第一篇：變電站綜合自動化技術

變電站綜合自動化技術

摘要：計算機技術的發展，推動了電力系統計算機自動化技術的發展，變電站綜合自

化技術也日趨完善。本論文根據目前電力系統變電站綜合自動化技術現狀，從其設計原理、結構模式、功能及其發展基礎上對變電站綜合自動化系統進行分析和描述。并對今后的發展趨勢做了總結，提出意見。

關鍵詞：變電站 綜合自動化 結構模式 基本過程 功能 發展趨勢

變電站綜合自動化系統是一種以計算機為主、將變電站的一、二次設備經過功能組合形成的標準化、模塊化、網絡化的計算機監控系統。變電站綜合自動化，是將變電站的二次設備經過功能的重新組合和優化設計，利用先進的計算機技術、自動化技術和通信技術，實現對全變電站的主要設備和輸配電線路的自動監視、測量、控制和微機保護，以及與調度通信等綜合性的自動化功能。

一、變電站綜合自動化的結構模式

變電站綜合自動化系統的結構模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式。

（一）集中式結構

集中式一般采用功能較強的計算機并擴展其I／O接口，集中采集變電站的模擬量和數量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機監控、微機保護和自動控制等功能。集中式結構也并非指只由一臺計算機完成保護、監控等全部功能。多數集中式結構的微機保護、微機監控和與調度等通信的功能也是由不同的微型計算機完成的，只是每臺微型計算機承擔的任務多些。例如監控機要擔負數據采集、數據處理、斷路器操作、人機聯系等多項任務；擔負微機保護的計算，可能一臺微機要負責多回低壓線路的保護等。

（二）分布式結構

該系統結構的最大特點是將變電站自動化系統的功能分散給多臺計算機來完成。分布式模式一般按功能設計，采用主從CPU系統工作方式，多CPU系統提高了處理并行多發事件的能力，解決了CPU運算處理的瓶頸問題。各功能模塊（通常是多個CPU）之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信，選用具有優先級的網絡系統較好地解決了數據傳輸的瓶頸問題，提高了系統的實時性。分布式結構方便系統擴展和維護，局部故障不影響其它模塊正常運行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統組態結構，較多地使用于中、低壓變電站。

（三）分布分散（層）式結構

分布分散式結構系統從邏輯上將變電站自動化系統劃分為兩層，即變電站層（站級測控單元）和間隔層（間隔單元）。也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層。

該系統的主要特點是按照變電站的元件，斷路器間隔進行設計。將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數據采集、保護和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統代表了現代變電站自動化技術發展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實現了部分故障不相互影響，方便維護和擴展，大量現場工作可一次性地在設備制造廠家完成。

二、變電站綜合自動化系統設計原理

（一）變電站綜合自動化系統作為電網調度自動化的一個子系統，應服從電網調度自動化的總體設計，設計思想應采用以調度為中心的原則。其配置、功能及設備的配置應滿足電網安全、優質、經濟運行以及信息分層傳輸、資源共享的原則。

（二）分散式系統的功能宜采用下放得原則，凡可以在間隔層就地完成的功能無須通過網絡和上位機去完成。

（三）按我國實際情況，目前大部分地區的變電站還不大可能實現完全的無人值守。因此，設計時應考慮遠方與就地控制操作并存的模式。

三、實現變電站綜合自動化的基本過程

（一）數字量的輸入與輸出

（二）模擬量的輸入與輸出

（三）交流采樣常用算法分析

（四）數據通信

四、變電站綜合自動化系統技術功能

（一）監控子系統

（二）繼電保護子系統

（三）電壓、無功綜合控制子系統

（四）電力系統的低頻減負荷控制子系統

（五）備用電源自投控制子系統

（六）通信子系統

五．發展趨勢

變電站的綜合自動化系統取得了良好的應用效果，但也有不足之處，主要體現在：

（一）一次和二次之間的信息交互還是延續電纜的接線模式，成本高，施工、維護不便。

（二）二次的數據采集部分大量的重復，浪費資源。

（三）細心標準化不夠，信息共享度低多套系統并存，設備之間、設備與系統之間聯系困難，形成信息弧島，信息難以被綜合應用。

（四）發生事故時，會出現大量的事件警告信息，缺乏有效地過濾機制，干擾值班運行人員對故障的正常判斷。

因此，變電站的綜合自動化技術的發展贏采用

（一）保護監控一體化

這種方式在35kV及以下的電壓等級中已普遍采用，今后在110kV及以上的線路間隔和主變三側中采用此方式也已是大勢所趨。它的好處是功能按一次單元集中化，利于穩定的進行信息采集以及對設備狀態進行控制，極大地提高了性能效率比。其目前的缺點也是顯而易見的:此種裝置的運行可靠性要求極高，否則任何形式的檢修維護都將迫使一次設備的停役?？煽啃?、穩定性要求高，這也是目前110千伏及以上電壓等級還采用保護和監控分離設置的原因之一。隨著技術的發展，冗余性、在線維護性設計的出現，將使保護監控一體化成為必然。

（二）人機操作界面接口統一化、運行操作無線化

無人無建筑小室的變電站，變電運行人員如果在就地查看設備和控制操作，將通過一個手持式可視無線終端，邊監視一次設備邊進行操作控制，所有相關的量化數據將顯示在可視無線終端上。

（三）防誤閉鎖邏輯驗證圖形化、規范化、離線模擬化

在220kV及以上的變電站中，隨著自動化水平的提高，電動操作設備日益增多，其操作的防誤閉鎖邏輯將緊密結合于監控系統之中，借助于監控系統的狀態采集和控制鏈路得以實現。而一座變電站的建設都是通過幾次擴建才達到終期規模，這就給每次防誤閉鎖邏輯的實際操作驗證帶來難題，如何在不影響一次設備停役的情況下模擬出各種運行狀態來驗證其正反操作邏輯的正確性？圖形化、規范化的防誤閉邏輯驗證模擬操作圖正是為解決這一難題而作，其嚴謹性是建立在監控系統全站的實時數據庫之上的，使防誤閉鎖邏輯驗證的離線模擬化成為可能。

