第一篇：變電站綜合自動化通信系統(tǒng)研究

新一代變電站通信系統(tǒng)研究綜述

摘要：介紹了變電站自動化系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡的作用、通信網(wǎng)絡的性能要求、網(wǎng)絡的結構模式和網(wǎng)絡通信體系及報文分類，主要探討了分層式變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡方案選擇和設計過程中需要遵循的原則，給出了電壓等級和復雜程度不同的變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的具體方案。

關鍵字：變電站自動化

;通信技術

;嵌入式以太網(wǎng)

0 引言

隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡技術的應用，變電站自動化系統(tǒng)在通信技術的推動下發(fā)展成為典型的分層分布式結構。該結構一般分為 3層:變電站層、間隔層和過程層。其中, 過程層包含變電站內的生產過程設施, 如變壓器、斷路器及其輔助接點、電流和電壓互感器等, 主要負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、提供 I /O 接口等;間隔層包含測量和控制單元, 負責該單元線路或變壓器的參數(shù)測量和監(jiān)控, 斷路器的控制和連鎖等。變電站層包含全站性的監(jiān)控主機,通信及控制主機, 實現(xiàn)管理等功能的工程師站[1]。

變電站自動化系統(tǒng)的通信任務一方面是實現(xiàn)站內通信功能, 完成對全站一、二次設備和裝置運行情況的數(shù)據(jù)信息采集和控制命令的傳輸;另一方面完成與上級調度或集控中心的通信, 向上傳送變電站運行的實時信息, 接收和執(zhí)行上級下達的控制命令。由于數(shù)據(jù)通信的重要性, 可靠的通信成為系統(tǒng)的技術核心, 加上變電站的特殊環(huán)境和系統(tǒng)要求, 對變電站自動化系統(tǒng)的通信提出了以下要求: 快速的實時響應, 即變電站自動化系統(tǒng)要求及時地傳輸現(xiàn)場的實時運行信息和操作控制信息, 在電力工業(yè)標準中對系統(tǒng)都有嚴格的實時性指標, 網(wǎng)絡必須很好地保證數(shù)據(jù)通信的實時性;高可靠性和抗干擾性, 即變電站內通信環(huán)境惡劣, 干擾嚴重, 網(wǎng)絡的故障和非正常工作會影響整個系統(tǒng)的運行。因此, 變電站自動化系統(tǒng)的通信系統(tǒng)必須保證很高的可靠性。

1.通信在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的作用

通信技術的發(fā)展使變電站自動化系統(tǒng)較以往控制模式產生了巨大的變化，由早期集中式微機控制系統(tǒng)發(fā)展為分層分布式的系統(tǒng)結構，從而達到：（1）實現(xiàn)變電站無人值班或少人值班。（2）不僅完成變電站遙控、遙調、遙信、遙測的功能，而且主站可以通過通道傳送圖像信號，實現(xiàn)遙視功能。（3）數(shù)據(jù)傳輸更快，實時性更強。（4）系統(tǒng)工作可靠性高，間隔層與變電站層只通過通信網(wǎng)連接，任一層設備故障，不影響其它設備正常運行。（5）靈活性高，網(wǎng)上增加或減少觸點非常方便。

由于數(shù)據(jù)通信在變電站綜合自動化系統(tǒng)內的重要性，經(jīng)濟可靠的數(shù)據(jù)通信成為系統(tǒng)的技術核心，而由于變電站的特殊環(huán)境和綜合自動化系統(tǒng)的要求，使變電站綜合自動化系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡具有以下特點和要求：（1）快速的實時響應能力。變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡要及時地傳輸現(xiàn)場的實時運行信息和操作控制信息，在電力工業(yè)標準中對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送都有嚴格的實時性指標，因此網(wǎng)絡必須很好地保證數(shù)據(jù)通信的實時性。（2）很高的抗干擾性能及可靠性。變電站內通信環(huán)境惡劣，干擾嚴重，而電力系統(tǒng)通信網(wǎng)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(tǒng)的運行，因此，變電站綜合自動化系統(tǒng)得通信子系統(tǒng)必須保證很高的可靠性[2]。

2.通信網(wǎng)絡的性能要求及結構模式

變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡是影響整個系統(tǒng)性能的重要因素。變電站自動化系統(tǒng)對內部信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、可靠性要求很高；另外，由于分期建設、設備改造、功能升級等原因，通信網(wǎng)絡還必須具備很好的兼容性、開放性和靈活性。在1997年8月國際大電網(wǎng)會議上，WG34.03工作組提出了變電站站內通信網(wǎng)絡傳輸?shù)臅r間要求：(1)設備層和間隔層之間、間隔層內各設備之間、間隔層各間隔單元之間為100ms；(2)間隔層和變電站層之間為10000ms；(3)變電站層各設備之間、變電站和控制中心之間為1000ms；(4)各層之間的數(shù)據(jù)流峰值為：設備層和間隔層之間數(shù)據(jù)流大概為250 kb/s，取決于模擬量的采樣速度，間隔層各單元之間數(shù)據(jù)流約為60 kb/s或130 kb/s，取決于是否采用分布母線保護；間隔層和變電站層之間及其他鏈路之間數(shù)據(jù)流大概在100 kb/s及以下。

長期以來變電站自動化的通信較多地采用串行總線，近年來現(xiàn)場總線在變電站自動化通信中的應用取得了巨大的成功。變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡結構一般是基于以太網(wǎng)／總線的分層的拓撲結構，通信技術主要有RS-422/485、CAN總線、LonWorks網(wǎng)、以太網(wǎng)等。隨著計算機和通信技術的進步，系統(tǒng)網(wǎng)絡化和體系開放性成為發(fā)展的趨勢，以太網(wǎng)技術正被引入變電站自動化系統(tǒng)過程層的采集、測量單元和間隔層的保護、控制單元中，構成基于以太網(wǎng)的分層式變電站自動化通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，尤其是嵌入式以太網(wǎng)技術在電力系統(tǒng)中的應用越來越廣泛[3]。

