第一篇：新型變電站綜合自動化的實現方案研究

新型變電站綜合自動化的實現方案研究

多媒體技術、信息技術、計算機技術以及智能控制技術等有關技術的合理應用在我國電力系統自動化的整個領域都十分的廣泛。變電站應用綜合自動化系統代替或者是更新傳統之中的變電站二次系統逐漸的成為當前電力系統在未來發展進步中的主要趨勢。文章中，筆者對新型變電站綜合自動化的實現方案進行了較為細致的分析，提出了變電站應用綜合自動化有關系統的典型構成以及技術的特點、新型變電站的綜合自動化的有關系統結構與實施研究，對加快新型變電站綜合自動化的實現具有現實意義。

一、變電站應用綜合自動化有關系統的典型構成以及技術的特點

（一）集中式的構成

變電站之中的綜合自動化系統在集中式的構成方面是按照信息類型來進行功能上的劃分，也就說，集中式的構成方案主要是利用不同類型的信息來進行功能劃分，自動化控制與管理會根據信息的種類來辨別變電站的故障位置和故障類型，以達到綜合自動化管理控制的目的。應用這種結構的有關系統其硬件和功能模塊實際上并沒有必然的聯系，各個功能模塊之間的互相連接是經過模塊化的有關軟件來實現的，各部分功能和設備的交互程度比較低，靈活程度也比較缺乏，其相關的信息是通過集中處理、運算以及采集的。由于受到了計算機本身硬件水平的桎梏，這種結構對于早期應用的自動化系統之中使用比較多。

（二）分布式的構成

分布式的整體結構是依照功能方面來進行設計的，這就區別于上述中的集中式構成，與之相比，這樣的構成方式具有更高的層次性，操作較為靈活。如果按照監控以及保護等一些功能來進行單元的劃分并進行實施分布。其相關結構主要是應用主從CPU互相協同工作的方式，各類功能模塊例如一些智能電子設備互相之間應用網絡技術或者是串行的方式來完成數據方面的通訊。分布式的有關結構對于系統的擴展以及維護非常有利，其可靠性良好，局部發生故障并不會影響到系統之中其他的模塊運行工作。其主要的安裝方式有兩種，分別為分層組屏以及集中組屏，兩種方式各有優劣，在實際的操作和設計中，可以根據變電站的實際吸取選擇不同的安裝方式。

二、新型變電站的綜合自動化的有關系統結構與實施研究

（一）系統結構的有關模型

網絡數據庫、計算機以及通信等相關技術的發展與應用使得變電站對于信息進行綜合性的管理提供了基礎。把計算機局域網的有關技術引用到變電站整體的自動化管理系統之中，逐漸成為當前的一個熱點研究問題。根據面向對象設計的分層分布式有關結構設計，劃分出一種新型的具有4層結構體系的變電站自動化有關系統，其重點就是妥善的解決在通信管理層之中存在的電力通信規約進行轉換的問題以及信息管理層之中的變電站有關信息進行綜合管理的問題。其實際的系統功能表現在：切實實現底層相關二次設備在控制方面的數字化以及智能化；完善變電站正常的遠動功能；使得變電站的有關信息能夠進行較為集中的監控以及管理。如圖所示。

從圖中可以看出：這一模型主要分為四個層次，每個層次系統都具有自身的功能，相互之間的聯系也非常的緊密，可以實現服務的快速共享，為系統用戶降低勞動強度，簡單的操作就可以對整個變電站進行管理。這樣的系統構造可以提升變電站的自動化程度，同時使其具備一定的智能化特點。

新型變電站綜合自動化4層結構模型

（二）系統的分層以及具體的功能

系統一共分為4層，具體來說就是通信管理層、信息管理層、二次設備控制層以及生產過程層。生產過程層是由變電站的一些一次設備構成的，是整個系統的最下面一層；二次設備的控制層是經過各種有關的智能設備組合形成的，從而實現其對于各自的有關對象的保護以及控制的功能；通信管理層是經由連接在IED上的主線以及作為常用網關的主/備前置機的相關系統構成，是整個系統之中的通信關鍵所在，管理站內的有關數據采集以及連接相關站級計算機或者是連接遠動系統等；至于信息管理層則是整個系統的頂層，其關鍵的構成就是站級計算機，同時也包括工作站以及服務器等，從而形成一個站內應用的計算機局域網絡，運行變電站應用的SCADA/EMS相關系統，進而完成對于數據庫的管理、人機接口以及站級控制等相關功能；切實面向變電站之中全部設備所產生的歷史數據以及參數等在主/備服務器方面的創建，所有的操作員掌控的工作站節點之中都建立有實時監測的數據庫，可以應用雙以太網冗余的相關結構構建。

（三）系統的相關原理

從圖中我們能夠了解到，二次設備的控制層之中的IED和生產之中的一次設備接口，按照對應的規約可以直接完成信息的采集以及控制調節，最后進行轉發與儲存，IED可以經過光纖或者是現場總線和有關的通信管理層進行連接，從而完成在信息方面的分配以及收集，不同種的IED對于二次設備的控制層無法直接進行信息上的交換，而是需要經過不同的現場總線經過前置機的相關網關來實施信息的交換工作。通信管理層之中的整個前置機系統能夠同時接入多個電力通信規約的相關總線設備，同時向上掛接在上部的信息管理層的有關網絡上，這是局域網之中的一個非常重要的節點，它起到收集站內相關生產信息的上傳以及下發有關管理層的實際控制信息的作用。

結束語

二次設備的相關控制層在實際接入一個徹底開放的總線網絡之后，可以讓硬件的更換以及增減更加便捷，強化了各個節點的獨立性以及自治性；信息管理層之中經過服務器和工程師工作站等有關計算機共同組成LAN，方便和其他的一些網絡系統互相關聯，進而使得整個系統能夠具有更高的安全性、可維護性以及開放性。新型變電站綜合自動化的方案的設計實現能夠進一步的提升區域內的供電質量。

（作者單位：1.陜西省電力公司檢修公司；2.西安咸陽國際機場股份公司）

第二篇：變電站綜合自動化系統的研究

變電站綜合自動化系統的研究

2013級 電氣自動化技術專業 程風榮

摘要： 變電站綜合自動化是指利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和數字信號處理（DSP）等技術，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、保護以及與調度通信等綜合性自動化功能。主要內容有變電站綜合自動化系統的功能、要求、結構形式、信息的測量與采集、變電站自動化通信技術、自控技術與調節、變電站自動化系統的運行維護及調試、提高系統可靠性措施等等。通過對變電站自動化系統的研究和對發展前景的分析，就會發現它在當今社會中的重要性。關鍵詞 變電站自動化系統 通信技術 抗干擾

Abstract：Integrated substation automation is refers to the use of advanced computer technology, modern electronic technology ,communication technique and digital signal processing(DSP)and other technology to Make automation in automatic monitoring,measurement, control, protection and scheduling communication of substation main equipment and transmission and distribution line.The main content includes the function of substation integrated automation system, requirements, structure, information

collection

and

measurement,substation

automation communications technology, control technology and adjustment,substation automation system operation maintenance and debugging, improve the system reliability measures, etc.Based on the analysis of substation automation system and the prospects of development, you will find it in today's society of importance.Keywords substation automation system communication technology anti-interference

目 錄

前 言.....................................................................................................................................................................1 第1章 變電站綜合自動化系統的內容、功能和特點..........................................................3

1.1 變電站綜合自動化系統的研究內容及基本功能......................................................................3 1.2 變電站綜合自動化系統的特點..................................................................................................3 1.3 變電站綜合自動化的發展前景..................................................................................................4

第2章 變電站綜合自動化系統的結構形式................................................................................5

2.1 變電站綜合自動化系統的設計原則和要求..............................................................................5 2.2 變電站綜合自動化系統的硬件結構..........................................................................................5

第3章 變電站綜合自動化信息的測量和采集..........................................................................9

3.1 變電站綜合自動化信息..............................................................................................................9 3.2 變壓器油溫的測量和采集........................................................................................................10

第4章 變電站綜合自動化系統的通信技術..............................................................................12 4.1 數據通信基礎............................................................................................................................12 4.1.1 數據通信的基本概念.............................................................................................................12

4.1.2 數據通信系統的結構.............................................................................................................12 4.1.3 傳輸介質.................................................................................................................................13 4.2 數據交換技術............................................................................................................................13 4.2.1 電路交換.................................................................................................................................14 4.2.2 報文交換.................................................................................................................................14 4.2.3 分組交換.................................................................................................................................14 4.3 計算機網絡基礎知識................................................................................................................15 4.3.1 計算機網絡的定義.................................................................................................................15 4.3.2 網絡拓撲結構.........................................................................................................................15 4.3.3 網絡的分類.............................................................................................................................15 4.4 計算機局域網絡........................................................................................................................16 4.5 現場總線技術............................................................................................................................16 4.5.1 現場總線概述.........................................................................................................................16 4.5.2 現場總線通信協議模型.........................................................................................................17

第5章 變電站綜合自動化系統的運行、維護及調試........................................................18 5.1 變電站綜合自動化系統的人機聯系與操作............................................................................19 5.1.1 測控和保護裝置的人機界面.................................................................................................19 5.1.2 后臺機的人機界面.................................................................................................................20 5.2 變電站綜合自動化系統運行與維護........................................................................................22 5.2.1 日常運行維護.........................................................................................................................22 5.2.2 遠程維護.................................................................................................................................23 5.2.3 技術管理.................................................................................................................................23 5.2.4 綜合自動化系統的注意事項.................................................................................................23 5.2.5 維護要領.................................................................................................................................24 5.3 變電站綜合自動化系統的調試................................................................................................25

第6章 提高綜合自動化系統可靠性的措施..............................................................................26 6.1 綜合自動化可靠性概述............................................................................................................26 6.2 干擾來源和干擾的影響............................................................................................................27

6.2.1 干擾源.....................................................................................................................................28 6.2.2 干擾信號的模式.....................................................................................................................28 6.2.3 干擾的耦合方式.....................................................................................................................28 6.2.4 干擾對變電站綜合自動化系統的影響.................................................................................29 6.3 抗干擾措施................................................................................................................................30 6.3.1 硬件方面.................................................................................................................................30 6.3.2 軟件方面.................................................................................................................................31 6.3.3 硬件自恢復電路.....................................................................................................................32

結束語...................................................................................................................................................................29 謝 辭...................................................................................................................................錯誤！未定義書簽。參考文獻..............................................................................................................................................................35

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前言

變電站是電力網絡的線路連接點，是用以變化電壓、交換功率和匯集、分配電能的設施。變電站中有不同的電壓的配電裝置、電力變壓器、控制、保護、測量、信號和通信設施以及二次回路電源等。有些變電站中還由于存在無功平衡、系統穩定和限制過電壓等因素，需要裝設同步調相機、并聯電容器、并聯電抗器、靜止補償裝置等。另外，隨著用電負荷的不斷增長和負荷密度的增大，變電站電壓等級和容量不斷提高，對供電可靠性的要求也越來越高，為此需要提高變電站的自動化水平。