（四）就地通訊網絡協議標準化

強大的通訊接口能力，主要通訊部件雙備份冗余設計（雙CPU、雙電源等），采用光纖總線等等，使現代化的綜合自動化變電站的各種智能設備通過網絡組成一個統一的、互相協調工作的整體。

（五）數據采集和一次設備一體化

除了常規的電流電壓、有功無功、開關狀態等信息采集外，對一些設備的在線狀態檢測量化值，如主變的油位、開關的氣體壓力等等，都將緊密結合一次設備的傳感器，直接采集到監控系統的實時數據庫中。高技術的智能化開關、光電式電流電壓互感器的應用，必將給數據采集控制系統帶來全新的模式。

變電站綜合自動化系統是近10多年發展起來的多專業綜合技術，是變配電系統的一次革命。隨著中國國民經濟持續快速發展，社會對電力的需求與日俱增，各行各業對電力質量的要求越來越高，各種智能技術的普遍應用，使得變電站自動化管理和無人值守已是一種必然趨勢和必然選擇。對常規人工控制為主的傳統變電站，實施以微機監控為主的綜合自動化系統建設，是新時期開創我國電力系統優質、安全、經濟運行和全面提升電力自動化水平重大的舉措，對鞏固和加強電能在中國能源結構中的主導和戰略地位，都具有十分迫切和深遠意義。

參考文獻

(1)張惠剛.變電站綜合自動化原理與系統.北京：中國電力出版社

(2)林栩栩、陸繼明.變電站綜合自動化技術的發展.北京：中國電力出版社(3)變電站綜合自動化系統的最新應用

第二篇：變電站綜合自動化技術

第一章

1、變電站綜合自動化：是將變電站的二次設備經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護，以及與調度通信等綜合性的自動化功能。

2、傳統變電站的缺點：

（1）安全性、可靠性不能滿足現代電力系統高可靠性的要求。（2）供電質量缺乏科學的保證。（3）占地面積大，增加了征地投資。

（4）不適應電力系統快速計算和實時控制的要求。

（5）維護工作量大，設備可靠性差，不利于提高運行管理水平和自動化水平。

3、變電站自動化技術的發展過程。[P5內詳] 第二章

4、二次設備的組成部分：繼電保護、自動裝置、測量儀表、操作控制屏和中央信號屏以及遠動裝置。

5、變電站綜合自動化的優越性：

（1）變電站綜合自動化系統利用當代計算機的技術和通信技術，提供了先進技術的設備，改變了傳統的二次設備模式，信息共享，簡化了系統，減少了連接電纜，減少占地面積，降低造價，改變了變電站的面貌。（2）提高了自動化水平，減輕了值班員的操作量，減少了維修工作量。（3）隨著電網復雜程度的增加，各級調度中心要求各變電站能提供更多的信息，以便及時掌握電網及變電站的運行情況。（4）提高變電站的可控性，要求更多地采用遠方集中控制、操作、反事故措施等。（5）采用無人值班管理模式，提高勞動生產率，減少人為誤報操作的可能。（6）全面提高運行的可靠性和經濟性。

6、變電站的數據包括：模擬量、開關量和電能量。

7、直流采樣：即將交流電壓、電流等信號經變送器轉換為適合于A/D轉換器輸入電平的直流信號。交流采樣：指輸入給A/D轉換器的是與變電站的電壓、電流成比例關系的交流電壓信號。

8、并聯、串聯有源電力濾波器的不同點及示意圖。[P17內詳]

9、電力系統的電壓、無功綜合控制的方式：集中控制、分散控制和關聯分散控制。[P27內詳]

10、電力系統頻率偏移的原因：電力系統的頻率與發電機的轉速有著嚴格的對應關系，而發電機的轉速是由作用在機組轉軸上的轉矩決定的，原動機輸入的功率如果在扣除了勵磁損耗和各種機械損耗后能與發電機輸出的電磁功率保持平衡，則發電機的轉速將保持不變，電力系統所有發電機輸出的有功功率的總和，在任何時刻都將等于此系統包括各種用電設備所需的有功功率和網絡的有功損耗的總和。但由于有功負荷經常變化，其任何變動都將立刻引起發電機輸出電磁功率的變化，而原動機輸入功率由于調節系統的滯后，不能立即隨負荷波動而作相應的變化，此時發電機轉軸上的轉矩平衡被打破，發電機的轉速將發生變化，系統的頻率隨之發生偏移。

11、電力系統頻率降低的危害：

（1）系統的頻率下降，使發電廠的廠用機械出力大為下降，結果必然影響發電設備的正常工作，使發電機的有功出力減少，導致系統頻率的進一步降低。

（2）系統頻率降低，勵磁機的轉速也相應降低，當勵磁電流一定時，勵磁機發出的無功功率就會減少。（3）系統頻率長期處于49.5Hz或49Hz以下時，會降低各用戶的生產率。

12、明備用和暗備用的原理和圖。[P33內詳] 系統正常運行時，備用電源不工作的稱明備用。系統正常運行時，備用電源也投入運行的，稱為暗備用。

備用電源自投（BZT）的作用：備用電源自投裝置是因為電力系統故障或其他原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源或備用設備或其他正常工作的電源自動投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速恢復供電的一種自動控制裝置。

13、變電站綜合自動化系統的特點：（1）功能綜合化

（2）分級分布式、微機化的系統結構（3）測量顯示數字化（4）操作監視屏幕化（5）運行管理智能化 第三章

14、光電傳感器的優越性：

（1）優良的絕緣性能，造價低、體積小、質量輕。（2）不含鐵心，消除了磁飽和、鐵磁諧振等問題。（3）動態范圍大，測量精度高。（4）頻率范圍寬。（5）抗干擾能力強。第四章

15、輸入/輸出的傳送方式：并行和串行傳送方式。

16、CPU對輸入/輸出的控制方式：同步傳送方式、查詢傳送方式、中斷控制輸入/輸出方式和直接存儲器訪問方式（DMA）[P50內詳]

