变电站综合自动化技术
摘要：计算机技术的发展，推动了电力系统计算机自动化技术的发展，变电站综合自
化技术也日趋完善。本论文根据目前电力系统变电站综合自动化技术现状，从其设计原理、结构模式、功能及其发展基础上对变电站综合自动化系统进行分析和描述。并对今后的发展趋势做了总结，提出意见。
关键词：变电站 综合自动化 结构模式 基本过程 功能 发展趋势
变电站综合自动化系统是一种以计算机为主、将变电站的
一、二次设备经过功能组合形成的标准化、模块化、网络化的计算机监控系统。变电站综合自动化，是将变电站的二次设备经过功能的重新组合和优化设计，利用先进的计算机技术、自动化技术和通信技术，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、控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。
一、变电站综合自动化的结构模式
变电站综合自动化系统的结构模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式。
（一）集中式结构
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。集中式结构也并非指只由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的，只是每台微型计算机承担的任务多些。例如监控机要担负数据采集、数据处理、断路器操作、人机联系等多项任务；担负微机保护的计算，可能一台微机要负责多回低压线路的保护等。
（二）分布式结构
该系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。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，局部故障不影响其它模块正常运行。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、低压变电站。
（三）分布分散（层）式结构
分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。
该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。
二、变电站综合自动化系统设计原理
（一）变电站综合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，设计思想应采用以调度为中心的原则。其配置、功能及设备的配置应满足电网安全、优质、经济运行以及信息分层传输、资源共享的原则。
（二）分散式系统的功能宜采用下放得原则，凡可以在间隔层就地完成的功能无须通过网络和上位机去完成。
（三）按我国实际情况，目前大部分地区的变电站还不大可能实现完全的无人值守。因此，设计时应考虑远方与就地控制操作并存的模式。
三、实现变电站综合自动化的基本过程
（一） 数字量的输入与输出
（二） 模拟量的输入与输出
（三） 交流采样常用算法分析
（四） 数据通信
四、变电站综合自动化系统技术功能
（一） 监控子系统
（二） 继电保护子系统
（三） 电压、无功综合控制子系统
（四） 电力系统的低频减负荷控制子系统
（五） 备用电源自投控制子系统
（六） 通信子系统
五．发展趋势
变电站的综合自动化系统取得了良好的应用效果，但也有不足之处，主要体现在：
（一） 一次和二次之间的信息交互还是延续电缆的接线模式，成本高，施工、维护不便。
（二） 二次的数据采集部分大量的重复，浪费资源。
（三） 细心标准化不够，信息共享度低多套系统并存，设备之间、设备与系统之间联系困难，形成信息弧岛，信息难以被综合应用。
（四） 发生事故时，会出现大量的事件警告信息，缺乏有效地过滤机制，干扰值班运行人员对故障的正常判断。
因此，变电站的综合自动化技术的发展赢采用
（一） 保护监控一体化
这种方式在35kV及以下的电压等级中已普遍采用，今后在110kV及以上的线路间隔和主变三侧中采用此方式也已是大势所趋。它的好处是功能按一次单元集中化，利于稳定的进行信息采集以及对设备状态进行控制，极大地提高了性能效率比。其目前的缺点也是显而易见的:此种装置的运行可靠性要求极高，否则任何形式的检修维护都将迫使一次设备的停役。可靠性、稳定性要求高，这也是目前110千伏及以上电压等级还采用保护和监控分离设置的原因之一。随着技术的发展，冗余性、在线维护性设计的出现，将使保护监控一体化成为必然。
（二） 人机操作界面接口统一化、运行操作无线化
无人无建筑小室的变电站，变电运行人员如果在就地查看设备和控制操作，将通过一个手持式可视无线终端，边监视一次设备边进行操作控制，所有相关的量化数据将显示在可视无线终端上。
（三） 防误闭锁逻辑验证图形化、规范化、离线模拟化
在220kV及以上的变电站中，随着自动化水平的提高，电动操作设备日益增多，其操作的防误闭锁逻辑将紧密结合于监控系统之中，借助于监控系统的状态采集和控制链路得以实现。而一座变电站的建设都是通过几次扩建才达到终期规模，这就给每次防误闭锁逻辑的实际操作验证带来难题，如何在不影响一次设备停役的情况下模拟出各种运行状态来验证其正反操作逻辑的正确性？图形化、规范化的防误闭逻辑验证模拟操作图正是为解决这一难题而作，其严谨性是建立在监控系统全站的实时数据库之上的，使防误闭锁逻辑验证的离线模拟化成为可能。
（四） 就地通讯网络协议标准化
强大的通讯接口能力，主要通讯部件双备份冗余设计（双CPU、双电源等），采用光纤总线等等，使现代化的综合自动化变电站的各种智能设备通过网络组成一个统一的、互相协调工作的整体。
（五） 数据采集和一次设备一体化
除了常规的电流电压、有功无功、开关状态等信息采集外，对一些设备的在线状态检测量化值，如主变的油位、开关的气体压力等等，都将紧密结合一次设备的传感器，直接采集到监控系统的实时数据库中。高技术的智能化开关、光电式电流电压互感器的应用，必将给数据采集控制系统带来全新的模式。
变电站综合自动化系统是近10多年发展起来的多专业综合技术，是变配电系统的一次革命。随着中国国民经济持续快速发展，社会对电力的需求与日俱增，各行各业对电力质量的要求越来越高，各种智能技术的普遍应用，使得变电站自动化管理和无人值守已是一种必然趋势和必然选择。对常规人工控制为主的传统变电站，实施以微机监控为主的综合自动化系统建设，是新时期开创我国电力系统优质、安全、经济运行和全面提升电力自动化水平重大的举措，对巩固和加强电能在中国能源结构中的主导和战略地位，都具有十分迫切和深远意义。
参考文献
(1) 张惠刚.变电站综合自动化原理与系统.北京：中国电力出版社
(2) 林栩栩、陆继明.变电站综合自动化技术的发展.北京：中国电力出版社 (3) 变电站综合自动化系统的最新应用