近幾年來，變電站綜合自動化已成為熱門話題，引起了電力工業部門的注意和重視，并成為當前我國電力行業推行技術進步的重點技術之一。之所以如此，是因為：①隨著我國電力工業和電力系統的發展，對變電站的安全、經濟運行要求越來越高，實現變電站綜合自動化，可提高電網的安全，經濟運行水平，減少基建投資，并為推廣變電站無人值班提供了手段；②隨著電網復雜程度的增加，各級調度中心要求更多的信息，以便及時掌握電網及變電站的運行情況；③為提高變電站的可靠性，要求采用更多的遠方集中控制、集中操作和反事故措施等；④利用現代計算機技術、通信技術等提供先進的技術設備，可改變傳統的二次設備模式，實現信息共享，簡化系統，減少電纜，減少用地面積；⑤對變電站進行全面的技術改造。

變電站綜合自動化技術是應用計算機技術、通信技術、檢測技術和控制技術等，將變電站中傳統的繼電保護系統、測量系統、控制系統、調節系統、信號系統和遠動系統等多個獨立的功能系統，經優化、組合為一套智能化的綜合系統。變電站綜合自動化技術研究始于20世紀70年代末，由于計算機的廣泛應用，直到90年代，變電站綜合自動化技術得到了迅速的發展。目前該技術已經被電力系統廣泛的采納，已投入運營的變電站正逐步進行綜合自動化的改造，新建的變電站幾乎普遍采用綜合自動化系統。

隨著國民經濟的持續發展，近幾年來，電網裝機容量迅速增長，目前電力供應緊張情況暫時得到了緩解。主要的問題是城市居民反映進戶線路截面小，電表容量不足，供電質量還難以滿足生活用電需求。農村電氣化事業的發展，對促進農業發展、高產，改善農民勞動和生活條件，加速農村商品經濟的發展，有重要作用。但目前農網也有結構薄弱、線損過大、可靠性不高、收費不合理等情況，因此，加強城網和農網的建設和改造也是拉動國民

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經濟的一項重要舉措，發展變電站綜合自動化也是目前城網和農網改造的基礎環節之一。

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第1章 變電站綜合自動化系統的內容、功能和特點

1.1 變電站綜合自動化系統的研究內容及基本功能

常規變電站的二次設備主要有以下幾部分組成：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。80年代以來，很多研究者考慮如何打破原來的二次設備框框，從變電站全局出發，著手研究全微機化的變電站二次部分的優化設計問題，這就是“變電站綜合自動化系統”的由來。

10多年來，我國開展變電站綜合自動化的研究與開發工作，主要包括如下兩方面內容：（1）對220kV及以下中、低壓變電站，采用自動化系統，利用現代計算機和通信技術，對變電站的二次設備進行全面的技術改造，取消常規的保護、監視、測量、控制屏，實現綜合自動化，以全面提高變電站的技術水平，以逐步實行無人值班或減人增效。

（2）對220kV以上的變電站，主要采用計算機監控系統以提高運行管理水平，同時采用新的保護技術和控制方式，促進各專業在技術上的協調，達到提高自動化水平和運行、管理水平的目的。

實現變電站綜合自動化的目標是提高變電站全面的技術水平與管理水平，提高安全、可靠、穩定運行水平，降低維護運行成本，提高經濟效益，提高供電質量，促進配電系統自動化。實現變電站綜合自動化是實現以上目標的一項重要技術舉措。

變電站綜合自動化是多專業的綜合技術，國際大電網會議WG34.03工作組在研究變電站的數據流時，分析了變電站自動化需要完成的功能大概有63種，歸納起來可分為以下幾個功能組：①控制。監視功能；②自動控制功能；③測量表計功能；④繼電保護功能；⑤與繼電保護相關功能；⑥接口功能；⑦系統功能。結合我國的情況，具體來說變電站綜合自動化系統主要體現在下述5個子系統功能中：①監控子系統；②微機保護子系統；③電壓、無功綜合控制子系統；④電力系統的低頻減負荷控制；⑤備用電源自投控制。

1.2 變電站綜合自動化系統的特點

從變電站綜合自動化系統的基本功能的介紹中，可以看出變電站綜合自動化系統有以下幾個突出特點：

（1）功能綜合化。變電站綜合自動化系統是個技術密集、多種專業技術相互交叉、相互配

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合的系統，它包括了除一次設備和交直流源外的全部二次設備。

（2）分級分布式、微機化的系統結構。變電站綜合自動化系統內各子系統和各功能模塊由不同配置的單片機或者微型計算機組成，采用分布式結構，通過網絡、總線將微機保護、數據采集、控制等子系統連接起來，構成一個分級分布式系統。一個變電站綜合自動化系統可以有十幾個甚至幾十個微處理器同時并行工作，實現各種功能。

（3）測量顯示數字化。采用微機監控系統后，徹底改變了原來的測量手段，常規指針式儀表全被CRT顯示器上的數字顯示屏代替，直觀明了。這不僅減輕了值班員的勞動，而且提高了測量精度和管理的科學性。

（4）操作監視屏幕化。變電站實現綜合自動化后，不論是有人值班還是無人值班，操作人員不是在變電站內，就是在主控站或者調度室內，面對彩色屏幕顯示器，對變電站的設備和輸電線路進行全方位的監視和操作。

（5）運行管理智能化。變電站綜合自動化的另一個最大特點就是運行管理智能化，智能化不僅僅是能實現許多自動化的功能，更重要的是能實現故障分析和故障恢復操作智能化。總之，變電站實現綜合自動化可以全面的提高變電站的技術水平和運行管理水平，使其能適應現代化大電力系統運營的需要。

1.3 變電站綜合自動化的發展前景

在變電站綜合自動化的探索和實踐中，人們逐漸認識到一些共識性問題尚未解決。以下幾個方向將會成為發展的主要考慮因素：①變電站綜合自動化由功能分散向單位分散發展；②變電站綜合自動化由集中控制向分布式網絡發展；③從少功能向多功能發展；④向測量數據完全共享發展；⑤變電站綜合自動化向規范化方向發展。

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第2章 變電站綜合自動化系統的結構形式

2.1 變電站綜合自動化系統的設計原則和要求

為了達到變電站綜合自動化的總目標，自動化系統應滿足以下要求：（1）變電站綜合自動化系統應能全面代替常規的二次設備。

（2）變電站微機保護的軟、硬件設置既要與監控系統相互獨立，又要相互協調。（3）微機保護裝置應具有串行接口或現場總線接口，想計算機監控系統或者RTU提供保護動作信息或者保護定值等信息。

（4）變電站綜合自動化系統的功能與配置，應滿足無人值班的總體要求。（5）要有可靠、先進的通信網絡和合理的通信協議。

（6）必須保證綜合自動化系統具有高的可靠性和強的抗干擾能了。（7）系統的可延展性和適應性要好。（8）系統的標準化程度和開放性能要好。

（9）必須充分利用數字通信的優勢，現實數據共享。

（10）變電站綜合自動化系統的研究與開發工作，必須統一規劃，統一指揮。以上幾條原則和要求也可作為設計綜合自動化系統時參考。

2.2 變電站綜合自動化系統的硬件結構 1.集中式系統結構

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字量等信息，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。由前置機完成數據輸入輸出、保護、控制及監測等功能，后臺機完成數據處理、顯示、打印及遠方通訊等功能。目前國內許多的廠家尚屬于這種結構方式，這種結構有以下不足： 前置管理機任務繁重、引線多，降低了整個系統的可靠性，若前置機故障，將失去當地及遠方的所有信息及功能； 軟件復雜，修改工作量大，系統調試煩瑣；組態不靈活，對不同主接線或規模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設計，工作量大并且擴展一些自動化需求的功能較難。

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圖2.1 集中式系統結構圖

2.分布式系統結構

分布串行方式實現數據通信，將變電站自動化系統的功能分散給多臺計算機來完成。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。其結構方便系統擴展和維護，局部故障不式系統結構

按變電站被監控對象或系統功能分布的多臺計算機單功能設備，將它們連接到能共享資源的網絡上實現分布式處理。其結構的最大特點是采用主、從CPU協同工作方式，各功能模塊如智能電子設備（Intelligent Electronic Device，IED）之間采用網絡技術或影響其他模塊正常運行。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。分布式變電站綜合自動化系統自問世以來，顯示出強大的生命力。但目前，還存在在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等。

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圖2.2 分布式系統結構圖

3.分散（層）分布式結構

分散（層）分布式結構采用“面向對象”設計。所謂面向對象，就是面向電氣一次回路設備或電氣間隔設備，間隔層中數據、采集、控制單元(I/O單元)和保護單元就地分散安裝在開關柜上或其他一次設備附近，相互間通過通信網絡相連，與監控主機通信。目前，此種系統結構在自動化系統中較為流行，主要原因是：①現在的IED設備大多是按面向對象設計的，如專門的線路保護單元、主變保護單元、小電流接地選線單元等，雖然有將所有保護功能綜合為一體的趨勢，但具體在保護安裝接線中仍是面向對象的；②利用了現場總線的技術優勢，省去了大量二次接線，控制設備之間僅通過雙絞線或光纖連接，設計規范，設備布置整齊，調整擴建也很簡單，成本低，運行維護方便；③系統裝置及網絡魯棒性強，不依賴于通信網和主機，主機或1臺IED設備損壞并不影響其它設備的正常工作，運行可靠性有保證。系統結構的特點是功能分散，管理集中。分散（層）分布有兩層含義：其一，對于中低壓電壓等級，無論是I/O單元還是保護單元皆可安裝在相應間隔的開關盤柜上，形成地理上的分散分布；其二，對于110kV及以上的電壓等級，即使無法把間隔單元裝在相應的開關柜上，也應集中組屏，在屏柜上明確區分相應間隔對應的單元，在物理結構上相對獨立，以方便各間隔單元相應的操作和維護。

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圖2.3 分散（層）分布式結構圖

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第3章 變電站綜合自動化信息的測量和采集

3.1 變電站綜合自動化信息

變電站綜合自動化系統要采集的信息類型多，數量大，既有變電運行方式的信息，也有電氣設備運行方面的信息，還包括累積量和控制系統本身運行狀態信息。這些信息大致可分為兩類：第一類是與電網調度控制有關的信息，它包括常規的遠動信息和上級監控或調度中心對變電站實現綜合自動化提出的附加監控信息。這些信息在變電站測量采集后，由綜合自動化系統向上級監控或者調度中心傳送。第二類信息是為實現變電站綜合自動化站內監控所使用的信息，由監控單元或自動裝置測得的這些信息，用于變電站當地監視和控制。

這些信息包括有模擬量，開關量，脈沖量以及設備狀態等。

1.模擬量信息

（1）聯絡線的有功功率、無功功率和有功電能。（2）線路和旁路的有功功率、無功功率和電流.（3）不同電壓等級母線各段的線電壓和相電壓。（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）母線電流、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。

2.開關量信息

（1）變電站事故總信號。（2）線路母線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）線路和旁聯重合閘動作信號。（5）變壓器的斷路器位置信號。（6）線路和旁聯保護動作信號。（7）樞紐母線保護動作信號。（8）重要隔離開關位置信號。（9）變壓器內部故障綜合信號。（10）斷路器失靈保護動作信號。（11）有關過壓、過負荷越限信號。（12）有載調壓變壓器分接頭位置信號。（13）變壓器保護動作總信號。（14）斷路器事故跳閘總信號。（15）直流系統接地信號。（16）直流方式由遙控轉為當地控制信號。（17）斷路器閉鎖信號等。

3.設備異常和故障預告信息

（1）有關控制回路斷線總信號。（2）有關操作機構故障總信號。（3）變壓器油溫過高、繞

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組溫度過高總信號。（4）輕瓦斯動作信號。（5）變壓器或變壓器調壓裝置油溫過低總信號。（6）繼電保護系統故障總信號。（7）距離保護閉鎖信號。（8）高頻保護閉鎖信號。（9）消防報警信號。（10）大門打開信號。（11）站內UPS交流電源消失信號。（12）通信線路故障信號等。