3．網(wǎng)絡通信體系及報文分類

IEC TC57 按照變電站自動化系統(tǒng)所要完成的測量、控制和保護三大功能從邏輯上將系統(tǒng)分為3層，即變電站層、間隔層和過程層，并定義了9 種邏輯接口。如下圖1 所示：④⑤用于過程層和間隔層之間通信，①③⑥⑨用于間隔層內部及與變電站層的通信，⑧是間隔層之間通信。對于該網(wǎng)絡結構，決不是短期內就可以實現(xiàn)的，它需要電力一次、二次設備生產商共同努力才能實現(xiàn)。針對目前的情況，一次設備的智能化雖然已有學者開展研究，但還沒有帶網(wǎng)絡接口的產品出現(xiàn)，所以建議采用兩種漸進的方式，首先過程層仍采用硬線連接，而間隔和廠站采用以太網(wǎng)通信，另外可在一次設備和二次設備之間加入智能I/O 單元，來實現(xiàn)接口④⑤[4]。

變電站層①③⑥⑨⑧間隔層間隔層間隔層④⑤④⑤④⑤過程層過程層過程層

圖1 基于以太網(wǎng)的變電站自動化系統(tǒng)結構

定義了7 種類型報文，即：快速報文、中速報文、低速報文、原始數(shù)據(jù)報文、文件傳輸報文、時間同步報文和具有訪問控制的命令報文。通過分析和研究，筆者從時域的角度，把上述變電站自動化系統(tǒng)中7 種類型的報文分為3 種類型通信：周期性通信、隨機性通信、突發(fā)性通信。（1）周期性通信原始數(shù)據(jù)報文屬于周期性通信，主要是過程層通過接口④，周期性地向間隔層傳遞過程采樣數(shù)據(jù)。根據(jù)設定采樣頻率的不同，傳輸一般要求在3ms 或10ms 內完成。（2）隨機性通信低速報文、文件傳輸報文、時間同步報文和具有訪問控制的命令報文屬于隨機性通信，這類通信一般符合負指數(shù)分布，傳送報文的數(shù)據(jù)量大，但時間稍寬松。（3）突發(fā)性通信快速報文、中速報文屬于突發(fā)性通信，報文數(shù)量少，但時限要求高。

4.通信控制器模式

通信控制器模式又稱為4層模式，在這種模式中變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡共分為4個層次：過程層、間隔層、通信控制層、變電站層，如圖2所示。在四層結構中，變電站層和通信控制層一般采用以太網(wǎng)通信，過程層和間隔層采用RS-422/485、CAN總線、LonWorks網(wǎng)。這種結構通過通信控制器可以快速實現(xiàn)站內網(wǎng)絡通信，成本較低，早期應用非常廣泛，目前仍在許多低壓變電站和少量220 kV及以上高壓變電站當中應用[5]。但是當間隔層設備較多時通信控制器就會成為影響系統(tǒng)性能的瓶頸，雖然可以通過雙通信控制器來改善，仍然難以克服通信故障率增加、效率降低等問題。監(jiān)控機1站控層監(jiān)控機2 監(jiān)控機m...遠方調度以太網(wǎng)通信控制層值班通信控制器備用通信控制器RS232、RS485或現(xiàn)場總線間隔層智能電子裝（IED）...智能電子裝置（IED)過程層一次設備

圖2通信控制器結構框圖

4.1 嵌入式以太網(wǎng)在變電站自動化系統(tǒng)中的應用模式[6] 嵌入式以太網(wǎng)作為變電站自動化系統(tǒng)的內部通信網(wǎng)絡, 有2 種應用模式:①每個智能電子裝置(IED)配置1個嵌入式以太網(wǎng)接口,每個IED作為一個以太網(wǎng)節(jié)點直接連到以太網(wǎng)上;②幾個IED通過RS485,MODBUS 或現(xiàn)場總線等方式連在一起,然后用嵌入式以太網(wǎng)接口作為一個以太網(wǎng)節(jié)點連到以太網(wǎng)上。從國外的應用情況來看, 這2種應用模式分別以GE 公司的GESA系統(tǒng)和GE-Harris 公司的PowerComm 系統(tǒng)為代表。在選擇嵌入式以太網(wǎng)應用模式時, 本文主要考慮了如下因素:①超高壓變電站系統(tǒng)的二次系統(tǒng)一般都是基于間隔(bay)設計的;②超高壓變電站自動化系統(tǒng)內部通信網(wǎng)的可靠性要求很高, 要求可方便地構成雙網(wǎng)結構;③成本問題;④產品向下兼容性問題。基于以上考慮, 本文提出了以太網(wǎng)與LonWork s現(xiàn)場總線相結合的方案。如圖3所示。

變電站層后臺機工程師站遠方機10Mbit/s以太網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)1 10Mbit/s以太網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)210Mbit/s以太網(wǎng)錄波網(wǎng) 間隔層測量單元1...測量單元n設備層裝置11...1間隔層裝置1n...裝置n1...間隔層n裝置nn 圖3 以太網(wǎng)與LonWorks 網(wǎng)相結合的系統(tǒng)方案配置

以間隔為單元, 將站內通信網(wǎng)設計為2 層, 間隔以上用10Mbit/s嵌入式以太網(wǎng)構成站內通信的主干網(wǎng)絡, 該網(wǎng)絡負責后臺機、遠動機等PC 機和各間隔進行通信。在間隔內部用LonWorks現(xiàn)場總線把各保護裝置連在一起。LonWorks網(wǎng)上的信息通過間隔層的測控單元上傳到主干網(wǎng)上。測控單元是整個方案的核心和關鍵。測控單元完成兩大功能: 通信功能和測控功能。這種方案實際上將嵌入式以太網(wǎng)與LonWorks現(xiàn)場總線技術相結合, 發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。底層的各種保護設備可不做任何改動, 保持了產品的向下兼容性。