17、DMA控制器必須具備的功能：

（1）能接受外設的請求，向CPU發出總線請求信號HOLD；

（2）當CPU發出總線請求認可信號HLDA后，接管對地址線、數據線和控制線的控制，進入DMA方式；（3）發出地址信息，能對存儲器尋址及能修改地址指針；（4）能向存儲器和外設發出讀或寫等控制信號；

（5）能控制傳送的字節數及判斷DMA傳送是否結束；

（6）在DMA傳送結束以后，能發出DMA結束信號，釋放總線使CPU恢復正常工作狀態。

18、光電耦合器工作原理及原理圖。[P62內詳] 第五章

19、D/A轉換器的工作原理、關系式、權電阻輸入網絡。[P67內詳] 20、絕對精度和相對精度。[P74內詳] 第六章

21、交流采樣法：是直接對經過裝置內部小TA，小TV轉換后形成的交流電壓信號進行采樣，保持和A/D轉換，然后在軟件中通過各種算法計算出所需電量。第七章

22、小波分析在變電站綜合自動化中的應用前景。[P103內詳] 第八章

23、變電站內的信息傳輸：

（1）設備層與間隔層（單元層）間信息交換（2）單元層內部的信息交換（3）單元層之間的通信

（4）單元層和變電站層的通信（5）變電站層的內部通信

24、變電站通信網絡的要求：快速的實時響應能力，很高的可靠性，優良的電磁兼容性能，分層式結構。

25、數據通信的傳輸的方式：并行數據通信和串行數據傳輸。

26、數據通信系統的工作方式：單工通信，半雙工通信和全雙工通信。原理及圖示[P119內詳]

27、網絡的拓撲結構：點對點結構、星型結構、總線結構和環形結構。

28、移頻鍵控原理。[P131內詳]

29、差錯檢測技術：就是采用有效編碼方法對咬傳輸信息進行編碼，并按約定的規則附上若干碼元（稱監督碼），作為信息編碼的一部分，傳輸到接收端，接收端則按約定的規則對所收到的碼進行檢驗。30、幾種常用的監督碼構成方法：奇偶校驗、縱向冗余校驗和循環冗余校驗CRC。第九章

31、電磁兼容意義：電氣或電子設備或系統能夠在規定的電磁環境下不因電磁干擾而降低工作性能，它們本身發射電磁量不影響其他的設備或系統正常工作，從而達到互不干擾，在共同的電磁環境下一起執行各自功能的共存狀態。

32、電磁干擾的三要素：干擾源、傳播途徑和電磁敏感設備。

33、解決電磁干擾問題的方法：

（1）抑制干擾源產生的電磁干擾（濾波、屏蔽和接地）；（2）切斷干擾的傳播途徑；

（3）提高敏感設備抗電磁干擾的能力（降低對干擾的敏感度）。

34、干擾分類：

（1）差模干擾：是串聯于信號源回路中的干擾，主要由長線路傳輸的互感耦合所致。（2）共模干擾：是由網絡對地電位變化所引起的干擾，即對地干擾。

35、抑制干擾源影響的屏蔽措施：

（1）一次設備與自動化系統輸入、輸出的連接采用帶有金屬外皮的控制電纜，電纜的屏蔽層兩端接地。（2）測量和微機保護或自控裝置采用的各類中間互感器的一、二次繞組之間加設屏蔽層。（3）機箱或機柜的輸入端子對地接一耐高壓的小電容，可抑制外部高頻干擾。（4）系統的機柜和機箱采用鐵質材料。

第三篇：變電站綜合自動化技術探討專題

變電站綜合自動化技術探討

【摘 要】計算機技術的發展，推動了電力系統計算機自動化技術的發展，變電站綜合自動化技術也日趨完善。本文在深入分析我國變電站綜合自動化結構模式及發展階段的基礎上，提出了其發展趨勢，以期推動我國變電站綜合自動化的發展。

【關鍵詞】變電站 綜合自動化 結構模式 發展趨勢

變電站綜合自動化系統是一種以計算機為主、將變電站的一、二次設備（包括測量、信號、控制、保護、自動、遠動等）經過功能組合形成的標準化、模塊化、網絡化的計算機監控系統。變電站綜合自動化，是將變電站的二次設備經過功能的重新組合和優化設計，利用先進的計算機技術、自動化技術和通信技術，實現對全變電站的主要設備和輸配電線路的自動監視、測量、控制和微機保護，以及與調度通信等綜合性的自動化功能。

一、變電站綜合自動化的結構模式

變電站綜合自動化系統的結構模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式。

（一）集中式結構

集中式一般采用功能較強的計算機并擴展其I／O接口，集中采集變電站的模擬量和數量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機監控、微機保護和自動控制等功能。集中式結構也并非指只由一臺計算機完成保護、監控等全部功能。多數集中式結構的微機保護、微機監控和與調度等通信的功能也是由不同的微型計算機完成的，只是每臺微型計算機承擔的任務多些。例如監控機要擔負數據采集、數據處理、斷路器操作、人機聯系等多項任務；擔負微機保護的計算，可能一臺微機要負責多回低壓線路的保護等。

（二）分布式結構

該系統結構的最大特點是將變電站自動化系統的功能分散給多臺計算機來完成。分布式模式一般按功能設計，采用主從CPU系統工作方式，多CPU系統提高了處理并行多發事件的能力，解決了CPU運算處理的瓶頸問題。各功能模塊（通常是多個CPU）之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信，選用具有優先級的網絡系統較好地解決了數據傳輸的瓶頸問題，提高了系統的實時性。分布式結構方便系統擴展和維護，局部故障不影響其它模塊正常運行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統組態結構，較多地使用于中、低壓變電站。

（三）分布分散（層）式結構

分布分散式結構系統從邏輯上將變電站自動化系統劃分為兩層，即變電站層（站級測控單元）和間隔層（間隔單元）。也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層。

該系統的主要特點是按照變電站的元件，斷路器間隔進行設計。將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數據采集、保護和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統代表了現代變電站自動化技術發展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實現了部分故障不相互影響，方便維護和擴展，大量現場工作可一次性地在設備制造廠家完成。

