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2变电站综合自动化系统的结构形式
1.2
变电站综合自动化系统的设计原则
近年来由于计算机技术和通信技术迅猛发展，变电站综合自动化系统的技术水平有了很大的提高，体系结构也不断改进，目前已有不少变电站实现了不同程度的自动化，也有不少高校、研究单位和制造厂投入到变电站综合自动化系统的研究和制造工作中，对它的设计原则、要求和看法，也积累了不少成功的经验。 为了达到变电站综合自动化的总目标，自动化系统应满足一下要求。 （1）变电站综合自动化系统应能全面代替常规的二次设备。综合自动化系统应集变电站的继电保护、测量、监视、运行控制和通信于一个分级分布式的系统中，此系统由多个微机保护子系统、测量子系统、各种功能的控制子系统组成，应能代替常规的继电保护、仪表、中央信号、模拟屏、控制屏和运行控制装置，才能提高变电的技术水平和可靠性。
（2）变电站微机保护的软、硬件设置既要与监控系统相对独立，又要相互协调。微机保护是综合自动化系统中很重要的关键环节，因此其软、硬件配置要相对独立，即在系统运行中，继电保护的动作行为仅与保护装置有关，不依赖于监控系统的其他环节，保证综合自动化系统中，任何其他环节故障只影响局部功能的实现，不影响保护子系统的正常工作。但与监控系统要保持紧密通信联系。 （3）微机保护装置应具有串行接口或现场总线接口，向计算机监控系统或RTU提供保护动作信息或保护定值等信息。
（4）变电站综合自动化系统的功能和配置，应满足无人值班的总体要求。随着我国电力工业进入大电网、大机组的时代，无人值班变电站的实施已成为电网调度自动化深入发展的必然趋势，是电网调度管理的发展方向。传统的四遥装置，无论从可靠性、测量精度、传输速率和技术水平等方面，都不能满足现代化电网调度、管理的要求。变电站综合自动化系统的功能设计，要从电力系统的安全、稳定运行、提高经济效益等综合指标和提高电网基础自动化水平的综合要求出发，其软、硬件的配置必须考虑具备与上级调度通信的能力，必须具备RTU的全部功能，以便满足和促进变电站无人值班的实施。
（5）有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。
（6）必须保证综合自动化系统具有高的可靠性和强的抗干扰能力。变电站安全运行是变电站设计的基本要求，为此，在考虑系统的总体结构时，要注意主、次分清。对关键环节，要有一定的冗余。综合自动化系统中的各个子系统要相对
独立，一旦系统中某部分出现故障 应尽量缩小故障影响的范围并能尽快修复故 障。为此，各子系统应具有独立的故障自诊断和自恢复功能，任一部分发生故障时，应通知监控主机发出警告指示，并能迅速将自诊断信息送往控制中心。 （7）系统的可扩展性和适应性要好。随着我国经济建设的发展，每年有不少新建变电站要设计、建设和投产，它们需要有技术先进、功能齐全、性能价格比高的自动化系统提供选用。此外，每年有大量各式各样的老站需要改造，这些老站由于其投资水平不同，在系统中的地位和原来采用的设备以及基础各不相同，因此要求自动化设备应能根据变电站不同的要求，组成不同规模和不同技术等级的系统。
（8）系统的标准化程度和开放性能要好。研究新产品时，应尽量符合国家或部频标准，使系统开放性能好，也便于升级。
（9）必须充分利用数字通信的优势，实现数据共享。数据共享应该是综合自动化系统发展的趋势，只有实现数据共享，才能简化自动化系统的结构，减少设备的重复，才能降低造价。
（10）变电站综合自动化系统的研究和开发工作，必须统一规划，统一指挥。变电站综合自动化系统是一项技术密集，涉及面广、综合性很强的基础自动化工程。在研究、开发和应用过程中，各专业要互相配合，避免各自为战，整个系统才能协调工作，对系统的信息才能集中管理和共享，避免不必要的重复和相互的干扰。
1.3 综合自动化系统的硬件结构
变电站综合自动化系统的发展过程与集成电路技术、微计算机技术、通信技术和网络技术密切相关。随着这些高科技的不断发展，综合自动化系统的体系结构也不断发生变化，其性能和功能以及可靠性等也不断提高。从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分层分布式、和全分散式等三种类型。
2.2.1 集中式的结构形式
集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关俩个和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能，集中式结构也并非指由一天计算机完成保护、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卫星计算机完成的，只是每台微计算机承担的任务多些。例如监控机要负担数据采集、数据处理、开关操作、人机联系等多项任务：担负微机保护的计 算机，可能一台微机要负责几回低压线路的保护