新型通信網(wǎng)絡與CSC2000系統(tǒng)原有網(wǎng)絡相比,具有以下一些優(yōu)點:①網(wǎng)絡帶寬資源大大增加;②故障錄波數(shù)據(jù)上傳速度大大加快;③易于與PC機接口;④易于與廣域網(wǎng)相連。

5.通信網(wǎng)絡方案選擇[7] 網(wǎng)絡通信方案是構成變電站自動化系統(tǒng)至關重要的環(huán)節(jié)，由于變電站的特殊環(huán)境和自動化系統(tǒng)的要求，并且受到性能、價格、硬件、軟件、用戶策略等諸多因素的影響，其通信網(wǎng)絡方案的選擇很難一概而論，不同類型的變電站對自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡有不同的要求，變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信方案選擇和設計應遵循下列基本原則：通信網(wǎng)絡具有合理的分層式結構；各層之間和層內選擇適當?shù)耐ㄐ欧绞剑桓呖煽啃院涂焖賹崟r響應能力；優(yōu)良的電磁兼容性能。基于以上基本原則，給出電壓等級和復雜程度不同的變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡方案。

(1)低壓變電站通信網(wǎng)絡

對于35 kV變電站和110kV的終端變電站可采用RS-422/485的總線結構網(wǎng)絡；若規(guī)模較大時則應考慮選擇CAN總線、LonWorks網(wǎng)等現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。RS-422/485串口傳輸速率在1km內可達100kb/s，RS-422為全雙工，RS-485為半雙工，訪問方式為主從問答式。RS-422/485網(wǎng)絡的缺點是接點數(shù)目較少，不易實現(xiàn)多主冗余，通信有瓶頸問題，還有信號反射、中間節(jié)點問題。

(2)中壓變電站通信網(wǎng)絡

中型樞紐110kV變電站的多主冗余要求和節(jié)點數(shù)量增加使RS-422/485難以勝任。CAN總線、LonWorks網(wǎng)一般可以勝任。500 m時LonWorks網(wǎng)傳輸速率可達1 Mb/s，LonWorks網(wǎng)在監(jiān)測網(wǎng)絡節(jié)點異常時可使該節(jié)點自動脫網(wǎng)，媒介訪問方式LonWorks網(wǎng)為載波監(jiān)聽多路訪問/沖撞檢測(CSMA/CD)方式，內部通信遵循Lon Talk協(xié)議，LonWorks網(wǎng)為無源網(wǎng)絡，脈沖變壓器隔離，抗電磁干擾能力很強，重要信息有優(yōu)先級。CAN總線是是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，在小于40 m時通信速率可達l Mb/s。

CAN總線的一大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標識碼可由11位或29位二進制數(shù)組成，數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足工業(yè)領域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求，8字節(jié)不會占用總線時間過長，保證了數(shù)據(jù)通信的實時性。

(3)高壓及超高壓變電站通信網(wǎng)絡

220kv及以上變電站節(jié)點數(shù)目多，站內分布成百上千個CPU，數(shù)據(jù)信息流大，對速率指標要求高(要求速率130kb/s)，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的實時性、帶寬和時間同步指標會力不從心，應當考慮基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡。以太網(wǎng)為總線式拓撲結構，采用CSMA/CD介質訪問方式，物理層和鏈路層遵循IEEE802.3協(xié)議，應用層采用TCP／IP協(xié)議,傳輸速率高達10Mb/s，可容納1024個節(jié)點，距離可達2.5km。

由以上分析可見，具體采用何種方案應當在遵循有關基本原則的基礎上根據(jù)變電站的電壓等級、具體情況、成本等因素綜合考慮。

6.結論

在設計變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡方案的過程中，應遵循變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡設計的基本原則，結合實際情況選擇適當?shù)木W(wǎng)絡結構和通信技術，針對不同電壓等級和復雜程度的變電站有著不同的解決方案。在本文中提到基于嵌入式以太網(wǎng)的變電站自動化通信網(wǎng)絡。這也是未來發(fā)展的趨勢，為了實現(xiàn)變電站自動化通信系統(tǒng)更好的開放性、魯棒性和互操作性，對基于嵌入式以太網(wǎng)的變電站自動化通信網(wǎng)絡的優(yōu)先級和實時性等問題需要重點考慮。

7.文獻資料

[1]王晨皓.現(xiàn)場總線技術及其在變電站自動化中的應用[J].河科學,2004,22(6):859-862.[2]李靜,于文斌.以太網(wǎng)在變電站自動化系統(tǒng)通信中的應用[J].電力自動化設備，2006,7.[3]任雁銘,操豐梅,秦立軍等.基于嵌入式以太網(wǎng)的變電站自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡[J].電力系統(tǒng)自動化,200l,25(17):36-38．

[4]孫軍平,盛萬興等.新一代變電站自動化網(wǎng)絡通信系統(tǒng)研究[J].中國電機工程學報，2003,3(23):16-19.[5]王海峰,丁杰．對變電站內若干網(wǎng)絡通信問題的探討[J].電網(wǎng)技術,2004,28(24)：65-68,73．

[6]任雁銘,秦立軍,楊奇遜.變電站自動化系統(tǒng)中內部通信網(wǎng)的研究[J].電網(wǎng)技術,2000, 24(5).[7]王飛,劉洪才,潘立冬.分層式結構變電站自動化通信系統(tǒng)研究綜述[J].華北電力大學學報,2007,34(1):22-25.