二、我國變電站自動化發展階段

變電站二次部分傳統按功能分為四大類產品：繼電保護、故障錄波、當地監控和遠動。按系統模式出現順序可將變電站自動化發展分為三個階段：

第一階段：面向功能設計的集中式RTU加常規保護模式

80年代及以前，是以RTU為基礎的遠動裝置及當地監控為代表。該類系統實際上是在常規的繼電保護及二次接線的基礎上增設RTU裝置，功能主要為與遠方調度通信實現“二遙”或“四遙”（遙測、遙信、遙控、遙調）；與繼電保護及安全自動裝置的聯結通過硬接點接入或串行口通信較多。此類系統稱為集中RTU模式，目前在一些老站改造中仍有少量使用，此階段為自動化的初級階段。

第二階段：面向功能設計的分布式測控裝置加微機保護模式

第二階段始于90年代初期，單元式微機保護及按功能設計的分散式微機測控裝置得以廣泛應用，保護與測控裝置相對獨立，通過通信管理單元能夠將各自信息送到后臺或調度端計算機。特點是繼電保護（包括安全自動裝置）按功能劃分的測控裝置獨立運行，應用了現場總線和網絡技術，通過數據通信進行信息交換。此系統電纜互聯仍較多，擴展性功能不強。

第三階段：面向間隔、面向對象（Object-Oriented）設計的分層分布式結構模式

第三階段始于90年代中期，隨著計算機技術、網絡及通信技術的飛速發展，采用按間隔為對象設計保護測控單元，采用分層分布式的系統結構，形成真正意義上的分層分布式自動化系統。目前國內外主流廠家均采用了此類結構模式。110kV以下電壓等級變電站，保護測控裝置要求一體化、110kV幾以上電壓等級保護測控大多按間隔分別設計，對超高壓變電站的規模比較大的系統，為減少中間環節，避免通信瓶頸，要求裝置直接上以太網與監控后臺通信，甚至要求保護和監控網絡獨立組網，由于采用了先進的網絡通信技術和面向對象設計，系統配置靈活、擴展方便。

三、變電站綜合自動化發展趨勢

（一）保護監控一體化

這種方式在35kV及以下的電壓等級中已普遍采用，今后在110kV及以上的線路間隔和主變三側中采用此方式也已是大勢所趨。它的好處是功能按一次單元集中化，利于穩定的進行信息采集以及對設備狀態進行控制，極大地提高了性能效率比。其目前的缺點也是顯而易見的:此種裝置的運行可靠性要求極高，否則任何形式的檢修維護都將迫使一次設備的停役?？煽啃浴⒎€定性要求高，這也是目前110千伏及以上電壓等級還采用保護和監控分離設置的原因之一。隨著技術的發展，冗余性、在線維護性設計的出現，將使保護監控一體化成為必然。

（二）人機操作界面接口統一化、運行操作無線化

無人無建筑小室的變電站，變電運行人員如果在就地查看設備和控制操作，將通過一個手持式可視無線終端，邊監視一次設備邊進行操作控制，所有相關的量化數據將顯示在可視無線終端上。

（三）防誤閉鎖邏輯驗證圖形化、規范化、離線模擬化

在220kV及以上的變電站中，隨著自動化水平的提高，電動操作設備日益增多，其操作的防誤閉鎖邏輯將緊密結合于監控系統之中，借助于監控系統的狀態采集和控制鏈路得以實現。而一座變電站的建設都是通過幾次擴建才達到終期規模，這就給每次防誤閉鎖邏輯的實際操作驗證帶來難題，如何在不影響一次設備停役的情況下模擬出各種運行狀態來驗證其正反操作邏輯的正確性？圖形化、規范化的防誤閉邏輯驗證模擬操作圖正是為解決這一難題而作，其嚴謹性是建立在監控系統全站的實時數據庫之上的，使防誤閉鎖邏輯驗證的離線模擬化成為可能。

（四）就地通訊網絡協議標準化

強大的通訊接口能力，主要通訊部件雙備份冗余設計（雙CPU、雙電源等），采用光纖總線等等，使現代化的綜合自動化變電站的各種智能設備通過網絡組成一個統一的、互相協調工作的整體。

（五）數據采集和一次設備一體化

除了常規的電流電壓、有功無功、開關狀態等信息采集外，對一些設備的在線狀態檢測量化值，如主變的油位、開關的氣體壓力等等，都將緊密結合一次設備的傳感器，直接采集到監控系統的實時數據庫中。高技術的智能化開關、光電式電流電壓互感器的應用，必將給數據采集控制系統帶來全新的模式。

變電站綜合自動化系統是近10多年發展起來的多專業綜合技術，是變配電系統的一次革命。隨著中國國民經濟持續快速發展，社會對電力的需求與日俱增，各行各業對電力質量的要求越來越高，各種智能技術的普遍應用，使得變電站自動化管理和無人值守已是一種必然趨勢和必然選擇。對常規人工控制為主的傳統變電站，實施以微機監控為主的綜合自動化系統建設，是新時期開創我國電力系統優質、安全、經濟運行和全面提升電力自動化水平重大的舉措，對鞏固和加強電能在中國能源結構中的主導和戰略地位，都具有十分迫切和深遠意義。

參考文獻：

[1]張惠剛.變電站綜合自動化原理與系統[M].北京：中國電力出版社，2004.[2]江智偉.變電站自動化新技術[M].北京：中國電力出版社，2006.[3]林栩栩、陸繼明.變電站綜合自動化技術的發展[J].大眾用電，2004，（4）.（作者單位：上海海事大學）

第四篇：變電站綜合自動化技術復習資料

1、什么是變電站綜合自動化系統？它具有哪些特點？

① 變電站綜合自動化系統是指利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現對變電站主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、控制、保護以及調度通信等綜合性自動化功能。變電站綜合自動化系統，即利用多臺微型計算機和大規模集成電路組成的自動化系統，可以收集到所需要的各種數據和信息，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷能力，監視和控制變電站的各種設備。

