摘要：本文简要介绍了我局综合自动化变电所系统的应用概况，并对综合自动化变电所监控系统的基本概念和系统结构，并对通讯方式以及能实现的基本功能进行分析。
关键词：变电所综合自动化系统；结构；功能
一、 引言
电网是一个不可分割的整体，对整个电网的一、二次设备信息进行综合利用，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。变电所综合自动化是一项提高变电所安全、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，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。发展和完善变电所综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。近几年随着我局综合自动化变电所的大量应用对变电所自动化系统从系统结构、功能等方面进行了浅析。
二、 系统结构
目前从国内、外变电所综合自动化的开展情况而言，大致存在以下几种结构：
1、分布式系统结构
按变电所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方式不同，分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。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。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。由后台系统、总控单元及遥测装置、遥信装置、遥控装置组成，并集中组屏安装。交流采样，完善的监视测量功能，高级应用功能有所增强。但可扩展功能不强，控制功能较弱，主要用于110KV及以下电压等级变电所。 该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电所。分布式变电所综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。
2、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，集中采集变电所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。其中总控单元即主单元。作为中央通信控制器，核心，主要负责与各数据采集单元及当地监控之间的信息交互，接收并处理各数据采集单元送来的信息，并转发至当地监控主机和远方调度。同时，将当地监控主机和远方调度下发的命令下达给各数据采集单元。此外，它用于完成微机保护、自动装置等智能电子装置的通信。此结构根据变电所的规模，配置相应容量的集中式监控主机及数据采集系统，它们安装在变电所的主控制室内。主变压器和各进出线及所内所有电气设备的运行状态，由电压互感器、电流互感器的二次侧回路经过控制电缆传送到主控制室的保护装置和监控装置，再送入监控主机。继电保护的动作信息往往是取自保护装置的信号继电器触点，同样通过电缆送到监控主机。 目前国内许多厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足：
1）前置管理机任务繁重、引线多，降低了整个系统的可靠性，若前置机故障，将失去当地及远方的所有信息及功能。
2）软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。
3）组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电所，软、硬件都必须另行设计，工作量大并且扩展一些自动化需求的功能较难。
3、分层分布式结构
按变电所的控制层次和对象设置全所控制级——所控层(所级测控单元)和就地单元控制级——间隔层(间隔单元）的二层式分布控制系统结构。所控层为全所设备监视、测量、控制、管理的中心，所控层与间隔层可通过光缆或双绞线直接连接，也可通过前置层设备连接。其组成，提供所内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备等功能，形成全所监控、管理中心，并可通过远动通信设备与监控中心及调度中心通信。间隔层按照不同的电压等级和电气间隔单元，以相对独立的方式分散在各个继电小室中，能独立完成间隔层设备的就地监控功能，应有适当的数据处理、逻辑判断、安全检测等功能。间隔层由工控网络／计算机网络连接的测控装置、通信接口单元及间隔层网络设备组成。设备布置类型主要有：集中组屏结构、分散与集中相结合（局部分散）结构及全分散结构 ，系统结构的最大特点是将变电所自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。
这种结构相比集中式处理系统具有以下优点：
1）可靠性提高，任一部分设备故障只影响局部，即将“危险”分散，当所级系统或网络故障，只影响到监控部分，而最重要的保护、控制功能在段级仍可继续运行；段级的任一智能单元损坏不应导致全所通信中断，比如长期霸占全所通信网络。
2）可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。
3）所内二次设备所需的电缆大大减少，节约投资也简化了调试维护。
三、常见通讯方式
目前国内常采用以太网通讯方式，在以太网出现之前，无论RS-232C、EIA-422/485都无法避免通信系统繁琐、通讯速度慢的缺陷。现场总线的应用部分缓解了变电所自动化系统对通信的需求，但在系统容量较大时依然显得捉襟见肘，以太网的应用，使通讯问题迎刃而解。常见的通讯方式有：
1） 双以太网、双监控机模式，主要是用于220-500kV变，在实现上可以是双控机+双服务器方式，支撑光/电以太网。
2） 单以太网，双/单监控机模式。
3） 双LON网，双监控机模式。
4） 单LON网，双/单监控机模式。
四、变电所自动化系统应能实现的功能
1、 微机保护：是对所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)故障记录
2)存储多套定值
3)显示和当地修改定值