第二篇：變電站綜合自動化系統(tǒng)研究

變電站綜合自動化系統(tǒng)優(yōu)化設計

劉欣宇

（開灤荊各莊礦業(yè)公司

河北唐山

063026）

摘要

隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，變電站綜合自動化技術也得到高速發(fā)展。變電站綜合自動化技術實際上是利用計算機技術、現(xiàn)代通信技術，對變電站內的二次設備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障濾波、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行重新組合、優(yōu)化設計，對變電站全部設備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。它的出現(xiàn)為變電站的小型化、智能化、擴大設備的監(jiān)控范圍、提高變電站安全可靠、優(yōu)質和經(jīng)濟運行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎保證。它的運用取代了運行工作中的各種人工作業(yè)，從而提高了變電站的運行管理水平。

【關鍵詞】

自動化

優(yōu)化設計

智能化

第一章、緒

論

變電站綜合自動化技術實際上是利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術，對變電站內的二次設備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障濾波、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行重新組合、優(yōu)化設計，對變電站全部設備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內各設備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運行監(jiān)視和控制任務。變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設備，簡化了變電站二次接線。1.1發(fā)展變電站綜合自動化的必要性及意義

變電站作為整個電網(wǎng)中的一個節(jié)點，擔負著電能傳輸、分配的監(jiān)測、控制和管理的任務。變電站的繼電保護、監(jiān)控自動化系統(tǒng)是保證上述任務完成的基礎，變電站自動化是電網(wǎng)自動系統(tǒng)的一個重要組成部分。另外，隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，新增大量的發(fā)電廠和變電站，使得電網(wǎng)結構日趨復雜，這樣就要求各級電網(wǎng)調度值班人員掌握、管理、控制的信息量也大量增長，電網(wǎng)故障處理和恢復卻要求更為迅速和準確，發(fā)展變電站綜合自動化已經(jīng)是大事所趨，作為變電站自動化系統(tǒng)，它應確保實現(xiàn)以下要求；

（1）實時檢測電網(wǎng)故障，盡快隔離故障部分。

（2）采集變電站運行實時信息，對變電站運行進行監(jiān)視、計量和控制。

（3）采集一次設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，供維護一次設備參考。（4）實現(xiàn)當?shù)睾髠淇刂坪途o急控制。（5）確保通信要求。1.2變電站綜合自動化系統(tǒng)狀況

現(xiàn)有的變電站有三種形式：第一種是傳統(tǒng)的變電站；第二種是部分實現(xiàn)微機管理、具有一定自動化水平的變電站；第三種是全面微機化的綜合自動化變電站。我國是從20世紀60年代開始研制變電站自動化技術，到70年代初，先后研制出了電氣集中控制裝置和集保護、控制、信號為一體的裝置。具有代表性的有：北京四方公司的CSC2000系列綜合自動化系統(tǒng)、南京南瑞集團公司的BSJ—2200計算機監(jiān)控系統(tǒng)、上海惠安PC2000變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、南京南瑞繼電保護電氣有限公司的RCS—9000系列綜合自動化系統(tǒng)等。

目前變電站綜合自動化技術在我國的應用范圍，由電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)、城市供電網(wǎng)、農村供電網(wǎng)擴展到企業(yè)供電網(wǎng)；其電壓等級，由當初的35—110KV變電站，向上擴展到200—500KV變電站，向下延伸到10KV乃至0.4KV配電網(wǎng)絡，幾乎覆蓋到全部供電網(wǎng)絡。其技術涉及到自動控制、遠動、通信、繼電保護、測量、計量、在線監(jiān)測、信號及控制等二次系統(tǒng)。

第二章、變電站自動化系統(tǒng)設計概述

自1987年我國自行設計、制造的第一個變電站綜合自動化系統(tǒng)投入運行以來，變電站綜合自動化技術已得到了突飛猛進的發(fā)展，結構體系也不斷完善，技術日趨成熟。2.1變電站綜合自動化的體系結構

變電站綜合自動化采用自動控制和計算機技術實現(xiàn)變電站二次 系統(tǒng)的部分或全部功能。為達到這一目的，滿足電網(wǎng)運行對變電站的要求，變電站綜合自動化系統(tǒng)體系結構如圖1所示。

調度控制中心變電站主計算機系統(tǒng)通信控制管理直流電源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制電氣計算自動裝置繼電保護輔助設施系統(tǒng)電量和非電量檢測開關量信號采集操作控制線路保護主變和電容器保護母線保護圖1 變電站綜合自動化體系結構圖

“數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構成變電站自動化基礎。“通信控制管理”是橋梁，聯(lián)系變電站內部各部分之間、變電站與調度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)。“變電站主計算機系統(tǒng)”對整個綜合自動化系統(tǒng)進行協(xié)調、管理和控制，并向運行人員提供變電站運行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫面，使運行人員可遠方控制斷路器分、合閘操作。“通信控制管理”連接系統(tǒng)各部分，負責數(shù)據(jù)和命令傳遞，并對這一過程進行協(xié)調、管理和控制。2.2變電站綜合自動化的結構模式

變電站綜合自動化系統(tǒng)的結構模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式三種。本次優(yōu)化設計采用的是分布分散式結構。分布分散式結構系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層和間隔層。

該系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動化技術發(fā)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(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護和擴展。分布分散式結構框圖如圖2所示。

打印機運行工作站以太網(wǎng)電網(wǎng)調度中心操作控制中心通信控制器現(xiàn)場總線保護測控單元1#保護測控單元公用信號單元保護測控單元1#保護測控單元圖2 分布分散式系統(tǒng)框圖分布分散式結構的主要優(yōu)點有；

（1）間隔級控制單元的自動化、標準化使系統(tǒng)適用率較高。（2）包含間隔級功能的單元直接定位在變電站的間隔上。（3）邏輯連接到組態(tài)指示均可由軟件控制。

（4）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。（5）簡化了變電站二次設備之間的連線，節(jié)省了大量連接電纜。（6）分布分散式結構可靠性高、組態(tài)靈活、檢修方便。2.3變電站自動化系統(tǒng)設計所具有的功能