變電站綜合自動化系統采集的數字量主要指系統頻率信號和電能脈沖信號，前者主要出現在保護和低周頻負荷裝置中，電能脈沖則用于遠方對系統電能的計量。

3.2 變壓器油溫的測量和采集

為適應變電站無人值班管理運行模式要求，需要將變壓器油溫、變電站控制室溫度等信號加以監視。因此，必須將這些溫度進行測量并傳送到監控中心。

測量溫度常用的一次元件有熱電阻、熱電偶、熱敏電阻等，他們都是將被測溫度轉化為以便測量的電氣信號或者器件參數的大小。熱電偶測溫原理是熱電效應，測溫范圍可達-50~1600℃，但通常用來測量300℃以上的高溫。熱電阻利用導體的電阻隨溫度變化的特征來測量溫度，被廣泛應用測量-200~500℃中、低溫區的溫度、熱敏電阻利用半導體的電阻值隨溫度變化而顯著變化的原理來測量溫度，它的測溫范圍是-50~300℃之間。

作為溫度測量的一次元件，熱電阻僅將溫度高低轉化為電阻值的大小，只有測量出電阻值的大小才能推知溫度的高低。在變電站綜合自動化系統中，用熱電阻測量的溫度信號要傳到變電站控制室或遠方控制中心。所以應采用溫度變送器，將溫度變化引起的電阻值變化，變化為適用于各級轉化的統一電信號。

1.熱電阻測溫電路

最常用的熱電阻測溫電路是電橋電路，如圖3.1所示。R1、R2、R3是固定電阻，R4是不同零電位器，r1、r2、r3是導線電阻。

Rt通過r1、r2、r3與電橋相連接，r1、r2阻值相等，當溫度變化時，r1、r2的變化量相同，由于r1、r2分別在不同的橋臂，不會產生測量誤差，r3在電源回路，對測量的影響很小。當調整至滿足電橋平衡時，則能直接由電橋檢流計測的溫度t的變化所導致的Rt的變化。

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圖 3.1 熱電阻測溫常用電路

2.信號傳送

當溫度信號要進行傳送時，需要采用與溫度變送器相配合的測量方式，如圖3.2所示。

圖 3.2 變壓器油溫的變送原理

溫度變送器的恒流電源輸出一恒定電流，在熱電阻上形成電壓信號，大小與熱電阻阻值成正比，測得該電壓信號即可獲得溫度值。在溫度變送器內，測量這個電壓信號并變送為對應的直流電壓輸出。溫度信號的測量遠傳，即將溫度變送器的輸出信號接到系統測控單元部分而實現。

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第4章 變電站綜合自動化系統的通信技術

4.1 數據通信基礎

4.1.1 數據通信的基本概念

在自動化變電站系統中數據通信主要任務有兩個：一是完成自動化綜合系統內部個子系統或者各種功能模塊間的信息交換和實現信息共享；二是完成變電站與控制中心的的通信任務。通過信息交換，能夠互相通信，實現信息共享從整體上提高自動化系統的安全性和經濟性，從而提高整個網絡的自動化水平。

4.1.2 數據通信系統的結構

數據通信系統的任務就是把信息以數據的形式從一處傳送到另一處或多處。在數據通信系統中，終端設備和計算機之間需要通信媒介連接起來，這稱為物理信道。連接方式有： ①點對點連接：如圖4.1所示:

圖4.1 點對點連接

終端與計算機間通過直接連接或者通過調制解調器用線路連接，可以是撥號線路，也可以是專線。在數據通信量比較大時該采用這種方式。

②多點式連接：為了提高物理信道的利用率，終端和計算機間的通信量不大時，可采用多點連接方式，即幾個終端通過一條公用線路與計算機相連，該方式下，計算機作為主站，終端作為從站，有計算機來控制信息的接受和發送，終端不能隨意發送信息。如圖4.2所示：

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圖4.2 多點式連接

③集中式連接：當終端要求與計算機進行通信時，為了節約信道，可以先將終端連接到多路復用器或集中器上，集中器與計算機相連。如圖4.3所示：

圖4.3 集中式連接

4.1.3 傳輸介質

①同軸電纜：中央都是一根銅線，外面包有絕緣層。

②雙絞線：由兩條導線按照一定的扭矩相互絞合在一起的、類似于電話線的的傳輸媒體。③光線：由許多細如發絲的橡膠或者玻璃纖維外加絕緣護套組成，光束在玻璃纖維內傳輸，防磁防電，傳輸穩定，適用于高速網絡和骨干網。

④無線媒體：不使用電子或光學媒體大多數情況下是利用地球的大氣作為數據的物理性通路。主要有無線電、微波、紅外線三種。

4.2 數據交換技術

按照數據傳送的實現手段劃分，交換可分為電路交換、報文交換和分組交換三種基本技術。

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4.2.1 電路交換

數據交換是指在傳送數據時，先在網絡中建立一個從源節點到目標節點的專用通道，像打電話一樣分為三個過程：①電路的建立。數據在傳送以前，要先經過呼叫過程建立一條端對端的電路。②數據傳輸。電路建立以后數據就可以直接傳輸，可以看成有一條專用的電路。③電路拆除。數據傳輸結束以后，由一方發出拆除請求，然后將連接到對方的節點逐一拆除。

4.2.2 報文交換

采用電路交換方法時，如果終端間交換的數據具有隨機性和突發性，則浪費信息容道和有效時間，而采用報文交換則不存在這個問題。

1.報文交換原理

報文交換的數據傳輸單位是報文，報文就是站點一次性要傳送的數據塊，其長度不限而且可以改變。報文交換的本質就是儲存轉發。當一個站要發送報文時，它將一個目的地址附加到報文上，網絡節點根據報文上的目的地址信息，把報文發到下一個節點，每個節點在受到整個報文并檢查無誤后，就對這個報文進行暫存，然后利用路由信息找出下一個節點的地址，再繼續把整個報文完整的傳送給它。

2.報文交換的特點

相比較電路交換而言，報文交換有以下優點： ①電路利用率高。

②在報文交換的網絡上，通信量大的時候仍然可以接收報文，不過傳送延遲會增加。③報文交換系統可以吧一個報文發送到多個目的地，而電路交換網絡很難做到這一點。④報文交換網絡可以進行速度和代碼的轉換。

4.2.3 分組交換

分組交換是對報文交換的一種改進，它他將報文分成若干個分組，每個分組的長度有個上限，有限長度的分組使得每個節點所需的存儲容量降低了，分組可以存儲到內存中，提高了交換速度。

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以上三種數據交換技術，各有特點，其適用范圍也各有不同：電路交換比較適用于一次傳送的信息量大并且通信過程中實時性要求高的業務，報文交換在實際網絡中沒有被采用，分組交換適用于交互式通信，是計算機網絡中使用最廣泛的一種交換技術。

4.3 計算機網絡基礎知識 4.3.1 計算機網絡的定義

計算機網絡是指將地理位置不同、功能獨立的多個計算機系統，利用通信設備和線路互聯起來，以功能完善的網絡軟件實現網絡中資源共享和信息交換的系統。計算機網絡有以下三個部分組成：具有獨立功能的多臺計算機；通信設備和線路；功能完善的網絡軟件。其中網絡軟件是計算機網絡組成的重要部分，主要包括網絡協議和網絡操作系統，具備了這些軟件，節點之間、計算機之間才能通信，也才能實現資源共享。

4.3.2 網絡拓撲結構

網絡拓撲是指網絡的幾何形狀，或者是它在物理上的連通性。網絡拓撲結構主要有點對點、星形、總線、環形結構等。

（1）點對點結構：兩臺計算機通過專用傳輸線路直接連接，可以采用任何介質傳輸。（2）星形結構：星形結構特點是集中式控制。網絡中各節點都是以中央節點為交換中心。（3）總線結構：總線結構中所有節點都經接口連到同一條總線上，不設中央控制裝置，是一種分散式結構。

（4）環形結構：環形結構中的各節點通過有源接口連接在一條閉合的環形通信線路中，是點-點式結構。

（5）樹形結構、網絡結構及混合型結構：樹形結構是總線型的延伸，它是一個分層分支的結構，優點是網絡易于擴充，隔離故障較容易，但缺點是線路利用率不如總線型結構高，節點對根的依賴性大，若根發生故障，則全網不能正常工作。

4.3.3 網絡的分類

根據網絡的分布范圍，可以將網絡分為局域網、城域網和廣域網。

（1）局域網：局域網的范圍較小，比如在一個建筑物或者幾個相鄰的建筑物內，范圍一般

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在幾米到幾千米。局域網往往使用專門鋪設的通信介質，配置簡便，速度高，誤碼率低。（2）城域網：其分布范圍介于局域網和廣域網之間，一般在十公里到幾十公里范圍。（3）廣域網：廣域網也成為遠程網，其范圍通常在幾十公里到幾千公里。廣域網發展較早，一般采用租用專線將分布在不同區域的各個局域網連接，構成網絡結構。

4.4 計算機局域網絡

局域網LAN是計算機技術急劇發展的新領域，他是把多臺小型、微型計算機以及外圍設備用通信線路互聯起來，并按照網絡通信協議實現通信的系統。計算機局域網的組成：

1.局域網的技術特點

隨著網絡體系結構、協議標準研究的發展，局域網技術應用的范圍越來越廣泛，主要有以下特點：①安全性方面，局域網技術無論在理論上還是在軟件和硬件上，都已經十分成熟可靠。

②技術方面，局域網具有較高的傳輸速度、低誤碼率的高質量數據傳輸環境。③由于局域網的標準化設計，系統配置組合相對靈活，允許人們方便的改變或者修改系統，而且系統設備具有十分豐富的軟件支持。④開放性方面，局域網一般采用公用通信介質，都是按照國際規標準劃組織的開放系統互聯模型來設計，可以方便的將不同廠家的設備便連接起來，具有較好的兼容性。

2.局域網的傳輸方式

局域網中使用的傳輸方式有基帶和寬帶兩種。基帶常用于數字信號傳輸，常用的傳輸媒體有雙絞線和同軸電纜。寬帶常用于無線電頻率范圍內的模擬信號的傳輸，常用同軸電纜。

4.5 現場總線技術 4.5.1 現場總線概述

在計算機數據傳輸領域內，長期以來使用RS-232和CC1TTV.24通信標準，它們是低

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數據速率和點對點的數據傳輸標準，不能支持設備之間更高層的功能操作。隨著經濟與技術的發展，用戶需要對生產系統實施更好的控制，就必須對生產過程中的信息更多、更好、更實時的進行采集。現場總線技術就是在這樣的背景下產生的。現場總線控制系統具有以下特點：

①開放性與可互操作性。開放性意味著將打破大型廠家的壟斷，給中小企業帶來了公平競爭的機會。可互操作性實現控制產品的“即插即用”功能。②徹底的分散性。徹底的分散性意味著系統具有較高的可靠性和靈活性，系統很容易進行重組和擴建，且易于維護。③成本低。衡量一套控制系統的總體成本，不僅要考慮其造價，而且應該考慮系統從安裝調試到運行維護整個生命周期內的總投入。

