求变电站实行综合的调度控制和管理的自动化。变电站综合自动化系统是由多个子系统组成的有机整体，缺一不可，它将变电站的继电保护、控制、测量、信号和远动等综合为一体，是一项涉及范围广、实现难度大的系统工程。变电站实现综合自动化，由计算机完成运行监视、控制、保护、正常操作和顺序事件记录等功能,由通讯网络实现信息交换,近年来已成为提高变电站自动化水平的发展方向。变电站能否正确运行关系到整个生产的运行和安全问题。因此变电站的监控和保护具有十分重要的意义。
1.1 变电站自动化的基本概念
变电站综合自动化系统是一项多专业性综合技术，是电网运行管理中的一次变革。它是将变电站的二次设备(包括控制、测量、保护、自动装置及远动装置等)经过功能组合和优化设计，利用计算机技术、现代通信技术，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调及微机保护的一种综合性的自动化系统。
1.2 变电站自动化的现状和发展趋势
国外变电站综合自动化系统的研究工作始于70年代，最早是用微机型远动装置代替布线逻辑型的远动装置;同时供配电系统监控系统的功能在扩大，供电网的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展。 国内供配电系统微机保护及综合自动化的研究始于80年代中期，但真正意义上的综合自动化系统的研究还刚起步，在实际工程应用中还存在很多问题，主要表现在:缺乏统一化、全局化的系统设计，以一种“拼凑”功能的方式构成系统，使整个系统性能指标不高，部分功能及系统指标无法实现;功能重复建设，增加了投资，使现场造成复杂性，影响系统的可靠性;工程设计缺乏规范性的要求，从而导致各系统的联调时间长，对将来的维护及运行都带来了极大的不便，进而影响了变电站自动化系统的投入率。
目前国内供配电系统自动化工作正处于飞速发展、蒸蒸日上阶段。但目前的自动化水平还远远不能满足要求，我们还必须考虑电力系统自动化今后的发展趋势。根据对国内有关此方面材料介绍及调查所掌握的情况，供配电系统自动化今后应向综合化方向发展，即所谓供配电系统微机保护及综合自动化。
随着新技术的不断发展，数字化变电站正在兴起。与传统变电站相比，数字化变电站具有以下优势:减少二次接线，提升测量精度，提高信号传输的可靠性，避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题，解决设备间的互操作问题，变电站的各种功能可共享统一的信息平台，避免设备重复，自动化运行和管理水平进一步提高，数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向。
2 变电站自动化系统构成及设计总体要求和原则
2.1 变电站自动化系统构成及功能
变电站综合自动化系统是以通信网络为基础，由变电站数据采集系统和变电站控制保护系统构成。每个系统又由许多功能完全独立的子系统组成，用一台(或几台)工业控制机作为主机来统一管理全站各子系统。各子系统通过通信端口，按一定的协议进行通信，从而连接成一个完整的计算机局域网，在这个网络中，任何一个子系统既可独立运行又有相互连锁，构成了一个相互依托、有机结合的整体。
2.1.1 变电站数据采集系统
主要实现处理模拟量测量值、信号及测量、保护和调整功能的整定值;完成电网在线计算、存储、统计、分析报表，远传和保护电能质量的自动监控调整工作。系统一般包括: (1) 微机数据通信监控装置。一般有实现网络上不同设备之间的数据交换、完 成全站数据汇总并调度系统按标准通信规约进行联网等功能。 (2) 人机接口 (HMI) 及其监控软件。一般有数据采集与显示、电能计量、实时电网安全控制功能;有强大的交互式图形功能，提供电网系统画面及信号显示，提供各种单线图、波形图、实时图、历史图以及趋势图;有事件记录、报警、事故跳闸过程参数自动记录和自动录波、事故按时排序、事故处理提示、快速事故处理、报表及打印输出功能;数据分析功能，协波分析及各种用于分析的工具软件包。
2.1.2 变电站控制保护系统
主要实现随时在线监视正常运行情况的运行参数及设备运行状况;自检、自诊断设备本身的异常运行;发现电网设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警并相应的闭锁出口动作，以防事态扩大;电网出现事故时快速采样、判断、决策，迅速消除事故，使故障限制在最小范围内。系统一般包括: (1) 微机线路保护:有定时限与反时限电路保护、电流速断保护、接地保护、电压偏移保护、过频与欠频保护以及录波等功能; (2) 微机变压器保护:有高低压侧定时限与反时限电流保护、电流速断保护、高低压侧零序电流保护、过电压与欠电压保护、过热保护、接地保护，还有轻瓦斯报警、 重瓦斯跳闸以及温度保护等功能; (3) 微机电容器保护:有定时限与反时限电流保护、电流速断保护、中性点电流不平衡保护、过电压与欠电压保护、零序电压保护、还有电抗器瓦斯动作联锁跳闸、电容器组自动投切以及自动调整等功能。
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2.1.3 通信网络系统