根據(jù)實際應用需要，本次所設計的變電站自動化系統(tǒng)具有以下主要功能：

一、監(jiān)控子系統(tǒng)的功能

監(jiān)控子系統(tǒng)取代了常規(guī)的測量系統(tǒng)，取代針式儀表；改變常規(guī)的操作機構和模擬盤，取代常規(guī)的告警、報警、中央信號、光字牌等；取代常規(guī)的運動裝置等等。監(jiān)控子系統(tǒng)功能有： 1.數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集有兩種。一種是變電站原始數(shù)據(jù)采集。原始數(shù)據(jù)直接來自一次設備，如：電壓互感器、電流互感器的電壓和電流信號、變壓器溫度以及斷路器的輔助接點、一次設備狀態(tài)信號。變電站原始數(shù)據(jù)包括模擬量和開關量。另一種是變電站自動化系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)交換或采集，典型的如：電能量數(shù)據(jù)、直流母線電壓信號、保護信號等。

2.數(shù)據(jù)庫的建立與維護

監(jiān)控子系統(tǒng)建立實時數(shù)據(jù)庫，存儲并不斷更新來自I/O單元及通信接口的全部實時數(shù)據(jù)；建立歷史數(shù)據(jù)庫，存儲并定期更新需要保存的歷史數(shù)據(jù)和運行報表數(shù)據(jù)。3.順序事件記錄及事故追憶

順序事件記錄包括；斷路器跳合閘記錄，保護及自動裝置的動作順序記錄，斷路器、隔離開關、接地開關、變壓器分接頭等操 作順序記錄，模擬輸入信號超出正常范圍等。事故追憶功能，追憶范圍為事故前1分鐘到事故后2分鐘的所有相關模擬量值，采樣周期與實時系統(tǒng)采樣周期一致。4.故障記錄 5.操作控制功能

變電站運行人員可通過CRT屏幕對斷路器、允許遠方電動操作操作的隔離開關和接地開關進行分、合操作；對變壓器及站用變壓器分接頭位置進行調節(jié)控制；對補償裝置進行投、切控制，為了防止計算機系統(tǒng)故障時無法操作被控設備，在設計時，保留人工直接跳、合閘方式，即操作控制有手動和自動兩種控制方式。6.安全監(jiān)視功能

監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量要不斷進行超限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)超限，立刻發(fā)出告警，同時記錄和顯示越限時間和越限值，另外，還監(jiān)視保護裝置是否失電，自控裝置是否正常。7.人機聯(lián)系功能

（1）CRT顯示器、鼠標和鍵盤是人機聯(lián)系的橋梁。（2）CRT顯示畫面，實時顯示各種技術數(shù)據(jù)。

（3）輸入數(shù)據(jù)，指輸入電流互感器和電壓互感器變比、保護定值和越限報警定值、自動控制裝置的設定值、運行人員密碼等。

8.打印功能 9.在線計算及制表功能 10.運行管理功能

運行管理功能包括：運行操作指導、事故記錄檢索、在線設備管理、操作票開列、模擬操作、運行記錄及交接班記錄等。

二、微機保護系統(tǒng)功能

微機保護系統(tǒng)功能是變電站綜合自動化系統(tǒng)的最基本、最重要的功能，它包括變電站的主要設備和輸電線路的全套保護：高壓輸電線路保護和后備保護；變壓器的主保護、后備保護；母線保護；低壓配電線路保護；無功補償裝置保護；所用變壓器保護等。

各保護單元，除具備獨立、完整的保護功能外，還具有以下附加功能：

1.具有事件記錄功能。2.具有與系統(tǒng)對時功能。3.具有存儲多種保護定值功能。4.具備就地人機接口功能。5.具備通信功能。6.具備故障自診斷功能。

7.具有滿足保護裝置的快速性、選擇性和靈活性要求。

第三章、變電站自動化系統(tǒng)設計方案

本設計采用RCS—9600系列分布變電站綜合自動化系統(tǒng)，此系統(tǒng)是南瑞繼保電氣有限公司為適應變電站綜合自動化的需要，在總結多年從事變電站綜合自動化系統(tǒng)開發(fā)、研究經(jīng)驗的基礎上，運用新 技術、新規(guī)約推出的新一代集保護、測控功能于一體的新型變電站自動化系統(tǒng)。實用于高壓和超高壓等級變電站，滿足35—500KV各種電壓等級變電站綜合自動化需要。3.1 RCS—9600系統(tǒng)構成

RCS—9600綜合自動化系統(tǒng)整體分三層，即變電站層、通信層、間隔層，硬件主要由保護測控單元、通信控制單元和后臺監(jiān)控系統(tǒng)組成。其系統(tǒng)結構圖如圖

3、圖4所示

工作站1#打印機1#工作站2#打印機2#以太網(wǎng)通信控制器調度通信現(xiàn)場總線硬件對時通信控制器保護測控單元電流、電壓開關信保護測控單元電流、電壓開關信保護測控單元電流、電壓開關信保護測控單元電流、電壓開關信圖3 RCS—9600系統(tǒng)結構圖1

計算機監(jiān)控系統(tǒng)打印機五防工作站以太網(wǎng)電網(wǎng)調度中心操作控制中心通信控制器保護測控單元1#保護測控單元公用單元保護測控單元1#保護測控單元圖4 9600系統(tǒng)結構圖23.2 RCS—9600后臺監(jiān)控系統(tǒng)一、硬件部分

系統(tǒng)結構采用雙機配置，其中兩個工作站用于變電站實時監(jiān)控，相互備用。主計算機系統(tǒng)通過兩臺通信控制器與變電站內的保護、測量相連接，實現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)采集和控制，兩臺通信控制器互為備用，任一臺出現(xiàn)故障，可自動切換，接替故障設備工作。圖

