摘要： 变电站综合自动化即要实现对变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及调度通信等综合自动化功能。随着计算机技术、网络通信技术和微电子技术的发展，变电站综合自动化在电力系统和厂矿企业已获得了广泛的应用，它替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。实际的生产运行表明，变电站综合自动化保护系统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。
关键词： 变电站 自动化 微机保护 电力系统 监控系统
近年来，随着中国电力工业的发展，以及计算机、通信技术的不断进步，变电站综合自动化系统迈入了实用化的阶段。作为提高电能产品质量的技术手段之一，保证了电力生产向着高质量、高效益的方向发展。变电站综合自动化系统取代传统的变电所二次系统已成为当前电力系统发展的趋势。
1 常规变电所现状
常规变电所的二次系统主要由继电保护、就地监控、远动装置和录波装置所组成。在实际应用中，是按继电保护、远动、就地监控、测量、录波等功能组织的相应的有保护屏、控制屏、录波屏、中央信号屏等。每个一次设备，都与这些屏有关。因而，每个设备的电流互感器的二次侧都需要分别引到这些屏上；同样，断路器的跳、合闸操作回路也需要连到保护屏、控制屏、远动屏及其他自动装置屏上。此外，对同一个一次设备与之相应的各二次设备(屏)之间，保护与远动设备之间都有许多连线。有些变电站还具有无功电能平衡、系统稳定和限制过电压等装设的同步调相机、并联电容器、并联电抗器、串联补偿装置等。由于各设备安装在不同地点，因而，变电所内电缆线路错综复杂。当前计算机技术、网络通信技术和微电子技术正迅速发展，并已深入各个领域，为进一步了解综合自动化发展方向与对策。深入掌握传统监控系统存在的弊端与缺陷，对现行传统监控系统进行技术改造和分析是非常必要的。
1.1 变电站信息与传统监控系统工作模式
常规的、没有计算机参与的监控系统习惯上称为传统监控系统。变电站的二次设备由监控系统、继电保护和自动、远动装置组成。它对一次系统的各种信息进行采集、处理，并执行对设备的监视、控制、保护和调节，可统称为信息处理系统和功能实现环节，用以保证一次系统及其设备的安全、可靠运行。
1.2 传统监控系统存在的问题
传统的监控系统不可避免地存在以下主要问题：
① 信息变换、检测依靠传统电磁测量仪表、继电器等模拟式设备，测量误差大、设备数量多；不能记录事件发生的准确时间和顺序；仪表、继电器体积大、功耗大，使控制室面积增大，值班人员不易观察、监视。
② 依靠人的感官和判断，对信息接收不可避免地会存在误差，感官与大脑对信息的灵敏度、分辨能力和处理能力有一定限度。对于变化快的信息，以及短时间内处理的信息量很多、超过人的能力限度而来不及反应时，将出现丢失信息或出现差错，导致错误判断和处理。
③ 由于采用强电流信号直接传输，虽然抗干扰性能好，但是通道中功耗大，导致误差增大，传输距离有限(小于1 km)，且用作通道的控制电缆截面大、数量多，又造成一次性投资增高。
④ 二次系统无自检、存储记忆和复读功能，若元器件及仪表继电器本身损坏，不能及时发现、诊断和报警，影响了监控的可靠性，尤其继电保护拒动、误动作，甚至可能酿成重大事故。
⑤ 监控系统水平低，二次系统中信息交换和通信能力差、信息资源无法综合利用、不能进行直观的画面显示，监控系统的整体功能不能有限的发挥。20世纪60年代出现的晶体管型弱电化集控装置，虽对传统监控、保护系统的某些方面有所改进，如采用弱电流、低电压信息流选线控制方法等，使控制室面积减小，并简化二次回路，但未从根本上突破原来的工作模式。因此，要想根本上解决以上缺陷，最根本的方法还是采用变电站微机监控与保护，进而实现变电站综合自动化。
2 变电站综合自动化系统
变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为厂矿企业管理部门所重视，并在一些变电所改造项目中获得成功的应用。
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2.1 变电站综合自动化系统的概念
变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护以及调度通信等综合自动化功能。变电站自动化系统利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏。用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。因此，变电站综合自动化系统是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技技术在变电站领域的综合应用。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。它的应用将为变电所无人值班提供强有力的现场数据采集及控制支持。变电所综合自动化系统的基本配置如图2所示。
2.2 变电站综合自动化的组成
目前从国内外变电站综合自动化的开展情况而言，大致存在分布式、集中式、分层分布式三种结构[4]。
2.2.1分布式系统结构
2.2.2集中式系统结构
2.3 变电站综合自动化系统的功能与特点
反映数字量的微机型保护的出现，在功能上除了满足继电保护选择性、快速性、可靠性、灵敏性基本要求外[4]，还具有以下功能和特点：
① 在线运行的可靠性高。② 通信功能。③ 远方整定功能。④ 保护功能的远方投入和切除。
⑤ 变电所运行管理的自动化水平高。⑥ 维护调试方便。⑦ 为变电站实现无人值班提供了可靠的技术条件。
3 变电站综合自动化保护系统的结构设计
微机保护与传统继电保护的最大区别，就在于不仅有实现继电保护功能的硬件电路，而且还有实现保护和管理功能的软件。其具体功能如下所示：
① 数据采集系统。微机保护中的微机CPU则是处理数字信号的，即进入CPU的信号必须是数字信号。即要求有一个将模拟信号变成数字信号的系统，这就是数据采集系统的任务。
② 微型计算机系统。微机系统是微机保护装置的核心。
③ 输入输出接口电路。是微机保护与外部设备的联系电路，因为输入、输出信号多是开关量信号(即触点的通、断)，所以又称为开关量输入/输出电路。将各种开关量(如保护装置的连接片、屏上切换开关等)通过光电耦合电路输入到CPU，而CPU的处理结果则通过开关量输出电路，驱动中间继电器完成保护的出口跳闸、信号报警。
④ 通信接口电路。每个保护装置都带有标准的通信接口电路，如RS-232、RS-422/485、CAN或Lon-Work等现场通信网络接口电路。
⑤ 人机接口电路。主要包括显示、键盘、各种面板开关、打印与报警等，其主要功能用于调试、整定定值与改变，或人对装置的干预等。
⑥ 供电电源。是微机保护装置的重要组成部分，电源工作的可靠性直接影响着保护装置的可靠性。
参考文献:
1. 王晓芳，向前.对微机综合保护装置的问题探讨[J].湖南电视大学学报，2002(10)：114-116.
2. 孙淑信.变电站微机监测与控制[M].北京：水利电力出版社，2001：55-66.
3. 杨新民，杨隽琳.电力系统微机保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2000：44-50.
作者简介：李忠义：男，1968年3月3日出生，籍贯黑龙江省巴彦县人，1987年6月参加工作，2001年毕业于佳木斯大学，现从事电力维修大队变电所管理工作。
论文作者:李忠义
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
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