② 功能綜合化、結構微機化、通信網絡化、操作監視屏幕化、測量顯示數字化、運行管理智能化。

2、常規變電站自動化系統存在著哪些缺點？ ① 安全性、可靠性不高 ② 電能質量可控性低

③ 數據實時性差，信息少、無法共享

④ 設備體積大、控制電纜連接復雜、占地面積多，經濟性差 ⑤ 安裝調試工作量大，維護不便

3、變電站綜合自動化系統具有哪些優越性？ ① 功能增強，提供參數信息多、實時性好 ② 結構優化、在線運行的可靠性高 ③ 改善供電質量、設備可控性好 ④ 大量減少電纜、縮小占地面積 ⑤ 檢修維護方便，提升運行管理水平

4、變電站綜合自動化系統應用的意義？

① 簡化了變電站二次部分的硬件配置,連接電纜減少，降低了工程總造價 ② 減輕了安裝施工和維護工作量 ③ 為實現變電站無人值班奠定基礎

④ 提高勞動生產率，為電力企業減人增效和運行管理水平改進創造良好的條件

5、變電站綜合自動化系統的結構形式有哪些？各有何特點？

① 集中式。特點：設備少、造價低；可靠性不高；軟件復雜，調試維護麻煩；組態不靈活。

② 分布式。特點：可靠性提高；主控機負擔減??；通信能力增強；組態不靈活。包括分層分布式{按變電站自動化系統二次設備分布，將變電站的信息采集和控制分為站控層（由帶數據庫的計算機，操作員，工作站及遠方接口組成）、間隔層（由間隔內的控制，保護或Ｉ／Ｏ單元組成）和過程層（由智能傳感器和執行元器件組成）三個級別}。特點：面向間隔對象；組態配置靈活；可靠性高；設備接線簡化；檢修調試便捷。

③ 分散與集中相結合和分布分散式結構形式。特點：減少二次接線；有利于實現無人值班；施工、安裝和調試工作簡化；組態靈活、可靠性高、抗干擾能力強。

6、什么是分層分布式變電站綜合自動化系統？它是怎么構成的，各部分的作用如何？

分層分布式變電站綜合自動化系統，是按功能劃分的分布式多CPU系統，分層式結構，按變電站自動化系統二次設備分布，將變電站的信息采集和控制分為站控層、間隔層和過程層三個級別。

① 站控層：由帶數據庫的計算機，操作員，工作站及遠方接口組成。作用：當地監控；保護信息管理；遠方通信裝置。

② 間隔層：由間隔內的控制，保護或Ｉ／Ｏ單元組成。作用：繼保、監控設備。③ 過程層：由智能傳感器和執行元器件組成。作用：負責信息交換、通信功能。

7、模擬量信息主要包括：

① 聯絡線的有功功率、無功功率和有功電能 ② 線路及旁路的有功功率、無功功率和電流 ③ 不同電壓等級母線各段的線電壓及相電壓

④ 三繞組變壓器三側或高壓、中壓側的有功功率、無功功率及電流，兩繞組變壓器兩側或高壓側的有功功率、無功功率及電流 ⑤ 直流母線的電壓 ⑥ 所用變低壓側電壓

⑦ 母聯電流、分段電流、分支斷路器電流 ⑧ 出線的有功功率或電流 ⑨ 并聯補償裝置電流 ⑩ 變壓器上層油溫等

8、香農采樣定理：為了對連續信號f(t)進行不失真的采樣，采樣頻率ωs應不低于f(t)所包含最高頻率ωmax的兩倍。

9、開關量主要信息包括：

① 變電站事故總信號

② 線路、母聯、旁路和分段斷路器位置信號 ③ 變壓器中性點接地隔離開關位置信號 ④ 線路及旁聯重合閘動作信號 ⑤ 變壓器的斷路器位置信號 ⑥ 線路及旁聯保護動作信號 ⑦ 樞紐母線保護動作信號 ⑧ 重要隔離開關位置信號 ⑨ 斷路器失靈保護動作信號 ⑩ 有關過壓、過負荷越限信號 ? 有載調壓變壓器分接頭位置信號；變壓器保護動作總信號 ? 斷路器事故跳閘總信號 ? 直流系統接地信號 ? 控制方式由遙控轉為當地控制信號 ? 斷路器閉鎖信號等

10、監控系統的基本功能：

① 實時數據采集和處理：模擬量的采集；狀態量的采集；電能量的采集；數字量的采集

② 運行監視與報警功能 ③ 操作控制功能

④ 數據處理與記錄功能

⑤ 事故順序記錄及事故追憶功能 ⑥ 故障錄波與測距功能

⑦ 人機聯系功能（CRT顯示器、鼠標、鍵盤）：CRT屏幕顯示的內容；輸入數據 ⑧ 制表打印功能

⑨ 運行的技術管理功能 ⑩ 諧波的分析及監控功能

11、監控系統的基本結構：監控系統是由監控機、網絡管理單元、測控單元、遠動接口、打印機等部分組成；根據完成的功能不同，變電站監控系統可分為信息收集和執行子系統、信息傳輸子系統、信息處理子系統和人機聯系子系統。

12、監控系統的基本要求及特點：

一、基本要求：①實時性{含義：（1）系統對外界激勵及時作出響應的能力。（2）系統在所要求的時間內完成規定任務的能力。不同的應用系統對實時性有不同的要求}；②可靠性：指無故障運行的能力；③可維護性：指維護工作時的方便快捷程度；④信息采集和輸出技術先進；⑤人機交流方便；⑥通信可靠：通訊指在監控系統中，計算機與計算機之間對同類和不同類總線之間及計算機網絡之間的信息傳輸；⑦信息處理和控制算法先進。

二、變電站監控系統的特點：①采集和處理；②監視；③控制。

13、監控系統的附屬部分？

① 保護管理機系統：主要功能是采集就對保護裝置、故障濾波器、安全自動裝置等廠站內智能裝置的實時/非實時的運行、配置和故障信息，對這些裝置進行運行狀態監視；用于遠方及站內查看保護信息、定值、連接片狀態，進行定值區切換和連接片切換操作，完成分散或故障濾波數據的接收、遠傳、分析及波形顯示。