3、圖4兩種配置軟硬件平臺完全一樣。用戶可隨著變電站規(guī)模的擴大，逐步發(fā)展擴充原有系統(tǒng)。保護測控單元是硬件的主要部分，保護單元主要有交流插件、CPU插件、繼電器出口回路、顯示面板和電源及開入插件等模塊構成。RCS—9600系列保護測控單元硬件典型結構如圖5所示。

通信接口液晶顯示面板交流插件板板出口繼電器板交流電壓 輸入交流電流 輸入控制電源手動操作去跳合閘線圈電源與開入板直流電源空接點信號輸入

圖5 保護測控單元硬件結構框圖

二、軟件部分

軟件部分包括WingdowsNT/2000操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、畫面編輯和應用軟件等幾個部分，如圖6所示。

數(shù)據(jù)庫生成器前置實時數(shù)據(jù)庫計算數(shù)據(jù)庫 保 護 操作票歷史數(shù)據(jù)庫事件庫事故追憶庫濾波數(shù)據(jù)庫 畫 面 畫面庫報表曲線報警事件事故追憶濾波畫面編輯器

圖6 監(jiān)空控系統(tǒng)軟件結構圖

軟件平臺為WingdowsNT/2000操作系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)庫ANSI標準SQL接口，適用工業(yè)標準的TCP/IP網(wǎng)絡構成分布網(wǎng)絡結構，采用面向對 象的VC++語言編程，系統(tǒng)具有廣泛的實用性和可移植性。三.保護測控單元裝置

RCS—9600系列保護測控單元主要有：電源自投保護測控單元、變壓器保護測控單元、線路保護測控單元、公用信號測控單元、通信控制單元等組成，完全可以滿足整個電網(wǎng)系統(tǒng)的各類保護需要。電源自投保護裝置適用于圖

7、圖8兩種連接方式，假定兩臺主變壓器分列運行或一臺運行一臺備用。

（1）若正常運行時，一臺主變壓器帶兩段母線并列運行，另一臺備用，采用進線（變壓器）備自投；若正常運行時，兩段母線分列運行，每臺主變壓器各帶一段母線，兩段母線互為備用，采用分段備自投。

（2）若正常運行時，一條進線帶兩段母線并列運行，采用進線備自投；若正常運行時，兩段母線分列運行，每條進線帶一段母線，兩段母線互為備用，采用分段備自投。

號主變號主變

圖7 備自投接線方式1

號進線號進線

圖8備自投接線方式2 以上是電源自投保護測控單元控制原理，其他保護單元在此不做詳細敘述。

第四章、結 束 語

隨著計算機技術、電子技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，變電站綜合自動化技術將得到更快的發(fā)展。未來的變電站自動化系統(tǒng)也將更完善成熟，逐步實現(xiàn)變電站的小型化、智能化、無人職守化、提高變電站安全可靠、優(yōu)質和經(jīng)濟運行；提高變電站的運行管理水平，更好的服務于社會經(jīng)濟建設。

參考文獻

【1】王遠章、徐繼民等，《變電站綜合自動化現(xiàn)場技術與運行維護》.第一版.北京.中國電力出版社、2004.9 【2】鄭文波、陽憲惠等，《現(xiàn)場總線技術綜述》第一版.北京.機械與電子出版社.1997 【3】胡穗延.《全礦井綜合自動化控制系統(tǒng)》，第一版、北京、清華大學出版社、1998 【4】祝龍記、王汝琳等，《變電站分布式智能控制系統(tǒng)》.第一版.北京.工礦自動化.2003 【5】張全元.《工廠供電》.第一版.北京.機械與電子出版社.2003

作者簡介：姓名：劉欣宇，性別：男，29歲，荊各莊礦業(yè)公司機運隊機電副隊長，電氣助理工程師。

第三篇：變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信技術

淺談變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信技術

【摘要】變電站綜合自動化功能的實現(xiàn)，離不開站內工作可靠、靈活性好、易于擴展的通信網(wǎng)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(tǒng)中，通信網(wǎng)絡是一個重要的環(huán)節(jié)。本文對通信網(wǎng)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(tǒng)；信息傳輸；數(shù)據(jù)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(tǒng)實質上是由多臺微機組成的分層分布式的控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控、繼電器保護、電能質量自動控制系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)。在各個子系統(tǒng)中，往往又由多個智能模塊組成，例如微機保護子系統(tǒng)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(tǒng)內部，必須通過內部數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)各子系統(tǒng)內部和各子系統(tǒng)間信息交換和實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)中電能傳輸、交換、分配的重要環(huán)節(jié)，它集中了變壓器、開關、無功補償?shù)劝嘿F設備。因此，對變電站綜合自動化系統(tǒng)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(tǒng)中各環(huán)節(jié)的故障信息要及時上報控制中心，同時也要能接受和執(zhí)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(tǒng)的數(shù)據(jù)通信包括兩方面的內容：一是綜合自動化系統(tǒng)內部各子系統(tǒng)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(xiàn)場的綜合自動化系統(tǒng)一般都是分層分布式結構，傳輸?shù)男畔⒂幸韵聨追N：

（一）現(xiàn)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(xiàn)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(tài)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(jiān)視、測量之間的數(shù)據(jù)交換。這類信息有如測量數(shù)據(jù)、斷路器狀態(tài)、器件的運行狀態(tài)、同步采樣信息等。

同時，不同間隔層之間的數(shù)據(jù)交換有：主、后備繼電保護工作狀態(tài)、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(tài)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(tài)、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(jié)，自動裝置的投入與退出等。

3、參數(shù)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(jù)各設備的任務和功能的特點，傳輸所需的測量信息、狀態(tài)信息和操作命令等。

二、綜合自動化系統(tǒng)與控制中心的通信[

2、3]

綜合自動化系統(tǒng)前置機或通信控制機具有執(zhí)行遠動功能，能將變電站所測的模擬量、電能量、狀態(tài)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(shù)據(jù)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(tǒng)通信框圖