現場總線是安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。

現場總線可采用多種途徑傳輸數字信號，如普通電纜、雙絞線、光導纖維、紅外線、電力傳輸線等。現場總線既是通信網絡也是自控系統，現場總線所傳送的是連通、關斷電源，開關閥門的指令與數據，直接關系到處于運行操作過程之中的設備、人身和安全，因此要求信號在粉塵、噪聲、電磁干擾等較為惡劣的環境下能夠準確、及時到位。現場總線通過網絡信號的傳送聯絡，可由單個節點、也可由多個網絡節點共同完成所要求的自動化功能，是一種由網絡集成的自動化系統。

現場總線技術的分類按照傳送的數據寬度分為：①數據寬度為位的稱為傳感器總線。②數據寬度為字節的稱為設備總線。③數據寬度為塊的稱為現場總線。

按照應用的領域劃分為：①數字控制用現場總線。②機器人用現場總線。③物料經營控制用現場總線。④批量過程控制用現場總線。

4.5.2 現場總線通信協議模型

（1）現場總線模型。2000年國際電工委員會宣布的IEC61158現場總線標準中包括的八種現場總線，采用了完全不同的通信協議，為了滿足實時性和低造價性的要求，針對現場總線承擔的任務，現場總線通信模型一般都在OSI參考模型的基礎上進行了不同程度的簡化。IEC

TC65和ISA SP50都是負責制定現場總線的國際標準。參考模型如圖4.4所示：（2）現場總線應用層為用戶提供保存現場總線通信環境的手段，定義允許進程間相互通信的協議。

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（3）現場總線應用層通用模型可用圖4.5示意表示。現場總線通信裝置由數據終端設備（DTE）數據端連接設備（DCE）組成。現場總線的物理層包含了媒體相關子層與媒體無關子層兩部分。從圖中看出DTE包含了物理層的一部分，而DCE還包含了物理層的另一部分，既媒體相關子層。物理層不包含傳輸介質本身，但關系到不同傳輸介質的支持。

圖4.4 IEC/ISA

圖4.5 物理層應用模型

（4）現場總線數據鏈路層（DLL）。現場總線數據鏈路層位于物理層和應用層之間，DLL一般可分為邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質訪問控制子層（MAC）兩部分。LLC從其上層取得數據后，構造成幀，完成通信鏈路的建立、拆除及差錯、流量控制等。而MAC完成網絡存取控制。現場總線的總線拓撲是所有節點共享一條傳輸線路，環形拓撲也是多個節點共享環路，這就存在同一時間幾個設備同時爭用傳輸線路的問題。為了避免發生通信的碰撞的沖突，DLL采用了介質存取控制方式來管理通信，這是MAC子層的功能。現場總線中采用的介質存取控制方式主要有CSMA/CD方式和令牌方式兩類。

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第5章 變電站綜合自動化系統的運行、維護及調試 5.1 變電站綜合自動化系統的人機聯系與操作

變電站綜合自動化系統具有良好的人機界面，運行人員可通過屏幕了解各種運行情況，并進行必要的控制操作，人機聯系的主要內容包括如下：

（1）顯示畫面與數據。（2）人工控制操作。（3）輸入數據。（4）診斷與維護。

當有人值班時，人機聯系功能在當地控制系統的后臺機上進行，運行人員利用CRT屏幕和鼠標或鍵盤進行操作；當無人值班時，在監控中心的主機或工作站上進行。

與變電站綜合自動化系統相應，人機界面也分為兩個部分：一部分為現場測控或保護裝置屏的人機界面；另一部分為后臺機的人機界面。

5.1.1 測控和保護裝置的人機界面 1.鍵盤

鍵盤用于傳遞用戶命令至測控和保護裝置的任務。按人機交互系統對其不同的相應過程可將鍵盤分為數字輸入、移動選擇、確認、取消、命令鍵等五類。

2.液晶屏幕

液晶屏幕在測控和保護裝置人機交互系統中擔任著傳遞測控和保護裝置信息至用戶的任務。液晶屏幕信息的顯示采用了分層菜單結構，菜單結構建立在“頁面”的基礎上，液晶上顯示的平面由靜態文本和動態數據兩部分組成。靜態文本包括說明性的文字及提示信息等，由漢字和字符組成，在人機交互軟件中用字符串來表示；動態數據指事實刷新的數值或可由用戶修改的信息，在人機交互軟件中用數值變量來表示。

3.人機界面操作

測控和保護裝置的人機界面包括LED指示燈、LCD指示屏、鍵盤和打印機。

①人機界面及其操作

鍵盤與液晶屏相配合可進行選擇命令菜單和修改保護定值等操作。微機保護的鍵盤多數已被簡化為7-9個鍵：+、-、→、←、↑、↓、RST(復位)、SET（確認）、Q（取消）。

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②保護菜單的使用

利用菜單可以查詢保護定值、開關量的動作情況、各CPU的交流采樣值、相角、相序、時鐘、CRC循環冗余碼自檢。修改定值時，首先使人機接口插件進入修改狀態，即將允許修改開關打在修改位置，并進入調試階段，再將各保護CPU插件的運行/調試小開關打到調試位，然后在菜單中選擇要修改的CPU進入子菜單，顯示保護CPU的整定值。定值的拷貝，在多定值區修改時，先從原始定值區進入調試狀態，再將定值小撥輪撥到所需定值區，并進行定值修改、固化。這樣，要修改的全部內容只需進行某些內容的修改即可，可節省修改定值的時間。

5.1.2 后臺機的人機界面 1.后臺機人機界面布局

監控后臺機是運行及其他相關部門人員對變電站設備進行監控、操作的主要工具。而其人機對話界面則是運行人員和監控系統實現互動的最基本的和最重要的手段。①主界面和分界面的布局問題

根據各監控界面的功能不同，可采用分層布局將主接線圖、各電壓等級線路圖、光字牌圖、監控系統工況、變電站日常報表、監控數據檢索等做成按鈕并列布置在主界面上，各按鈕對應相應主界面。②光字牌布局及設計問題

在光字牌布局上，可以按不同電壓等級、公共部分進行分類。在光字牌內容上，對于二次設備應該有反應保護工作狀態、保護動作狀態、保護電源狀態等的光字牌；一次設備應該有反應設備工作狀態的光字牌。③操作界面的設計問題

界面設計操作應注意幾點。操作界面中有關設備機器運行狀態應清晰可靠，并顯示相關運行編碼，大小適于操作。各操作界面應設計統一的線條，斷路器、隔離開關的比例應合適。操作菜單應可靠定位，菜單內容應符合現場運行實際情況，并且簡潔明了。操作菜單各項內容排列不宜過分緊密。在操作界面中應可以進行實時操作界面和模擬操作界面的快速切換。

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2.后臺機操作界面

操作界面包括SCADA操作界面和事故追憶操作界面。

SCADA操作界面圖形中的斷路器、隔離開關界面及操作如下： ①遙控分/合。對于可以遙控的斷路器或隔離開關可進行遙控操作。②接地選線試跳。相冊控裝置發送接地選線試跳信號。

③遙信封鎖/封鎖解除。一旦斷路器或隔離開關對應的位置遙信被封鎖，該斷路器或隔離開關將根據定義時指定的顏色名改變為相應的封鎖顏色。顏色類型表中的顏色設置可通過數據庫組態程序進行修改。解除斷路器或隔離開關對應的位置遙信封鎖狀態，該遙信量開始接受正常數據刷新，設備顏色改為正常的顏色。

SCADA操作界面中動態數據界面及操作如下：

①人工設置。彈出“人工設置”對話框，輸入封鎖值并確認，則動態數據的數值改變，并且顏色也變為顏色類型表中設定的遙測人工設置的顏色。

②解除封鎖。解除該動態數據封鎖狀態，該動態數據開始接受正常數據刷新，并且顏色改變為正常的顏色。

③今日曲線。自動調出曲線工具并顯示出該動態數據的今日曲線。只有在該動態數據對應的數據測點被加入到定值采樣表中時才會使今日曲線可用。SCADA操作界面中變壓器界面及其操作如下： ①遙調升。使變壓器檔位上升一檔。②遙調降。使變壓器檔位下降一檔。

③急停。當變壓器發生滑檔時，使變壓器停止調檔動作。

④設置標志牌。可以選擇掛上或拆除“接地”、“檢修”、“危險”、“故障”等四種標志牌。掛上標志牌則在相應標志牌位置顯示一個“√”，否則為拆除標牌。

SCADA操作界面圖形中其他區域界面及操作如下：

①圖形選擇。與主菜單的文件打開菜單相似，只是“圖形選擇”是在同一窗口中用新畫面替換當前打開頁面，而“文件打開”則新開一個畫面窗口。

②導航圖。彈出“導航圖”窗口。如果畫面非常大而不能完全顯示，通過導航圖可以方便的實現畫面漫游。

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③放大/縮小。沒單擊一次，畫面的放大或縮小倍數便增加或減少0.1。

④無級縮放。畫面進入無級縮放狀態，鼠標光標變為一個帶加減號的放大鏡，按鼠標左鍵，向上移動為縮小圖形，向下移動為放大圖形。按下鼠標右鍵則為退出無級縮放狀態。事故追憶操作界面如下：彈出“選擇事故”對話框。雙擊其中一個事故，畫面將會放映出該事故發生時的歷史斷面，同時顯示工具條，點擊工具欄的“上一步”或“下一步”按鈕，則畫面按歷史時間分別向前或向后一定的時間間隔顯示。

5.2 變電站綜合自動化系統運行與維護 5.2.1 日常運行維護 1.建立完善的運行巡檢制度

建立嚴格的運行管理體制，責任到人，并配備專職技術員，對設備進行定期巡檢，內容如下：

①巡檢運行中的設備和各種信號燈的工況。

②檢查運行設備自檢信息和報告信息，如有不正常應及時報告主管人員進行處理。③監察正常運行顯示，始終；檢查零漂，檢驗各電壓、電流通道刻度和測量誤差；檢查定值區、固化定制是否與定值通知單一致；檢查遙信動作情況，與調度核對數據量和狀態量；對設備進行采樣值檢查。④檢查監控機和五防機。

⑤檢查通信系統工作是否正常，如微機保護CPU與管理單元通信是否正常；前置機與后臺機通信是否正常；檢查遙測、要信、遙控、遙調是否正常等。⑥檢查各設備電源指示燈及其工作電源是否正常。⑦檢查設備的連接片切除手柄是否在正確位置。

⑧對不間斷電源進行自動切換檢查，對UPS電源放電時間進行合格測試。

2.缺陷管理

建立缺陷管理制度和缺陷處理記錄，值班人員通過每日巡視設備及時發現問題，通知相關人員及時處理。平時進行運行分析、事故預想與反事故演習，使事故和缺陷處理準確

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迅速。3.其他

針對不同的現場情況，對設備采取防塵、驅潮、防寒、防雷等措施。

5.2.2 遠程維護

由于變電站中央信號系統功能由當地監控系統來取代，因此對于當地監控系統軟件及參數的日常維護與管理，是其能夠安全穩定運行的重要保證。

由于變電運行人員的計算機熟悉程度和操作技能的差異，對當地監控系統軟件使用過程中的一些問題無從下手，客觀上需要專業人員通過與安防監控軟件實施院方診斷和在線技術支持，以便迅速處理問題。因此，對自動化綜合系統實時在線遠程維護勢在必行。