② 操作票專家系統：電氣操作票：指在給定操作任務的情況下，一些電氣設備由當前運行狀態切換到目的狀態時，遵守操作規程或章程而形成的一系列操作命令或指令的有序集合；操作票專家系統：采用人工智能技術，根據電網運行狀態、調度操作規程和專家經驗自動生成正確的操作票；主要開票的方式有：圖形開票、利用專家庫開票、調用典型操作票、手工開票、調用歷史操作票。

③ 防誤操作：“五防” 防止誤分、合斷路器；防止帶負荷拉、合隔離開關；防止誤入帶電間隔；防止帶電掛接地線（接地開關）；防止帶接地線（接地開關）合隔離開關（隔離開關）。（國內常用的誤防系統大體可分為機械型、電氣型和微機型。）④ GPS實時時鐘：現代電網繼電保護系統、AGC調頻、負荷管理和控制、運行報表統計、事件順序記錄。為實現精確地控制，正確地分析事件的前因后果，時間的精確性和統一性十分重要；電網內的實時時鐘的核心問題是要求統一，即要求各廠站與調度中心之間的實時時鐘相一致。

14、變電站內自動控制的主要內容有：

① 電壓無功控制 ② 負荷頻率控制 ③ 備用電源自投控制 ④ 故障錄波控制

15、中樞點電壓調節的方式及其意義？

① 逆調壓：負荷的變動較大（即最大、最小負荷的差別較大），在最大負荷時要提高中樞點的電壓以抵償線路上因最大負荷而增加的電壓損失；在最小負荷時，因線路上電壓損耗減小，可將中樞點電壓降低一些，以防止負荷點電壓過高。

② 恒調壓：負荷的變動較小，線路上電壓損耗也較小，只要把中樞點電壓保持在較線路額定電壓高（2—5）%的數值，不必隨負荷變化來調整中樞點電壓。③ 順調壓：負荷變動甚小，線路電壓損耗小。在最大負荷時，允許中樞點電壓低一些，但不得低于額定電壓的102.5%；在最負荷時，允許中樞點電壓高一些，但不得高于線路額定電壓的107.5%。

16、電力系統的電壓無功綜合控制方式：

① 集中控制：調度中心對各個變電站的主變分接頭位置和無功補償設備進行統一的控制；集中優化控制，難度大。

② 分散控制：在變電站或發電廠中，自動調節，以控制地區的電壓和無功功率在規定③

17、① ②

18、① ②

19、的范圍內；局部優化，無法全局優化。

關聯分散控制：電力系統正常運行時，分散控制，控制范圍和定值是從整個系統的安全，穩定和經濟運行出發，事先由電壓、無功優化程序計算好的；系統負荷變化較大或緊急情況或運行方式發生大的變動時，可由調度中心直接操作控制，或由調度中心修改下屬變電站應維持的母線電壓和無功功率的定值。電力系統低頻低壓減載控制方式： 切除固定線路： 根據功率切除線路。

變電站備用電源自投控制：

明備用——系統正常時，備用電源不工作 暗備用——系統正常時備用電源也投入運行 電壓無功綜合控制策略：

20、變電站備用電源自投控制：備用電源自投裝置是當工作電源因故障被斷開后，能迅速自動地將備用電源或備用設備投入工作，使用戶不至于停電的一種自動控制裝置。備用電源自動投入是變電站綜合自動化系統的基本功能之一。

21、變電站備用電源自投控制的優點：

① 提高供電可靠性，節省建設投資； ② 簡化繼電保護；

③ 限制短路電流、提高母線殘余電壓。

22、故障錄波裝置：當電力系統發生故障或震蕩時能自動記錄電力系統中有關電氣參數變化過程以便分析和研究的一種裝置。分類：機電式、光電式、固態數據存儲器。

23、分析錄波圖的方法：

① 大致判斷系統發生了什么故障，故障持續時間；

② 以某一相電壓或電流的過零點為相位基礎，查看故障前電流電壓相位關系是否正確，是否為正相序？負荷角為多少度？

③ 以故障相電流電壓相位關系是否正確確定故障態電流電壓相位關系； ④ 繪制向量圖，進行分析。

24、提高變電站綜合自動化系統可靠性的措施：

① 減少故障和錯誤出現的幾率； ② 利用微機系統的自動檢測技術； ③ 采用容錯設計。

25、電磁兼容的意義：電氣或電子設備或系統能夠在規定的電磁環境下不因電磁干擾而降低工作性能，它們本身所發射的電磁能量不影響其他設備或系統的正常工作，從而達到互不干擾，在共同的電磁環境下一起執行各自功能的共存狀態。

26、電磁干擾的三要素和解決方法：

① 電磁干擾的三要素：干擾源、傳播途徑和電磁敏感設備。② 解決辦法：抑制干擾源產生的電磁干擾（濾波、屏蔽和接地）；切斷干擾的傳播途徑；提高敏感設備抗電磁干擾的能力（降低對干擾源的敏感度）。

27、電磁干擾的耦合途徑：

① 電容性耦合（又稱靜電耦合或電場耦合）

分布電容，電荷影響

② 電感性耦合（又稱電磁耦合或磁場耦合）

電感，磁鏈影響 ③ 共阻抗耦合

共用一個主回路或共用一根接地電流返回路徑 ④ 輻射耦合

高頻電流經過導體時發射電磁波

28、電磁防干擾措施：

① 消除或抑制干擾源； ② 切斷電磁耦合途徑；

③ 降低裝置本身對電磁干擾的敏感度

29、變電站綜合自動化系統的調試的目的：檢驗自動化裝置的功能、特性是否達到設計和有關規定的要求；以及與變電站二次回路的連接是否正確、是否達到有關規定或設計要求。30、一般性檢查的內容：