為了保證與遠方控制中心的通信，在常規(guī)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(tǒng)的遠動系統(tǒng)。一般根據(jù)現(xiàn)場的要求，系統(tǒng)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(guī)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(tǒng)通信的要求

（一）變電站通信網(wǎng)絡的要求

由于變電站的特殊環(huán)境和綜合自動化系統(tǒng)的要求，其數(shù)據(jù)網(wǎng)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(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡要及時地傳輸現(xiàn)場的實時運行信息和操作控制信息。在電力工業(yè)標準中對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送有嚴格的實時性指標，網(wǎng)絡必須很好地保證數(shù)據(jù)通信的實時性。[

2、5]

2、很高的可靠性。電力系統(tǒng)是連續(xù)運行的，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡也必須是連續(xù)運行的，通信網(wǎng)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(tǒng)的運行，設計不合理的系統(tǒng)，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(tǒng)的通信子系統(tǒng)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(huán)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(huán)境惡劣，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)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(tǒng)的分層分布式結構決定的，也只有實現(xiàn)通信系統(tǒng)的分層，才能實現(xiàn)整個變電站綜合自動化系統(tǒng)的分層分布式結構。系統(tǒng)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(wǎng)絡環(huán)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(jīng)常傳輸?shù)谋O(jiān)視信息。（1）監(jiān)視變電站的運行狀態(tài)，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(jīng)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(yōu)先級可降低。（3）刷新變電站數(shù)據(jù)庫所需的信息可以采用定時召喚方式。

2、突發(fā)事件產生的信息。（1）系統(tǒng)發(fā)生事故的信息要求傳輸時延最小，優(yōu)先級最高。（2）正常操作的狀態(tài)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(tài)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(tǒng)的通信功能

變電站綜合自動化系統(tǒng)由微機保護子系統(tǒng)、自動裝置子系統(tǒng)及微機監(jiān)控子系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)通信外，還包括通過監(jiān)控系統(tǒng)與控制中心的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

1、接受監(jiān)控系統(tǒng)查詢。

2、向監(jiān)控系統(tǒng)傳送事件報告，具有遠傳數(shù)據(jù)功能，失電后這些信息還能保留。

3、向監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)對時，修改時鐘。

5、修改保護定值。

6、接受調度或監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)傳送保護主要狀態(tài)。

（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(jiān)控系統(tǒng)的通信。

1、小電流接地系統(tǒng)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(jié)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(jié)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(jiān)控后臺機自動就地控制。

（三）微機監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能[

3、4]

1、具有擴展遠動RTU功能

傳統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的遠動功能。此外，還包括變電站其他信息的監(jiān)視和控制功能，如溫度、壓力、消防、直流系統(tǒng)等，幾乎整個變電站的所有信息均通過網(wǎng)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(tǒng)通信的功能

變電站微機監(jiān)控系統(tǒng)與系統(tǒng)的通信具備兩條獨立的同通信通道。一條是常規(guī)的電力載波通道，一條是數(shù)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(tǒng)二次設備的模式，在簡化系統(tǒng)、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(fā)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(wǎng)絡化、綜合智能化、多媒體化的方向發(fā)展。

參考文獻：

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第四篇：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(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現(xiàn)對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監(jiān)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(tǒng)變電站的缺點：

（1）安全性、可靠性不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(yōu)越性：

（1）變電站綜合自動化系統(tǒng)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(tǒng)的二次設備模式，信息共享，簡化了系統(tǒng)，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(wǎng)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(wǎng)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(jīng)濟性。

6、變電站的數(shù)據(jù)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(jīng)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(lián)、串聯(lián)有源電力濾波器的不同點及示意圖。[P17內詳]

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

10、電力系統(tǒng)頻率偏移的原因：電力系統(tǒng)的頻率與發(fā)電機的轉速有著嚴格的對應關系，而發(fā)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(fā)電機輸出的電磁功率保持平衡，則發(fā)電機的轉速將保持不變，電力系統(tǒng)所有發(fā)電機輸出的有功功率的總和，在任何時刻都將等于此系統(tǒng)包括各種用電設備所需的有功功率和網(wǎng)絡的有功損耗的總和。但由于有功負荷經(jīng)常變化，其任何變動都將立刻引起發(fā)電機輸出電磁功率的變化，而原動機輸入功率由于調節(jié)系統(tǒng)的滯后，不能立即隨負荷波動而作相應的變化，此時發(fā)電機轉軸上的轉矩平衡被打破，發(fā)電機的轉速將發(fā)生變化，系統(tǒng)的頻率隨之發(fā)生偏移。

11、電力系統(tǒng)頻率降低的危害：

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

（2）系統(tǒng)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(fā)出的無功功率就會減少。（3）系統(tǒng)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(tǒng)正常運行時，備用電源不工作的稱明備用。系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的特點：（1）功能綜合化

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

14、光電傳感器的優(yōu)越性：

（1）優(yōu)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(tài)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(fā)出總線請求信號HOLD；

（2）當CPU發(fā)出總線請求認可信號HLDA后，接管對地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的控制，進入DMA方式；（3）發(fā)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(fā)出讀或寫等控制信號；

（5）能控制傳送的字節(jié)數(shù)及判斷DMA傳送是否結束；

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

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(wǎng)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(jīng)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(wǎng)絡的要求：快速的實時響應能力，很高的可靠性，優(yōu)良的電磁兼容性能，分層式結構。

25、數(shù)據(jù)通信的傳輸?shù)姆绞剑翰⑿袛?shù)據(jù)通信和串行數(shù)據(jù)傳輸。

26、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)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(wǎng)絡的拓撲結構：點對點結構、星型結構、總線結構和環(huán)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(guī)則附上若干碼元（稱監(jiān)督碼），作為信息編碼的一部分，傳輸?shù)浇邮斩耍邮斩藙t按約定的規(guī)則對所收到的碼進行檢驗。30、幾種常用的監(jiān)督碼構成方法：奇偶校驗、縱向冗余校驗和循環(huán)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(tǒng)能夠在規(guī)定的電磁環(huán)境下不因電磁干擾而降低工作性能，它們本身發(fā)射電磁量不影響其他的設備或系統(tǒng)正常工作，從而達到互不干擾，在共同的電磁環(huán)境下一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。