网络拓扑型式主要采用总线型式，也有采用环形或星型。一般来说环形和星形网络要较总线型网络更安全可靠，但总线型的网络结构更为简单，易于实现;根据变电站综合自动化得规模、功能、通信速率要求，网络型式一般可以采用 Modbus、Canbus、Profibus 或 Ethernet 等;对于通信协议不同得网络型式也不同，主要有令牌环协议 (IEEE802.5)、FMS 协议， TCP/IP 协议，与自动化仪表兼容得 hart协议等，现场总线网络接口大多采用 RS485 接口，也有部分采用 RS232、RS422等接口;对于小型的网络其通信介质一般选用细同轴电缆(细缆)，而较为大型、通信速率要求较高的网络可选用粗同轴电缆(粗缆)，当网络规模较小且采用星型拓扑时，较多采用非屏蔽双绞线 (UTP) 作为网络的通信介质，对于要求高或网络传输距离较远的场合越来越多的采用光缆。
2.2 变电站自动化系统设计总体要求
设计变电站综合自动化系统应满足以下要求: (1) 采用先进的继电保护和自动控制技术, 满足电网及变电站安全稳定运行的要求, 装置具有很高的可靠性; (2) 满足集中监视和控制的要求, 尽可能提供变电站内来自电气一次及二次设备的各种信息, 提高保护和控制功能的辨别能力,满足电网监控和管理信息化、智能 化的要求; (3) 简化一次回路, 节省电缆; (4) 保护测控装置可以灵活安装; (5) 具有良好的抗电磁干扰能力; (6) 利用网络通信, 高速、安全、可靠地传输数据; (7) 以实现无人值班为目标, 可快速进行控制和操作; (8) 可扩充, 方便维护, 最大限度减少扩建工作和投资, 降低维护费用。
2.3 变电站自动化系统设计的原则
(1) 变电站自动化系统作为电网调度自动化的一个子系统，应服从电网调度自动化的总体设计，其配置、功能包括设备的布置应满足电网安全、优质、经济运行以及信息分层传输、资源共享的原则。
(2) 分散式系统的功能配置宜采用下放的原则，凡可以在间隔层就地完成的功能如保护、备用电源自投、电压控制等，无须通过网络和上位机去完成。
(3) 对于无人值守的变电站，有一个现场维护、调试和应急处理的问题，因此设计时应考虑远方与就地控制操作并存的模式。
(4) 站内自动化及无人值班站的接入系统设计应从技术上保证站内自动化系统的硬件接口满足国际标准，系统的支撑软件符合 ISO(International Organization for Standardization) 开放系统规定，系统的各类数据、通讯规约及网络协议的定义、格式、编程、地址等与相应的电网调度自动化系统保持一致，以适应电力工业信息化的发展要求。
(5) 要积极而慎重地推行保护、测量、控制一体化设计，确保保护功能的相对独立性和动作可靠性，分布式系统的事故顺序记录 SOE 分辨率可通过保护单元来实现，保护、测量、控制原则上可合用电压互感器 (TV) ，对电量计费、功率总加等有精度要求的量可接量测电流互感器( TA) ，供监测用的量可合用保护 TA 。
(6) 变电站自动化系统设计中应优先采用交流采样技术，减轻TA ，TV 的负载，提高测量精度，简化控制屏，由计算机承担信号监视功能，使任一信息做到一次采集、多次使用，提高信息的实时性、可靠性，节省占地空间，减少屏距，二次电缆和设计、安装、维护工作量。
3 变电站自动化系统设计具体方案
3.1变电站自动化系统结构设计
本套变电站综合自动化系统按无人值班站设计, 采用面向间隔的分层分布式模块化结构, 扩展方便，系统具有很好的可扩展性和维护性，适合在各种电压等级的变电站中应用，而且在高压变电站中应用将合理，经济效益更好，最大限度地压缩了二次设备及电缆，节省投资，整个系统分为2 层: 站级层和间隔层。
(1) 间隔层的构成及功能
间隔层由各种保护装置和智能设备构成，他们都具有 485 接口。主变保护屏、 线路保护屏、母差保护屏等保护装置通过屏蔽双绞线接入智能通讯装置。他们主要 完成各种模拟量的采集，比如电压、电流、有功电度、无功电度等;遥信量的采集， 比如断路器位置、地刀位置、变压器温度等和完成各种保护控制功能。
(2) 变电站层的构成及功能
变电站层由一台工程师站和一台后台监控机构成了双机热备的后台结构，通过网络交换机与以太网相连。后台监控机负责与通讯管理机的数据交换，并对数据进行处理和分析，并根据需要存储历史数据接收工作站的指令，根据工作站的要求传 送实时数据和历史数据。同时还提供系统的网络管理功能。
3.2 变电站自动化系统功能
3.2.1 监控系统的功能
监控系统应取代常规的测量系统，取代指针式仪表;改变常规的操作机构和模拟盘，取代常规的告警、报警、中央信号、光字牌等;取代常规的远动装置等等。其功能应包括数据采集；事件顺序记录；故障记录、故障录波和测距；操作控制功能；安全监视功能；人机联系功能；打印功能；数据处理与记录功能；谐波分析与监视。
3.2.2 微机保护系统的功能
微机保护应包括全站主要设备和输电线路的全套保护，具体有: ①高压输电线路的主保护和后备保护; ②主变压器的主保护和后备保护; ③ 无功补偿电容器组的保护; ④ 母线保护; ⑤ 配电线路的保护; ⑥ 不完全接地系统的单相接地选线。
3.2.3 电压、无功综合控制系统的功能
变电站综合自动化系统必需具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。电压和频率是电能质量的重要指标，因此电压、无功综合控制也是变电站综合 自动化系统的一个重要组成部分。
4 结论
变电站自动化系统是在变电站常规二次系统的基础上发展起来的，对其实现保护微机化、功能综合化、操作计算机化，可提高变电站的安全、经济运行水平。并且使其提高供电可靠性、提高服务质量和提高工作效率。
论文作者:丁金多,佘世洲,汪霄祥,谢铖
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/13
标签：变电站论文; 功能论文; 自动化系统论文; 系统论文; 电网论文; 微机论文; 网络论文; 《电力设备》2017年第32期论文;