在被控站后臺監控軟件運行異常情況下，對被控站后臺監控軟件異常運行狀況進行準確定位。對被控站后臺監控軟件發生程序“走死”情況時，進行遠方軟、硬件重新啟動。被控站后臺監控軟件運行出錯時，通過主站數據驗證機及時接收遠程維護主機傳來的被控站當地系統資料并進行仿真運行，驗證結果正確后將其下載至被控站當地系統運行。被控站后臺監控軟件崩潰時，將主站端數據備份機相應遠程備份程序恢復至被控站當地系統，保證綜合自動化變電站當地監控系統可靠運行。

5.2.3 技術管理

綜合自動化系統投運時，應具備完整的技術文件，運行資料由專人管理，并保證齊全準確，對系統運行情況進行綜合分析和評價，對不正確的動作應分析原因，提出改進對錯，并及時報主管部門；微機繼電保護裝置型號不宜過多，對其檢驗應規范、標準，裝置要有備品備件，要有專責維護人員，建立完善的崗位責任制。

5.2.4 綜合自動化系統的注意事項

(1)使用每一樣新設備前要求詳細的閱讀其說明書，清楚的了解工作原理及工作性能，確認無問題后再投入使用。

（2）變電站整個接地系統應可靠遵循電力系統運行要求。

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（3）對腐蝕性氣體濃度較大的環境中，應將二次設備與腐蝕性氣體可靠地進行隔離。（4）在溫差較大及濕度較大的環境中應做好溫度和濕度控制，以適應設備的正常運行。（5）設備精度適中的多功能測試儀表，以便在調試和維護過程中方便的測試二次設備的輸入電壓、電流、功率、相角、TA的極性和相序、TV的極性和相序等。

（6）在變電站輔助設備的訂購中，若采用通信方式與主控設備連接，則需考慮通信違約問題。對于電能表要求采用全國電能表統一標準規約。

（7）若無特殊說明所有的通信系統間的連線及弱信號遠傳均要求采用雙芯或多芯屏蔽電纜，以免影響測量的精度，系統數據的正常傳輸以及控制命令的正常下發。（8）替換硬件法檢查運行硬件故障時，要求： ①必須對相應線路采取有效的安全措施。②必須嚴格按照規定步驟操作。

（9）帶插件的芯片要可靠安裝，防止接觸不良引起插件工作不正常。（10）斷開直流電源后才允許插、拔插件。（11）芯片的插、拔應注意方向。

（12）如元件損壞等原因需使用烙鐵時，應使用內熱式帶接地線的烙鐵。（13）打印機在通電情況下，不能強行轉動走紙旋鈕。

5.2.5 維護要領 1.正常分析判斷異常問題

變電站綜合自動化系統是一項涉及多種專業技術的復雜性系統工程，而且是高技術設備的組合。一旦自動化系統發生了問題，就必須做到：①思路清晰。什么信息反映什么問題，一定要熟悉。②找到關鍵點縮小故障范圍。③針對以上判斷的故障范圍進一步查找故障點。分析判斷自動化系統的幾種分析方法如下：①系統分析法。也就是一種邏輯推斷法。根據系統發生的故障現象可判斷哪些設備發生什么樣的故障。②排除法。從各個部分之間的聯系點分析，縮小故障范圍，快速準確的判斷究竟是自動化設備還是相關的其他設備故障。排除法不能絕對化，因為事情也可能存在“此”與“彼”同時發生，需要更多積累經驗。③電源檢查法。運行一段時間后系統進入穩定期，設備本身發生故障的情況會比較少，但往往又產生了故障設備故障，遇到這種情況，首先檢查電源電壓是否正常，如有接觸不

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良等會造成工作電源不正常。④信號追蹤法。自動化系統是靠數據通信來完成其功能的，而數據通信可以借助設備檢測出來，因此可以借助這些工具追蹤信號或測量各節點與正常是否一致，判斷出故障點。⑤換件法。遇到故障并已經找到故障設備時，而這些設備一般很復雜，如有備用可以先直接換用，先恢復系統正常運行，然后再設法恢復故障設備。

2.做好運行維護基礎工作

基礎工作是搞好維護與檢修的前提，它的主要內容包括規章制度，信息管理及標準化、額定、計量、統計工作等。

3.做好技術培訓工作

對于一般檢修人員來說，必須具備最基本的“三熟”與“三能”。“三熟”既熟悉設備的系統和基本原理：熟悉檢修的工藝、質量和運行知識；熟悉本崗位的規章制度；“三能”既能熟練地進行本工種的修理工作和排除故障；能看懂圖紙和繪制簡單的加工圖；能掌握一般的鉗工手藝和常用材料性能。猶豫自動化系統涉及范圍廣闊，需要對運行及技術人員進行知識更新和培訓的教育，逐步提高運行維護人員的業務技術水平。

5.3 變電站綜合自動化系統的調試 1.調試目的、內容

綜合自動化裝置調試的目的是檢驗其功能、特性等是否達到設計的有關規定的要求。檢驗綜合自動化裝置之間的連接以及裝置和變電二次設備及回路間的連接是否正確，是否達到了設計及有關規定的要求；通過現場的模擬工作檢驗整套裝置的動作是否正確無誤。

綜合自動化裝置的檢測、調試主要有兩個方面的工作：一個是遠動方面的三遙項目為主的基本功能及相關檢驗和調試，另一個是以繼電保護及自動裝置為主的檢驗調試。

綜合自動化裝置調試的內容一般有下面六個內容：①關于模擬量的標準性能的檢驗。②RTU裝置或微機監控裝置的功能與特性的檢驗。③綜合自動化裝置與現場一、二次設備連接后進行的變電站自動化系統的聯調。④保護裝置的功能與特性的檢驗。⑤站內保護、測控、RTU、小電流、消弧線圈、直流屏、電能表等裝置的違約通信。⑥后臺監控系統的檢驗與調試。

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2.調試前準備工作

由于裝置的集成方式不太相同，一般以廠商為主、安裝單位配合進行裝置的現場安裝調試，在系統功能檢測之前，通常應完成如下工作：①隔離層測控單元的檢查測試。②當地監控系統的硬、軟件配置與參數組態。③站內繼電保護和自動裝置的檢查測試。④站內其他智能裝置的通信檢查測試。

3.綜合自動化裝置的功能調試

綜合自動化裝置的功能調試主要有以下幾項測試：①遙信量（開入量）輸入測試。②遙控測試。③脈沖量輸入測試。④遙測模擬量試驗。⑤事件順序記錄分辨率的測試。⑥鍵盤遙控操作。⑦系統安全措施檢查。⑧自檢與自診斷功能檢查。⑨系統遠傳通信功能。

4.綜合自動化系統的現場調試

工程調試就是要結合設計要求和系統功能進行全面細致的試驗，以滿足變電站的試運行條件，試運行時檢查保護裝置、后臺、遠動信息是否正確。綜合自動化系統的現場調試主要有以下幾點：①開關控制回路的調試。②斷路器本身信號和操動機構信號在后臺機上的反應。③開關量狀態在后臺機上的反應。④主變壓器本體信號的檢查。⑤二次交流部分的檢查。⑥直流系統保護功能的調試。⑦監控部分功能的調試。⑧差動保護極性校驗。⑨方向保護的方向校驗。⑩后臺機顯示檢查。

第6章 提高綜合自動化系統可靠性的措施 6.1 綜合自動化可靠性概述

變電站綜合自動化系統是高技術在變電站的應用，目前工作在變電站第一線的技術人員與運行人員，對綜合自動化系統的技術和系統結構還不是很了解。另一方面，變電站綜合自動化系統內部各個子系統都為低電平的弱電系統，但它們的工作環境是在電磁干擾極其嚴重的弱電場所，在那么強的電磁干擾下很容易無法正常工作，甚至損壞元器件。因此綜合自動化系統的可靠性是個很重要的問題，也是變電站綜合自動化系統的基本要求之一。

所謂可靠性，是指綜合自動化系統內部各子系統的部件、元器件在規定條件下、規定

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時間內完成規定功能的能力。如微機保護子系統的可靠性主要指不誤動、不拒動；遠動子系統的可靠性通常用平均無故障間隔時間來表示。

變電站綜合自動化系統內部各個子系統都為低電平的弱電系統，工作環境惡劣，電磁干擾嚴重。這些干擾頻率高幅度大，通過電磁耦合很容易順利的進入微機弱電系統的內部。另外，這些干擾信號的持續時間較短。由于微機裝置在其內部的時鐘控制下高速運作，不能用簡單的延時電路來躲過干擾信號，當干擾信號進入微機裝置內部后，不僅對模擬電壓和電流采樣數據的準確性有影響，而且還將毀壞裝置中的一些元器件。鑒于綜合自動化系統在運行中因出現干擾信號所帶來的問題，目前在提高可靠性的措施方面，提出三種對策：減少故障和錯誤出現幾率、利用微型機系統的自動檢測技術和采用容錯設計方式。

選用高質量的元器件、合理的制造工藝和采用屏蔽和隔離技術，可以從裝置的設計和元器件的選擇上，減少裝置故障和錯誤出現的概率；自動檢測技術是利用微型計算機在工作程序執行結束后的閑余時間，實時監測微型計算機中有關硬件設備的運行工況，當有關硬件設備出現故障時，會自動閉鎖裝置，防止裝置誤動作，并報警通知運行值班人員及早檢修、盡快恢復裝置的在線運行；容錯設計則是利用冗余的設備在線運行，保證裝置不間斷的在線運行。

6.2 干擾來源和干擾的影響

變電站內高壓電器設備的操作，低壓交流、直流回路內電氣設備的操作，雷電引起的浪涌電壓，電氣設備周圍的靜電場，電磁波輻射和輸電線路故障所產生的瞬間過程等，都會產生電磁干擾。這些干擾進入變電站內的綜合自動化系統或其他電子設備，就可能引起自動化系統工作不正常，甚至損壞某些部件或元器件。

經分析電磁干擾形成的途徑為：干擾源-耦合通道-敏感回路，所以干擾源、耦合通道和敏感回路稱為電磁干擾的三個要素。

所謂干擾源，就是指微機裝置的工作信號中，除去有用信號之外、可能影響裝置正常工作的的一些電磁信號。干擾信號來源于干擾源，通過電磁耦合通道作用于微型機內部某些敏感的回路。所以，提高微型機裝置抗干擾能力應該從阻塞耦合通道、提高敏感回路的抗干擾能力及合理設計泄放回路等幾個方面來著手解決。

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6.2.1 干擾源

干擾信號來自于干擾源。與電力系統相關的電磁干擾源有外部干擾和內部干擾兩方面。外部干擾源是指與變電站綜合自動化系統的結構無關，而是由使用條件和外部環境因素決定的干擾源。外部干擾源主要有交、直流回路開關操作、擾動性負荷短路故障、大氣過電壓、靜電、無線電干擾和核電磁脈沖等，主要表現如下三類：①變電站設備的交流電源與直流電源受低頻振動擾動。②傳導瞬變和高頻干擾。③場的干擾。內部干擾由自動化系統結構、元件布置和生產工藝所決定。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應；多點接地造成的電位差干擾；長線傳輸造成的波德反射；寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。不論是內部還是外部干擾，都具有相同的物理特性，所以消除和抑制的措施基本相同。

6.2.2 干擾信號的模式

干擾信號按其出現的方式，可分為兩種模式---差模干擾和共模干擾。差模干擾對微機裝置的正常運行影響不大，而共模干擾則危害較大。

1.差模干擾

以串聯的形式出現在信號源回路之中的干擾信號稱為差模干擾。差模干擾的產生來自于長線傳輸導線之間的互感和分布電容間的相互耦合以及高頻電路中的高頻信號在低頻電路中通過互感產生的干擾等。