① 箱體內容的檢查； ② 插件外觀的檢查； ③ 端子排及背板檢查； ④ 壓板操作開關等檢查。

31、變電站綜合自動化系統的調試的內容：

① 間隔層測控單元的檢查測試；

② 當地監控系統的軟硬件配置和參數組態； ③ 主要功能的檢查試驗。

自動化裝置一般是由間隔層的控制單元，具有當地監控功能的站控級計算機系統，以及他們之間的通信網絡組成。

32、變電站綜合自動化系統調試前工作：

① 調試工作需要在同一組織協調下，有計劃有步驟地進行，擬定調試方案，準備好各種記錄表格；

② 調試人員認真負責，如實、準確、詳細記錄調試結果。

33、巡視內容：巡檢周期一般為24h一次。

① 設備和各種信號燈的工況；

② 檢查異常狀況，及時報告異常信息； ③ 對設備進行采樣值檢查和時鐘校對； ④ 檢查通信系統是否正常工作；

⑤ 檢查設備電源指示燈及工作電源是否正常； ⑥ 檢查設備的連接片切除手柄是否在正常位置； ⑦ 對UPS進行自動切換檢查。

34、運行維護基礎工作：

① 檢修管理制度； ② 備品備件管理制度；

③ 技術管理制度和技術資料管理制度； ④ 安全培訓制度：事故分析、缺陷處理； ⑤ 技術培訓制度；

⑥ 合理化建議與技術革新管理制度。

35、變電站日常運行相關規定：

① 定期檢查三遙功能；

② 保證工作銜接方之間信息的正確和完整性； ③ 變電站一次設備變更，需經過批準的書面通知；

④ 監控設備及其二次回路上的工作和操作需上級調度批準； ⑤ 對測量儀器儀表按規定堅定；

⑥ 對運行設備、數據庫、軟件重大修改需進行技術論證； ⑦ 與一次設備相關的自動化設備需與一次設備結合檢驗； ⑧ 一次設備檢修時，應將鄉音謠傳信號退出運行； ⑨ 交接班應對監控系統全面檢查。

第五篇：變電站綜合自動化系統的通信技術

淺談變電站綜合自動化系統的通信技術

【摘要】變電站綜合自動化功能的實現，離不開站內工作可靠、靈活性好、易于擴展的通信網絡，以來滿足各種信息的傳送要求。在變電站綜合自動化系統中，通信網絡是一個重要的環節。本文對通信網絡的要求和組成、信息的傳輸和交換及通信的功能作了有詳細的介紹。

【Abstract】In the transformer substation synthesis automation function realizes cannot leave stands the communication network which is highly reliable and flexible, can be expanded.It fulfills demands of all types of data transmission.In transformer substation synthesis automated system, communication network is very important.The requirement and composition of network, transmission and commutation of data and function of communication network are introduced in detail.【關鍵字】變電站綜合自動化系統；信息傳輸；數據通信

【Key Word】transformer substation synthesis automated system information transmission data communication

引言

變電站綜合自動化系統實質上是由多臺微機組成的分層分布式的控制系統，包括監控、繼電器保護、電能質量自動控制系統等多個子系統。在各個子系統中，往往又由多個智能模塊組成，例如微機保護子系統中，有變壓器保護、電容器保護和各種線路保護等。因此在綜合自動化系統內部，必須通過內部數據通信，實現各子系統內部和各子系統間信息交換和實現信息共享，以減少變電站二次設備的重復配置和簡化各子系統間的互連，提高整體的安全性。[

2、5]

另一方面，變電站是電力系統中電能傳輸、交換、分配的重要環節，它集中了變壓器、開關、無功補償等昂貴設備。因此，對變電站綜合自動化系統的可靠性、抗干擾能力、工作靈活性和可擴展性的要求很高，尤其是無人值班變電站。綜合自動化系統中各環節的故障信息要及時上報控制中心，同時也要能接受和執行控制中心下達的各種操作和調控命令。[2] 因此，變電站綜合自動化系統的數據通信包括兩方面的內容：一是綜合自動化系統內部各子系統或各種功能模塊間的信息交換；而是變電站與控制中心的通信。

一、變電站內的信息傳輸[2、3、5]

現場的綜合自動化系統一般都是分層分布式結構，傳輸的信息有以下幾種：

（一）現場一次設備與間隔層間的信息傳輸

間隔層設備大多需從現場一次設備的電壓和電流互感器采集正常情況和事故情況下的電壓值和電流值，采集設備的狀態信息和故障診斷信息，這些信息主要是：斷路器、隔離開關位置、變壓器的分接頭位置、變壓器、互感器、避雷針的診斷信息以及斷路器操作信息。

（二）間隔層的信息交換

在一個間隔層內部相關的功能模塊間，即繼電保護和控制、監視、測量之間的數據交換。這類信息有如測量數據、斷路器狀態、器件的運行狀態、同步采樣信息等。

同時，不同間隔層之間的數據交換有：主、后備繼電保護工作狀態、互鎖，相關保護動作閉鎖，電壓無功綜合控制裝置等信息。

（三）間隔層與變電站層的信息

1、測量及狀態信息。正常及事故情況下的測量值和計算值，斷路器、隔離開關、主變壓器分接開關位置、各間隔層運行狀態、保護動作信息等。

2、操作信息。斷路器和隔離開關的分、合閘命令，主變壓器分接頭位置的調節，自動裝置的投入與退出等。

3、參數信息。微機保護和自動裝置的整定值等。

另外，變電站層的不同設備之間通信，根據各設備的任務和功能的特點，傳輸所需的測量信息、狀態信息和操作命令等。

二、綜合自動化系統與控制中心的通信[

2、3]

綜合自動化系統前置機或通信控制機具有執行遠動功能，能將變電站所測的模擬量、電能量、狀態信息和SOE等類信息傳送至控制中心，同時又能從上級調度接收數據和控制命令。變電站向控制中心傳送的信息稱為“上行信息”；控制中心向變電站傳送的信息稱為“下行信息”。這些信息主要包括遙測信息、遙信、遙控和遙調。

圖1

分布式綜合自動化系統通信框圖

為了保證與遠方控制中心的通信，在常規遠動“四遙”的基礎上增加了遠方修改整定保護定值、故障錄波與測距信號的遠傳等，其信息量遠大于傳統的遠動系統。一般根據現場的要求，系統應具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性，同時應具備多個調度中心不同方式的通信接口，且各通信接口及MODEM應相互獨立。保護和故障錄波信息可采用獨立的通信與調度中心連接，通信規約應滿足調度中心的要求，符合國標和IEC標準。