4)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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通信应采用标准规约。
2、 数据采集及处理功能
包括状态数据，模拟数据和脉冲数据
1）状态量采集
开关量输入亦称为状态量输入，其原理是将来自被监控对象的各种无源接点信号经过光电耦合电路隔离后变为二进制信号。测控装置采集的开关量信息可分为以下：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电所一次设备告警信号、事故跳闸总信号、预告信号等。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。开关量输入回路主要由RC滤波电路和光电隔离电路构成。开关量信号通常都采用成组并行输入方式，每组数量一般与DI板CPU字长匹配，即8位、16位或32位。
2)模拟量采集
在变电所内的模拟量主要有三种类型：一是工频变化的交流电气量，如交流电压、交流电流等；二是变化缓慢的直流电气量，如直流系统电压、电流等；三是变化缓慢的非电气量，如温度等。这些模拟量都是随时间连续变化的物理量。由于CPU只能识别数字量，因此模拟量信号必须通过模拟量输入模件转换成相应的数字量信号后才能输人到CPU中进行处理。不同类型的模拟量采样方式各不相同，一般可分为直流采样和交流采样。直流采样就是将交流模拟量经相应的变送器，如电压、电流、功率、频率变送器等，先转换成相应的模拟直流电压信号，然后再经A/D转换成相应的数字量。A/D转换器是模拟量输入通道中的核心环节，其任务是将连续变化的模拟量信号转换为CPU可以接收和处理的数字信号。根据工作原理不同，A/D转换器主要有以下几种类型：逐位比较（逐次逼近）型、积分型、计数型、并行比较型、电压－频率型（V/F）等。在选用A/D转换器时，应根据使用场合具体要求，按照转换速度、精度、功能、价格以及接口条件等因素来决定选用哪种类型。
3)装置事件信息
事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。事件信息是指除了开入量接点遥信以外的“软遥信”。间隔层测控装置内部产生的事件信息主要有两类：一类是间隔层装置在内部自检过程中产生的告警信号，如CPU、RAM出错等；另一类是间隔层装置对已采集到的外部信息（包括模拟量信息和状态量信息）进行二次逻辑判断后产生的事件信息。如根据保护动作信号和开关跳闸信号判断产生的事故总信号、根据设备联闭锁关系判断产生的一次设备操作允许/禁止信号等。
保护测控装置的事件信息除以上介绍的类型外，还有一般事件信息和保护动作信息。一般事件信息是指微机保护装置在保护未启动情况下产生的动作事件，用带时标的遥信信息表示，一般用4字节的绝对时标来标注动作时间。保护动作事件信息指微机保护装置在保护启动到保护复归期间所有的保护动作事件，采用具有相对时间的带时标的报文格式表示，该事件信息除了动作时间外，还包含有相对于保护启动的延迟时间、故障序号等。
4、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，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。
5、防误闭锁功能
防误闭锁功能是间隔层装置的重要功能之一。其主要作用是在隔离开关和接地刀闸控制过程中，与被控制对象在拓扑关系上相关的其他断路器、隔离开关、接地刀闸、电容器网门等设备的状态应参与控制命令的允许或闭锁，以杜绝带负荷拉闸、带接地线合电源等误操作的情况发生，保证操作人员的安全。
变电所监控系统联闭锁功能的设定原则为：不影响正常的控制功能的实现；断路器作为非明显断开点处理；主变各侧接地刀闸和变压器闸刀相互闭锁等等。
早期的测控装置仅具备本间隔内部刀闸间的防误闭锁功能，而不具备不同间隔一次设备之间的防误闭锁功能；后期产品在总控单元的共同参与下可以实现间隔层的全所防误闭锁功能。目前主流测控设备大都采用了以太网通讯方式，各装置节点通过以太网互相通讯和交换设备状态信息，完全可以实现实现间隔层的全所防误闭锁功能。新一代的测控装置一般都具有联锁组态工具，闭锁逻辑关系通常通过参数化配置文件的修改和下装来实现。
6、系统自诊断功能
系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能，方便维护与维修，可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置。
7、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，该功能可在变电所当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。
8、人机联系系统的自诊断功能
系统内各插件应具有自诊断功能，自诊、断信息也像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与远方控制中心的通信。
9、本功能在常规远动“四遥”的基础上增加了远方改整定保护定值、故障录波与测距信号远传等，其信息量远大于传统远动系统。还应具有同调度中心对时，统一时钟功能和当地运行维护功能。
五、结语
通过以上分析，可以看到变电所综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化，提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用，它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件环境的改善，它的优越性必将进一步体现出来。
参考文献
[1]杨奇逊.变电所综合自动化技术发展趋势.《电力系统自动化》
[2]王海猷,贺仁睦.变电所综合自动化监控主所的系统资源平衡.《电网技术》
作者简介
陈蕾（1978-11-4），女，汉，籍贯：浙江安吉，学历：本科，研究方向：继电保护及自动化。
论文作者:陈蕾
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/6/28
标签：变电所论文; 功能论文; 系统论文; 间隔论文; 装置论文; 信号论文; 信息论文; 《电力设备》2017年第7期论文;