2.共模干擾

引起回路的對地電位發生變化的干擾稱為共模干擾。而且共模干擾信號可能是交流信號，也可能是直流信號。它是使微型機裝置無法正常工作的重要因素。

6.2.3 干擾的耦合方式 1.靜電耦合方式

在兩條輸電導線中會存在電容耦合關系，兩條導線會因為耦合電容的存在相互給對方產生干擾信號，而且耦合電容數值越大或導線工作電源的頻率越高，會給對方產生的干擾就越嚴重。所以減少每條導線的對地電容，在一定程度上對來自相鄰電路的干擾有一定的

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抑制作用。

2.互感耦合方式

導線受相鄰線路的互感耦合產生的電磁干擾信號取決于兩個因素：①互感數值的大小的影響，互感越大，干擾越強；②相鄰線路工作電源的頻率的影響，某線路工作電源的頻率越高，則對相鄰線路的干擾就越嚴重。所以，減小導線間互感是消除互感耦合的主要途徑。

3.公共阻抗耦合

當兩個電路的電流經過一個公共阻抗時，將在每一個電路中出現公共阻抗耦合干擾。常見有公共電源阻抗耦合和公共地線阻抗耦合。公共電源阻抗耦合，將改變每個線路的電路參數，影響電路的正常工作；公共接地耦合是指兩個電路經過導線連接只用一個接地點，在接地阻抗上產生了干擾信號，改變了裝置的對地電壓。

6.2.4 干擾對變電站綜合自動化系統的影響 1.電源回路干擾的后果

工作在變電站的綜合自動化系統，其計算機的電源往往分為如下兩類供電：①交流電源供電。監控主機系統和通信管理機，往往采用交流220V電源，取自站用變壓器。電網的沖擊和電壓、頻率的波動都將直接影響到計算機。②直流電源供電。微機保護各子系統，往往采用直流220V電源，取自變電站的直流屏，其受電網波動的影響比交流電源要小得多。

不論采用交流電源供電還是直流電源供電，電源與干擾源之間的直接耦合通道都相對較多，而且電源線直接連至各部分，包括最關鍵的CPU。計算機電源受干擾，往往會造成計算機工作不穩定，甚至死機。

2.模擬量輸入通道受干擾的后果

電磁干擾的后果可能是從TA或TV的二次引線引入浪涌電壓，造成采樣數據錯誤。

3.開關量輸入、輸出通道受干擾的后果

處在強電磁場中的開關設備，其輔助觸點通過長線引致開關量輸入回路，必然帶來干

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擾信號，干擾的結果，常見的有斷路器或者隔離開關的輔助觸點抖動，甚至造成分、合位置判斷錯誤。開關量的輸出通道由計算機的輸出至斷路器的跳、合閘出口回路，除了易受外界引入的浪涌電壓干擾外，自動裝置內部，微機上電過程也容易產生干擾信號，導致誤動。

4.CPU和數字電路受干擾的后果

電磁干擾影響CPU正常工作，會在通過地址線發出一個地址信號時產生錯誤，導致取令錯誤。也可能在傳送數據時造成數據錯誤、邏輯紊亂，甚至造成死機。計算機隨機存儲器RAM是存放中間計算結果、輸入輸出數據和重要標志的地方，在強電磁干擾下，可能會使RAM中部分數據或標志錯誤，引起的后果也是很嚴重的。如果EPROM受干擾，會導致程序或定值遭破壞，將導致相應的自動裝置無法工作。

6.3 抗干擾措施

實際中，解決抗干擾問題的方法從兩個方面考慮：第一在設計綜合自動化裝置時，選用優質的微型機芯片和其他半導體元件，設計合理的線路布局和制造工藝，切斷各種電磁耦合的途徑，從而盡可能的減少擾動對綜合自動化系統的影響；第二，干擾信號具有很強的隨機性，還應考慮一旦干擾信號在自動化系統內部出現后，可能帶來的問題問題和應采取的應策。

變電站綜合自動化系統通常在硬件和軟件方面應采取如下防范措施。

6.3.1 硬件方面

（1）隔離與屏蔽。在變電站綜合自動化系統中，行之有效的隔離、屏蔽措施有以下幾種：①模擬量的隔離與屏蔽。變電站中的模擬量大多來自一次系統中的電壓互感器和電流互感器，它們均處于強電回路中，不能直接接入至綜合自動化系統，必須經過設置在自動化系統各種交流回路中的隔離變壓器隔離。這些隔離變壓器一次、二次之間有必須有隔離層，而且屏蔽層必須安全接地，才能達到良好的屏蔽效果。②開關量輸入、輸出的隔離。開關量的輸入主要是斷路器、隔離開關的輔助觸點和主變壓器分接頭位置等。開關量的輸出，大多數也是對斷路器、隔離開關和主變壓器的分接頭的控制。這些開關都處于強電回路中，30

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通過光電耦合隔離或繼電器觸點隔離，才會取得較好結果。③其他隔離措施。二次側回路布線時，應考慮隔離，盡量減少耦合。

（2）微機采用逆變電源。微機用電源由蓄電池直流220V逆變成高頻電壓后經高頻變壓器隔離，再變換成弱電直流電壓供微機系統使用，這樣可以削弱由電源回路引入的干擾。（3）合理布置各個插件。為防止剩余電壓的浪涌引起的惡果，在整個電路的布局上應合理，使微機工作的核心部分遠離干擾源或干擾有關的部件。

（4）電源的接地處理。采用上面的防范措施后，干擾可能進入弱電系統的途徑主要是通過微機的電源，一方面是因為電源與干擾源之間的聯系相對來說更緊密；另一方面也因為電源之間連至各個部分，包括CPU部分。電源線傳遞的共模干擾是作用在弱電源線和機殼之間的干擾，弱電電源線傳遞共模干擾的方式與其零線是否與機殼相連有關。實際中，電源零線采用浮空的方式，即不與機殼相連，并盡量減少電源線與機殼之間的分布電容，同時減少微機弱電回路中非電源線的其他部分玉機殼之間的分布電容，為此將印刷板周圍都用電源零線或+5V線環閉起來，這樣可以完全隔斷電源板上其他部分同機殼之間的耦合，此時在干擾作用下微機電源線與機殼之間的電位將浮動，弱電系統中其他部分的電位將隨同電源線一起浮動，而他們之間的電位差不變。實踐證明在，這種方法有效。

（5）采用多CPU結構。采用多CPU結構，每個CPU負責一種或幾種功能，相互獨立，如果一個CPU插件毀壞不會影響其他CPU的正常工作。采用了多CPU之后，出了CPU自檢外，上位機還可以對各CPU進行巡檢，任何部位電子器件故障，都能方便的檢測出故障所在的插件。

6.3.2 軟件方面

一旦干擾突破了由硬件組成的防線，可由軟件進行糾正，以免造成微機工作出錯，導致保護誤動或拒動。

（1）對輸入數據進行檢查。對各模擬量輸入通道，只要提供一定的冗余通道，即使由于干擾造成錯誤的數據輸入，也有可能被計算機排除。

（2）對運行結果進行核對。為了防止干擾造成的運算出錯，可以將整個運算進行兩次，對運算結果進行核對，比較兩次運算結果是否一致。

（3）出口的閉鎖。前面提到的程序出錯后絕大多數的可能是CPU停止工作，但是不能避免它在出軌后取得一個非預期的操作碼正好是跳閘指令而導致誤動作。這種情況可用以下

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措施來防止：①在設計出口跳閘回路的硬件時，應當使該回路執行幾條指令后才輸出，不允許一條指令就出口。②采取上述措施后，仍不能絕對避免在程序出錯后錯誤的轉移到跳閘入口而誤動作，因此可以把跳閘程序安排成如圖6.1所示的程序。在構成跳閘條件的指令中插入一段校對程序，它檢查RAM區存放的各種標志。保護裝置通過各種正當途徑進入跳閘程序時應在這些標志字留下相應的標志，例如啟動元件動作，測量元件判為區內故障等，若校對通過繼續執行跳閘命令二，發出跳閘脈沖。若校對未通過，CPU將轉至重新初始化，從程序出錯狀態恢復正常運行。

圖6.1 跳閘出口的閉鎖

6.3.3 硬件自恢復電路

一旦在干擾下程序出錯，一般的軟件措施都無濟于事，因為CPU已不再按預定的程序工作，必須在硬件方面找對策，圖6.2為硬件自恢復電路，它在程序出錯時使微機復位，實現初始化。

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圖6.2

硬件自恢復電路

圖中A點接至微機并行口的某一輸出位，當程序出錯時，由軟件安排其按移動的周期在“0”和“1”之間不斷變化。A點分兩路，一路經反相器；另一路不經反相器，分別接至兩個延時t1動作瞬間返回的延時元件，延時元件輸出接至或門的兩個輸入端。延時t1應比A點電位的變化周期長，因此在正常時兩個延時元件都不會動作，或門輸出為“0”。此時運行人員還可以看到面板上的運行監視燈不斷閃爍，標志裝置在正常運行。一旦程序出錯，A點電位將停止變化，不論它停在“1”態還是停在“0”態，兩個延時元件中總有一個正常工作。它通過或門啟動單穩電路，發出一個脈沖，使CPU重新初始化（RESET），恢復正常工作。這個電路不僅可以用于對付程序出軌，還可用于在裝置主要元件(如CPU)損壞而停止工作時發出告警信號。若單穩電路發出的復位脈沖已不能使A點電位恢復原來的變化規律，則經過t2（t2＞t1）延時后，發出告警信號并關閉所保護。

如果在系統無事故時發生程序出錯，裝置會自動恢復正常，沒有任何危害。在被保護對象發生內部故障時出現程序出錯，利用這種電路可以很快使CPU恢復工作，只會使保護延遲動作，而不至于造成拒動。

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結束語

內容主要介紹了變電站綜合自動化系統的功能、結構組成，在變電站自動化系統內各子系統介紹時講述了它們之間的內部聯系以及調試維護方法，同時還詳細說明了變電站系統出現各種干擾時的應對策略。可以清楚地發現變電站綜合自動化系統相比以前的變電站是一個巨大的技術進步，很大程度上減輕了變電站工作人員的勞動強度，為變電站實現無人值班提供了可靠地技術條件，同時增加了變電站運行的安全性、可靠性、經濟性。

變電站綜合自動化系統是各種先進技術的結合體，有著無比的優越性，在各種先進技術進步的過程中，變電站綜合自動化也跟隨著完善。相信在電力系統深入改造和完善的今天，變電站綜合自動化系統的研究將為電力行業的發展提供重要的技術支持，也必將為社會的發展做出更多貢獻。

變電站綜合自動化包含的技術復雜，文章所講述的為自己所了解的一些情況，難免有很多不足，相信在以后的學習中，我希望更加深入的了解變電站綜合自動化系統，對變電站綜合自動化做出更加深刻的理解與認識。

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參考文獻

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第三篇：變電站綜合自動化系統的研究

變電站綜合自動化系統的研究

學生姓名：鄭艷釗

課程名稱：變電站綜合自動化 所在院系：電氣與信息學院 所學專業：電氣工程及其自動化 所在班級：電氣1404 學 號：A19140098

東北農業大學 2016年11月

摘 要

本次畢業論文通過對變電站自動化的概念和發展趨勢，以及變電站綜合自動化系統研究的意義和國內外現在發展的狀況的論述，探討了變電站綜合自動化系統的功能，結構，保護配置，并且進一步討論了微機保護硬件的結構和特點。通過對變電站綜合自動化系統通信方面的研究，介紹了當前各種總線方式和最新的通信技術，將各種通信方式進行了詳細的說明，并將他們的優缺點進行了詳細的分析，比較了各種方式的性價比。并且對此前景進行了簡介。最后將變電站綜合自動化系統的繼電保護和綜自設備的設置進行了詳細的介紹。