三、變電站綜合自動化系統通信的要求

（一）變電站通信網絡的要求

由于變電站的特殊環境和綜合自動化系統的要求，其數據網絡具有以下要求：

1、快速的實時響應能力。變電站綜合自動化系統的數據網絡要及時地傳輸現場的實時運行信息和操作控制信息。在電力工業標準中對系統的數據傳送有嚴格的實時性指標，網絡必須很好地保證數據通信的實時性。[

2、5]

2、很高的可靠性。電力系統是連續運行的，數據通信網絡也必須是連續運行的，通信網絡的故障和非正常工作會影響整個變電站綜合自動化系統的運行，設計不合理的系統，嚴重時甚至會造成設備和人身事故。因此，變電站綜合自動化系統的通信子系統必須具有很高的可靠性。[1、2、5]

3、很強的抗干擾能力。變電站是一個具有強電磁干擾的環境，存在電源、雷擊、跳閘等強電磁干擾和地電位差干擾，通信環境惡劣，數據通信網絡須注意采取相應的措施消除這些干擾。[1、2、5]

4、分層式結構。這是由整個系統的分層分布式結構決定的，也只有實現通信系統的分層，才能實現整個變電站綜合自動化系統的分層分布式結構。系統的各層次又有其特殊應用和性能要求因此每一層都要有合適的網絡環境。[1、2、5]

（二）信息傳輸響應速度的要求[2]

不同類型和特性的信息要求傳送的時間差別很大，舉例說明：

1、經常傳輸的監視信息。（1）監視變電站的運行狀態，需要傳送母線電壓、電流、有功功率、頻率等測量值，這類信息經常傳輸，響應時間需滿足SCADA的要求，一般不宜大于1~2s。（2）計量用的信息如有功電能量，傳送的時間間隔較長，傳送的優先級可降低。（3）刷新變電站數據庫所需的信息可以采用定時召喚方式。

2、突發事件產生的信息。（1）系統發生事故的信息要求傳輸時延最小，優先級最高。（2）正常操作的狀態變化信息要求立即傳輸，傳輸響應時間要小。（3）故障下，繼電保護動作的狀態信息和時間順序記錄，不需立即傳送，故障處理完后再傳送。

（三）各層次之間和每層內部傳輸信息時間的要求[2]

1、設備層和間隔層，1~100ms。

2、間隔層內各個模塊間，1~100ms。

3、間隔層的各個單元之間，1~100ms。

4、間隔層和變電站層之間，10~1000ms。

5、變電站層的各個設備之間，≥1000ms。

6、變電站和控制中心之間，≥1000ms。

四、變電站綜合自動化系統的通信功能

變電站綜合自動化系統由微機保護子系統、自動裝置子系統及微機監控子系統組成，其通信功能可以從以下三個方面了解。

（一）微機保護的通信功能[3]

微機保護的通信功能除與微機監控系統通信外，還包括通過監控系統與控制中心的數據采集和監控系統的數據通信。

1、接受監控系統查詢。

2、向監控系統傳送事件報告，具有遠傳數據功能，失電后這些信息還能保留。

3、向監控系統傳送自檢報告，包括裝置內部自檢及對輸入信號的檢查。

4、校對時鐘，與監控系統對時，修改時鐘。

5、修改保護定值。

6、接受調度或監控系統值班人員投退保護命令。

7、保護信號的遠方復歸功能。

8、實時向監控系統傳送保護主要狀態。

（二）自動裝置的通信功能[

3、4]

目前微機保護裝置以綜合了原自動裝置的重合閘、自動按頻率減負荷等自動功能，其通信指：接地選線裝置、備用電源自投、電壓和無功自動綜合控制與監控系統的通信。

1、小電流接地系統接地選線裝置的通信內容。母線和接地線路，母線TV諧振信息接

2、時間，開口三角形電壓值等。

3、備用電源自投裝置的通信功能。與微機保護通信功能類似。

4、電壓合無功調節控制通信功能。除具有與微機保護類似的通信功能外，電壓和無功調節還具有接收調度控制命令的功能。調度中心給定電壓和無功曲線時，切換為變電站監控后臺機自動就地控制。

（三）微機監控系統的通信功能[

3、4]

1、具有擴展遠動RTU功能

傳統變電站的遠動RTU功能是指遙控、遙測、遙信、遙調的“四遙”功能。在綜合自動化的變電站中，大大擴展了傳統變電站遠動RTU功能的應用領域，主要是對保護及其他智能系統的遠動功能。此外，還包括變電站其他信息的監視和控制功能，如溫度、壓力、消防、直流系統等，幾乎整個變電站的所有信息均通過網絡通信傳送至調度中心，相應地調度中心下傳的信息也增加了許多。

2、具有與系統通信的功能

變電站微機監控系統與系統的通信具備兩條獨立的同通信通道。一條是常規的電力載波通道，一條是數字微波通信或光纖通信信道。

結束語

當代計算機技術、通訊技術等先進技術的應用，已改變了傳統二次設備的模式，在簡化系統、信息共享、減少電纜、減少占地面積、降低造價等方面已改變了變電站運行的面貌。雖然國內的變電站綜合自動化技術還不夠成熟，在某些方面還存在著不足，但隨著通信技術和計算機技術的迅猛發展，變電站綜合自動化技術水平的提高將會注入了新的活力，變電站綜合自動化技術將朝著網絡化、綜合智能化、多媒體化的方向發展。

參考文獻：

[1]許克明.熊偉.配電網自動化系統.重慶：重慶大學出版社，2007.8 [2]黑龍江省電力調度中心.變電所自動化實用技術及應有指南.北京：中國電力出版社，2004 [3]崔明.21世紀變電站與水電站綜合自動化.北京：中國水利水電出版社，2005 [4]王國光.變電站綜合自動化系統二次回路及運行維護.北京：中國電力出版社，2005 [5]江智偉.變電站自動化及其新技術.北京：中國電力出版社，2006