等。随着微处理器的发展、微型计算机的性能价格比迅速优于小型机后，才开始发展以微处理器为核心的变电站自动化系统。 监 控 主 机 各种保护装置 模入接口 开入接口 输出接口 A/D模块 输入接口 主断保模断路器继电 线变路护拟和隔离保护 路压器出量开关状信息 TV 器分口 输态输入 输入 TA TV 入 开 TA 状 态 图 2.1 集中式结构的综合自动化系统框图 监控主机及数据采集系统，它们安装在变电站中央控制室内。
主便延期和各进出线及站内所有电器设备的运行状态，通过TA、TV经电缆传送到忠言控制室的保护装置和监控主机。继电保护动作信息往往是取保护装置的信号继电器的辅助触点，通过电缆送给监控主机。
这种系统的主要功能即特点是：
1）能实时采集变电站中各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和
实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。
2）完成对变电站主要设备和进出线的保护任务 3）集中式结构紧凑、体积小、可大大减少占地面积。 4）造价低，尤其是对35kV或规模较少的变电站更为有利。 集中式结构最大的缺点是：
1）每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面打，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。
2）集中式结构，软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦。
3）组态不灵活，对不同主线或规模不同的变电站，软硬件都必须另行设计，工作量大，因此影响了批量生产，不利于推广。
调度中遥信控制器 输出接口 出口继电器 这种集中式的结构式更具变电站的规模，配置相应容量的集中式保护装置和
4）集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运 行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。
2.2.2分层分布式的机构形式
在分层分布式结构的变电站综合自动化系统中，将整个变电站的一次、二次设备分为3层，即变电站层、间隔层、和设别层。在所分的3层中，变电站层称为2层，间隔层为1层，设备层位0层。每一层由不同的设备或不同的子系统组成，完成不同的功能。图2.2所示为变电站一、二次设备分层结构示意图。
设备层主要指变电站内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，也包括电流互感器、电压幅干起等一次设备。
间隔层一般按断路器间隔来划分，具有测量、控制部件或继电保护部件。测量、控制部分完成该单元的测量、监视、操作控制、联锁及事件顺序记录等功能；保护部分完成该单元线路或变压器或电容器的保护、故障记录等功能。因此，间隔层本身是由各种不同的单元装置组成的，这系统独立的单元装置直接通过局域网络或串行总线与变电站层联系；也可能设有数采管理机或保护管理机，分别管理各测量、监视单元和各保护单元，然后集中由数采管理机和保护管理机与变电站层通信。间隔层本身实际上就是两级系统的结构。
变电站层包括站级监控主机、远动通信机等。变电站层设现场总线或局域网，供各主机之间和监控主机与间隔层之间交换信息。变电站综合自动化系统主要位于1层和2层。
变电站层的有关自动化设备一般安装于控制室，而单元层的设备宜安装于靠
近现场，以减少控制电缆长度。至现场通信技术在变电站的成熟使用前，单元层的设备仍宜安装在变电站控制室，从而形成了分层分布是系统集中组屏的机构。 分层分布式系统集中组屏结构的变电站综合自动化系统有特点如下： 1）分层分布式的配置
为了提高综合自动化系统整体的可靠性，系统采用按功能划分的分布式多CPU系统。系统的功能单元包括：各种高低压线路保护单元；电容器保护单元；主变压器保护单元；备用电源自投控制单元；低频减负荷控制单元；电压无功控制单元；数据采集与处理单元；电能计量单元等等。每个功能单元基本上由一个CPU组成，多数CPU采用单片机。主变压器保护等少数功能单元由多个CPU完成。这种按功能设计的分散模块化结构具有软件相对简单、调试维护方便、组态灵活、系统整体可靠性高等特点。 变 电
监控主机 远东主机