變電站是電力系統中不可缺少的重要環節，它擔負著電能轉換和電能重新分配的繁重任務，對電網的安全和經濟運行起著舉足輕重的作用。為了提高變電站安全穩定運行水平，降低運行維護成本，提高經濟效益，向用戶提供高質量電能服務，變電站綜合自動化技術開始興起并得到廣泛應用。

變電站綜合自動化是將變電站的二次設備應用計算機技術和現代通信技術，經過功能組合和優化設計，對變電站實施自動監視、測量、控制和協調，以及與調度通信等綜合性的自動化系統。實現變電站綜合自動化，可提高電網的安全、經濟運行水平，減少基建投資，并為推廣變電站無人值班提供了手段。計算機技術、信息技術和網絡技術的迅速發展，帶動了變電站綜合自動化技術的進步。近年來，隨著數字化電氣量測系統、智能電氣設備以及相關通信技術的發展，變電站綜合自動化系統正朝著數字化方向邁進。

關鍵詞：變電站綜合自動化，微機保護，繼電保護，系統配置，實時數據

一、變電站綜合自動化系統的基本功能體現在下變電站綜合自動化系統的主要功能 述6個子系統的功能中： 1監控子系統;2繼電保護子系統;3電壓、無功綜合控制子系統;4電力系統的低頻減負荷控制子系統;5備用電源自投控制子系統;6通信子系統。

二、傳統變電站自動化系統 1.系統結構

目前國內外變電站綜合自動化系統的結構，從設計思想分類有以下三種： 集中式

采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關量和數字量等信息，集中進行處理運算，分別完成微機監控、微機保護和一些自動控制等功能。其特點是：對計算機性能要求較高，可擴性、可維護性差，適用于中、小型變電站。

分布式

按變電站被監控對象或系統功能劃分，多個CPU并行工作，各CPU之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信。分布式系統擴展和維護方便，局部故障不影響其他模塊正常運行。該模式在安裝上可以集中組屏或分屏組屏。

分散分布式

間隔層中各數據采集、控制單元和保護單元就地分散安裝在開關柜上或其他設備附近，各個單元之間相互獨立，僅通過通信網互聯，并同變電站級測控主單元通信。能在間隔層完成的功能不依賴于通信網，如保護功能。通信網通常是光纖或雙絞線，最大限度地壓縮 二次設備和二次電纜，節省了工程建設投資。安裝既可以分散安裝于各間隔，也可以在控制室中集中組屏或分層組屏，還可以一部分在控制室中，另一部分分散在開關柜上。

2.存在的問題

變電站綜合自動化系統取得了良好的應用效果參1，但也有不足之處，主要體現在：1一次和二次之間的信息交互還是延續傳統的電纜接線模式，成本高，施工、維護不便;2二次的數據采集部分大量重復，浪費資源;3信息標準化不夠，信息共享度低，多套系統并存，設備之間、設備與系統之間互聯互通困難，形成信息孤島，信息難以被綜合應用;4發生事故時，會出現大量的事件告警信息，缺乏有效的過濾機制，干擾值班運行人員對故障的正確判斷。

三、數字化變電站 數字化變電站是變電站自動化發展的下一個階段，《國家電網公司“十一五”科技發展規劃》已明確提出在“十一五”期間要研究數字化變電站并建設示范站，且目前已有數字化變電站建成并投入運行，如福州會展變110千伏數字化變電站。

1.數字化變電站的概念

數字化變電站指信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數字化的變電站，基本特征為設備智能化、通信網絡化、運行管理自動化等。

數字化變電站有以下主要特點： 一次設備智能化

采用數字輸出的電子式互感器、智能開關等智能一次設備。一次設備和二次設備間用光纖傳輸數字編碼信息的方式交換采樣值、狀態量、控制命令等信息。

二次設備網絡化

二次設備間用通信網絡交換模擬量、開關量和控制命令等信息，取消控制電纜。運行管理系統自動化

應包括自動故障分析系統、設備健康狀態監測系統和程序化控制系統等自動化系統，提升自動化水平，減少運行維護的難度和工作量。

2.數字化變電站的主要技術特征 數據采集數字化

數字化變電站的主要標志是采用數字化電氣量測系統采集電流、電壓等電氣量，實現了一、二次系統在電氣上的有效隔離，增大了電氣量的動態測量范圍并提高了測量精度，從而為實現常規變電站裝置冗余向信息冗余的轉變以及信息集成化應用提供了基礎。

系統分層分布化

變電站自動化系統的發展經歷了從集中式向分布式的轉變，第二代分層分布式變電站自動化系統大多采用成熟的網絡通信技術和開放式互連規約，能夠更完整地記錄設備信息并顯著地提高系統的響應速度。數字化變電站自動化系統的結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網絡化的二次設備;在邏輯結構上根據IEC61850通信標準定義，可分為“過程層”、“間隔層”、“站控層”三個層次。各層次內部及層次之間采用高速網絡通信。

信息交互網絡化與信息應用集成化

數字化變電站采用低功率、數字化的新型互感器代替常規互感器，將高電壓、大電流直接變換為數字信號。站內設備之間通過高速網絡進行信息交互，二次設備不出現功能重復的I/O接口，常規的功能裝置變成了邏輯的功能模塊，以實現數據及資源共享。目前國際上已確定IEC61850為變電站自動化通信標準。

此外，數字化變電站對原來分散的二次系統裝置進行了信息集成及功能優化處理，因此可以有效地避免常規變電站的監視、控制、保護、故障錄波、量測與計量等裝置存在的硬件配置重復、信息不共享及投資成本大等問題的發生。

設備操作智能化 新型高壓斷路器二次系統是采用微機、電力電子技術和新型傳感器建立起來的，斷路器系統的智能性由微機控制的二次系統、IED和相應的智能軟件來實現，保護和控制命令可以通過光纖網絡到達非常規變電站的二次回路系統，從而實現與斷路器操作機構的數字化接口。

設備檢修狀態化

在數字化變電站中，可以有效地獲取電網運行狀態數據以及各種IED裝置的故障和動作信息，實現對操作及信號回路狀態的有效監視。數字化變電站中幾乎不再存在未被監視的功能單元，設備狀態特征量的采集沒有盲區。設備檢修策略可以從常規變電站設備的“定期檢修”變成“狀態檢修”，從而大大提高系統的可用性。

LPCT的測量原理和檢驗儀的外型

如前所述，LPCT實際上是一種具有低功率輸出特性的電磁式電流互感器，在IEC標準中，它被列為電子式電流互感器的一種實現形式，代表著電磁式電流互感器的一個發展方向，具有廣闊的應用前景。由于LPCT的輸出一般是直接提供給電子電路，所以二次負載比較小;其鐵心一般采用微晶合金等高導磁性材料，在較小的鐵心截面下，就能夠滿足測量準確度的要求。

電子式電流互感器校驗儀的測試外型如圖1所示。電流傳感頭由LPCT構成，高準確度電流互感器為0.1級，其二次輸出信號作為標準信號與電子式電流互感器輸出信號進行對比。

系統結構緊湊化和建模標準化

數字化電氣量測系統具有體積小、重量輕等特點，可以將其集成在智能開關設備系統中，按變電站機電一體化設計理念進行功能優化組合和設備布置。在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元作為一次智能設備的一部分，實現了IED的近過程化設計;在中低壓變電站可將保護及監控裝置小型化、緊湊化并完整地安裝在開關柜上。

IEC61850確立了電力系統的建模標準，為變電站自動化系統定義了統一、標準的信息模型和信息交換模型，其意義主要體現在實現智能設備的互操作性、實現變電站的信息共享和簡化系統的維護、配置和工程實施等方面。

3.IEC61850標準

IEC61850是國際電工委員會TC57工作組制定的《變電站通信網絡和系統》系列標準，是基于網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一的國際標準，也將成為電力系統從調度中心到變電站、變電站內、配電自動化無縫連接的通信標準，還可望成為通用網絡通信平臺的工業控制通信標準。

與傳統的通信協議體系相比，在技術上IEC61850有如下突出特點：1使用面向對象建模技術;2使用分布、分層體系;3使用抽象通信服務接口、特殊通信服務映射SCSM技術;4使用MMS技術;5具有互操作性;6具有面向未來的、開放的體系結構。

變電站自動化系統在我國的應用已經取得了非常顯著的效果，對提高電網的安全經濟運行水平起到了重要的作用。目前隨著新技術的不斷發展，數字化變電站正在興起。與傳統變電站相比，數字化變電站具有以下優勢：減少二次接線，提升測量精度，提高信號傳輸的可靠性，避免電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題，解決設備間的互操作問題，變電站的各種功能可共享統一的信息平臺，避免設備重復，自動化運行和管理水平進一步提高。數字化變電站是變電站自動化技術的發展方向。系統結構

變電站綜合自動化系統應該從變電站的整體情況出發，同意考慮保護、監測、控制、遠動、VQC和五防功能，在變電站自動化系統的管理上，采取分層管理的模式，即各保護功能單元由保護管理機直接管理。一臺保護管理機可以管理多個單元模塊，它們間可以采用雙絞線用RS-485接口連接，也可以通過現場總線連接。而模擬量和開關量的輸入/輸出單元，由數采控制機負責管理。正常運行時，保護管理機監視各保護單元的工作情況，如果某一保護動作信息或保護單元本身工作不正常，立即報告監控機，再送往調度中心。調度中心或監控機也可通過保護管理機下達修改保護定值等命令。數采控制機則將各數采單元所采集的數據和開關狀態送監控機，并由監控機送往調度中心。數采控制機接受由調度中心或監控機下達的命令。總之，保護管理機和數采控制機可明顯地減輕控制機的負擔，協助控制機承擔對單元層的管理。

1.系統各部分功能

變電站綜合自動化系統是應用較為成熟的、先進的分布式系統結構，按間隔配置測控單元。將保護功能和測控功能按對象進行設計，集保護/測控功能于一體，保護、測控既相互獨立，又相互融合，保護、測控借助于計算機網絡與變電站層計算機監控系統交換數據，減少大量二次接線，增加功能，節省了投資，提高了系統可靠性。

即變電站綜合自動化監控系統采用分層分布式結構，系統分為三層：間隔層、單元層、監控管理層，其中單元層和管理層均屬于站控層。系統各層之間是相互獨立，主站層故障時，通過前端通信層控制間隔層，監控管理層和前端通信主站層全部故障時不會影響間隔層繼電保護系統的政策運行。

2.間隔層單元功能

在變電站綜合自動化系統中，主要根據一次設備間隔來劃分間隔層的裝置。在低壓系統中，間隔層單元采用的是集測控保護于一體的微機型測控保護裝置；而在高壓系統中，保護和測控功能是獨立設置，即分別采用測控監視單元與保護單元對系統進行監控與保護。

1）模擬量采集與輸出

在變電站綜合自動化系統中，間隔層單元采集的模擬量主要為交流電壓、交流電流、有功功率以及無功功率等，一般通過間隔或元件的電流互感器、電壓互感器的二次回路采樣，以實現對間隔或元件的交流模擬量的測量。個別直流模擬量或溫度量，一般通過傳感器或變送器變為標準信號或傳送給間隔層單元，或選擇獨立的直流系統監控裝置。