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(lián)于信號源回路中的干擾，主要由長線路傳輸?shù)幕ジ旭詈纤隆＃?）共模干擾：是由網(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)的機柜和機箱采用鐵質材料。

第五篇：變電站綜合自動化教學大綱

《變電站綜合自動化》課程教學大綱

一、課程名稱：變電站綜合自動化

課程負責人：

二、學時與學分：

三、適用專業(yè)：重慶大學城市科技學院電氣學院

四、課程教材：

五、參考教材：《變電站綜合自動化》，國家電網(wǎng)公司人力資源部，中國電力出版社;第1版(2010年5月1日)。

《變電站綜合自動化原理及運用》，丁書文，中國電力出版社;第2版(2010年7月1日)。

《變電站綜合自動化原理與系統(tǒng)》，張惠鋼，中國電力出版社;第1版(2004年1月1日)。

六、開課單位：電氣信息學院電氣專業(yè)

七、課程的性質、目的和任務

《變電站綜合自動化》，是電氣工程及其自動化專業(yè)面向應用的一門專業(yè)課，是電力系統(tǒng)繼電保護及自動化方向與發(fā)電廠及電力系統(tǒng)方向的核心專業(yè)課程。本課程以“變電站綜合自動化系統(tǒng)”為載體，學生通過該門課的學習，使學生較全面地了解變電站綜合自動化系統(tǒng)的用途、結構、原理和性能，初步掌握變電站綜合自動化系統(tǒng)基本知識和技能，具備變電站綜合自動化系統(tǒng)的安裝調試、運行及事故處理的能力。

八、課程的基本要求

1、了解變電站站綜合自動化的含義。

2、掌握變電站實現(xiàn)綜合自動化的基本功能。

3、了解變電站實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)的結構形式。

4、掌握變電站綜合自動化信息的測量和采集種類和方式方法。

5、了解變電站綜合自動化中的通信技術。

6、了解變電站綜合自動化系統(tǒng)運用的新技術。

7、掌握變電站綜合自動化系統(tǒng)的智能裝置的。

8、掌握變電站綜合自動化系統(tǒng)的運行、維護及調試。

9、了解提高綜合自動化系統(tǒng)可靠性的措施。

10、熟悉變電站綜合自動化的監(jiān)控系統(tǒng)相關知識。

九、課程的主要內容

第一章 變電站綜合自動化系統(tǒng)概述 1.1 綜合自動化的基本概念 1.2 綜合自動化的優(yōu)越性

1.3 綜合自動化系統(tǒng)的主要內容和基本功能 1.4 綜合自動化系統(tǒng)的設計原則與要求

1.5 綜合自動化系統(tǒng)的硬件結構（結構形式和配置）1.6 變電站綜合自動化與無人值班變電站 1.7 變電站綜合自動化技術的發(fā)展方向 第二章 變電站綜合自動化信息的測量和采集 2.1 變電站綜合自動化信息

2.2 變電站綜合自動化信息的體系結構 2.3 變電站模擬量信息的變送器測量及采集 2.4 交流采樣技術及其應用 2.5 變電站油溫的采集 2.6 變電站狀態(tài)信息的采集 2.7 變電站實時時鐘的建立和應用 第三章 變電站綜合自動化系統(tǒng)中的通信技術 3.1 數(shù)據(jù)通信基礎 3.2 數(shù)據(jù)交換技術 3.3 計算機網(wǎng)絡基礎知識

3.4 網(wǎng)絡體系結構及OSI基本參考模型 3.5 計算機局域網(wǎng)絡 3.6 現(xiàn)場總線技術

第四章 變電站綜合自動化系統(tǒng)中的新技術應用 4.1 VQC知識 4.2 程序化操作 4.3 IEC 61850簡介

第五章 變電站運行的自動控制與調節(jié)（變電站綜合自動化系統(tǒng)的智能裝置）5.1 變電站低頻減負荷控制 5.2 變電站電壓和無功功率控制

5.3 變電站“五防”的基本概念及實現(xiàn)方法 5.4 同期知識

5.5 備用電源自動投入裝置 5.6 變電站主設備的遙控 5.7 微機故障錄波原 5.8 微機故障錄波實例

第六章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的運行、維護及調試 6.1 綜合自動化系統(tǒng)人機聯(lián)系與操作 6.2 綜合自動化系統(tǒng)運行與維護 6.3 綜合自動化系統(tǒng)的調試

第七章 提高綜合自動化系統(tǒng)可靠性的措施 7.1 綜合自動化可靠性概述 7.2 干擾來源和干擾的影響 7.3 抗干擾措施

7.4 綜合自動化系統(tǒng)的自動檢測技術 第八章 變電站綜合自動化的監(jiān)控系統(tǒng) 8.1 綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能 8.2 綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的基本結構 8.3 綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)基本要求及特點 8.4 綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)界面及監(jiān)控操作 8.5 綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的附屬部分

十、課程教學重點

1、變電站實現(xiàn)綜合自動化的基本功能。

2、變電站綜合自動化信息的測量和采集種類和方式方法。

3、變電站綜合自動化系統(tǒng)運用的新技術。

4、變電站綜合自動化系統(tǒng)的智能裝置的。

5、變電站綜合自動化系統(tǒng)的運行、維護及調試。

6、提高綜合自動化系統(tǒng)可靠性的措施。

7、變電站綜合自動化的監(jiān)控系統(tǒng)。

十一、考核方式

筆試考試

總成績=筆試考試（70%）+平時考評（30%）

十二、學時分配