2）狀態量采集

變電站中的狀態量信息主要包括傳統概念的遙信信息和自動化系統設備運行狀態信息等。在變電站綜合自動化系統中，不僅要采集表征電網當前拓撲的開關位置等遙信信息，還要將反映測量、保護、監控等系統工作狀態的信息進行采集、監視。間隔層中斷路器、隔離開團和接地開關等一次設備的位置狀態信號，在高壓系統中一般采用雙位置信號方式輸入，在低壓系統中，除了斷路器的位置信號外，隔離開關和接地開關位置信號可以用單位置觸點來采集。所謂雙位置信號方式，是指利用間隔層裝置中的兩個狀態輸入點來采集一次設備的輔助接點的狀態。雙位置信號方式較為單位置信號方式可以大大提高狀態信號的正確性，防止錯誤判斷的發生。即用2位比特而不是1位比特來表征一個開關的開合狀態，這時00，01,10,11的4種組合中只有2種正確的位置狀態，而其余2種是不確定狀態，不用0，1兩種狀態表示開合增加了碼元的抗干擾性，從而提高了狀態信號傳輸處理過程中的可靠性。

此外，在間隔層中海有斷路器手車位置、電機儲能、高壓開關的異常告警信號、變壓器瓦斯告警信號、保護狀態和自動裝置的動作信號、交直流屏的告警信號等一般都是單位置信號。

3）保護控制功能

在變電站綜合自動化系統中，間隔層的設備要獨立實現對被控對象的保護功能，在系統發生故障時能迅速起動并發出正確的控制命令。如切斷斷路器等。同時，間隔層在控制方面，還要實現對斷路器、隔離開關、接地開關、變壓器分接頭調節、消弧線圈接頭調節及保護復歸、保護壓板投退等的控制。其中對于斷路器、變壓器接頭調節等是用雙命令控制，而對于保護復歸、保護投退、接地試跳等是通過單命令控制實現。雙命令控制對象，是指被控對象一個完整控制過程(合閘、分閘過程)需要兩個命令才能實現。而單命令控制則是指被控對象的控制過程只要一個命令就能完成。

4）通信功能

在變電站綜合自動化系統中，間隔層單元要為實現與主控單元的通信設立與主控單元通信的接口，為了調試工作的方便進行設立用于參數上裝、下裝和信息讀取的調試接口，為了系統時鐘一致而設立對時接口，外此還有與其他間隔層單元通信的通信接口等。這些接口一般是設在間隔單元的前面板或后面板上，分為一般有工業以太網接口、RS232／485／422串行接口、現場總線接口等。在本系統中，間隔層與主控單元之間的連接方式是總線型，因此通信采用WorldFIP總線接口。而且為了提高控制系統可靠性，主控單元采用雙機冗余結構。

5）防誤聯鎖功能

為了提高變電站運行的安全可靠性，要求間隔層單元具有防誤聯鎖功能。這種防誤聯鎖功能主要表現在兩個方面：一是本間隔內各元件之間的防誤聯鎖功能，二是間隔之間的防誤聯鎖功能。對于間隔層裝置來講，主要是通過其中的可編程邏輯控制功能來實現防誤聯鎖功能。根據間隔中一次元件的防誤聯鎖條件，間隔層單元一方面通過獲取本間隔的斷路器、隔離開關、接地開關等信號，實現

本間隔自身隔離開關、接地開關、斷路器各元件之間的防誤聯鎖要求，另一方面通過網絡得到所需的其他間隔的防誤聯鎖信息，利用本間隔中間隔單元的可編程邏輯控制功能來實現間隔之間防誤聯鎖的要求。

6）人機界面功能

為了方便調試和實現參數顯示、查詢、修改在間隔層單元的前面板上還應用有LCD顯示屏和按鍵。用于實現對間隔單的運行參數，如電流、電壓、功率等進行顯示，對通信參數如裝置地址、通信規約、波特率等進行設置，對間隔內元件參數和繼電保護整定值進行顯示和修改，對遙信狀態進行顯示和查詢，對異常現象進行顯示報警等功能。

（1）人機聯系的橋梁，包括CRT顯示器、鼠標和鍵盤。變電站采用微機監控系統后，無論是有人值班還是無人值班，最大的特點之一是操作人員或調度人員只要面對CRT顯示器的屏幕通過鼠標或鍵盤，就可以對全站的運行情況和運行參數一目了然，可對全站的斷路器和隔離開關等進行分、合操作，徹底改變了傳統的依靠指針式儀表和依靠模擬屏或操作屏等手段的監視、操作方式。

（2）CRT屏幕顯示的內容。作為變電站人機聯系的主要橋梁和手段的CRT顯示器，不僅可以取代常規的儀器、儀表，而且可以實現許多常規儀表無法完成的功能。它可以顯示的內容，歸納起來有以下幾個方面：

①顯示采集和計算的實時運行參數。②顯示實時主接線圖。③順序記錄顯示。④值班歷史記錄。

⑤保護定值和自控裝置的設定值顯示。⑥故障記錄，設備運行狀況顯示等。

（3）輸入數據。變電站投入運行后，隨著運行方式的變化，保護定值、越限值等需要修改，甚至由于負荷的增長，需要更換原有的設備，例如更換TA變化。因此在人機聯系中，必須有輸入數據、調整運行參數的功能。

3.變電站層單元功能

變電站層的有關自動化設備一般安裝于控制室，而間隔層的設備最好安裝于靠近現場設備，以減少控制電纜長度。變電層主要用于完成變電站內的間隔層的各種測控單元或測控保護單元以及各種職能電子裝置與站控層的后臺系統之間 的信息交換，起著通信控制器的作用。

1）實現和管理與間隔層的各種測控、保護和智能電子裝置之間的通信。

2）實現和管理與變電站自動化系統中的后臺系統和遠方調度控制中心之間的通信。3）通過GPS實現對時功能，統一系統時間。4）實現對系統中各裝置和設備的痛惜狀態的監測。

變電站層通過控制設備實現運行監視空能，所謂運行監視，主要是指對變電站的運行工況和設備狀態進行自動監視，即對變電站各種狀態量變位情況的監視和各種模擬量的數值監視。

通過狀態量變位監視，可監視變電站各種斷路器、隔離開關、接地開關、變壓器分接頭的位置和動作情況、繼電保護和自動裝置的動作情況以及它們的動作順序等。

模擬量的監視分為正常的測量和超過限定值的報警、事故模擬量變化的追憶等。當變電站有非正常狀態發生和設備異常時 監控系統能及時在當地或遠方發出事故音響或語音報警，并在 CRT 顯示器上自動推出報警畫面，為運行人員提供分析處理事故的信息，同時可將事故信息進行打印記錄和存儲。越限報警的各個參數，有一個允許運行時間限額，為此除越限報警外還應向上級調度（控制）人員提供當前極限遠行時間，即允許運行時間減去越限運行的累計時間。異常狀態報警的是：非正常操作時，斷路器變位信號、保護故障動作信號、監控和保護設備異常狀態信號以及數據采集的狀態量中其他報警和異常信號。

報警方式主要有：自動推出畫面、報警、音響提示（語音或可變頻率音響）、閃光報警 信息操作提示，如控制操作超時等。

4.變電站電壓無功控制的基本原理

變電站電壓無功控制是保證電壓質量和無功平衡、提高供電網可靠性和經濟性的重要措施之一。

隨著電網規模的不斷擴大和超高壓遠距離輸電系統的發展，一方面系統消耗的無功功率日益增多。另一方面無功補償容量相對不足，導致一些配電網低谷時電壓過高，而在高峰時期電壓水平過低的狀況，嚴重威脅著電網安全運行和用戶 的正常生產生活。

從發電機和高壓輸電線供給的無功功率往往滿足不了負荷的需要，因為從建設電網考慮，主要是以電網投資和運行費用最小為目標對無功電源的位置和容量進行優化，實現無功電源的合理規劃與配置，即減少發、供電設備的設計容量，減少投資，以就地無功補償減少無功功率在電網中的流動。在電網建成后，以無

功功率交換最少為目標對電網運行方式進行優化控制，所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率。以保證用戶對無功功率的需要。

變電站電壓無功控制的基本原理就是通過對變電站的電壓、無功等運行數據的測最、分析，根據電網實際運行狀態，動態地控制變壓器分接頭位置和電容／電抗器的投切，實現電壓和無功的閉環控制，使得電壓維持在合格范圍內，提高電壓合格率，無功動態補償，降低無功損耗，最終實現提高經濟效益的最終目標。

計算機監控系統進行電壓無功控制的主要步驟如下：

第一步：采集電力系統實時運行參數，包括有功、無功、電流、電壓，以及各種開關、設備的運行狀態，如果系統運行未發生異常情況。則進行下列步驟。

第二步：進行電壓調節分析。對于電壓調節，其主要的判斷依據是人為整定的正常電壓的范圍(限值)，超出這個范圍．即認為電壓越限不合格：

電壓越上限，可能原因有以下兩種：1)容性無功多，低壓側無功補償過多，系統輸送無功過少，變壓器電壓損耗過小；2）分接頭低，系統與負荷之間的電器距離太近。

電壓下限，可能原因有以下兩種：1）容性無功少，低壓側無功補償過少，系統輸送無功過多，變壓器電壓損耗過大；2）分接頭，系統與負荷之間的電氣距離太遠。

第三步：進行無功補償判斷，其主要的判斷依據同樣是人為整定的無功范圍(限值)，超出這個整定值范圍，意味著系統無功過多或過少：

無功越上限，說明系統送的無功過多，可能原因有以下兩種：1)容性無功少，低壓側無功補償過少；2)分接頭高，系統向低壓側無功輸送無功過多。無功越下限。說明系統送的無功過少．可能原因有以下兩種：1)容性無功多，低壓側無功補償過多；2)分接頭低，系統向低壓側無功輸送無功過少。

第四步：進行策略選擇。在前兩步分析判斷基礎，按照事先確定的策略模型，選擇一個最優方案進行實施。并重新進入第一步驟。

計算機監控系統的自動控制，既可以降低人員的勞動強度，又可以更實時、更科學地控制電壓及達到無功平衡。

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。備用電源自動投入是保證電力系統連續可靠供電的重要措施，是變電站綜合自動化系統的基本功能之一。

備用電源自動投入裝置的基本特點：

（1）工作電源確實斷開后，備用電源才投入。工作電源失壓后，無論其他

進線斷路器是否跳開，即使已測定其他進線電流為零，但還是要先斷開該斷路器，并確定是已跳開后，才能投入備用電源。這時為了防止設備電源投入到故障元件上。例如工作電源故障保護柜動。但在其他地方被后備保護切除，備用自動投入裝置動作后合于故障的工作電源。

（2）備用電源自動投入切除工作電源斷路器必須經過延時。經延時切除工作電源進線斷路器是為了躲過工作母線引出線故障造成的母線電壓下降。延時時限應大于最長的外部故障切除時間。在有的情況下，可不經延時直接跳開工作電源進線斷路器。加速合上備用電源。例如工作母線進線側的斷路器跳開，進線側無重合閘功能時；手動合上備用電源時也不經過延時直接跳開工作電源進線斷路器。

（3）手動跳開工作電源時，備用自動投入裝置不需要動作。工作電源進線斷路器的合后觸點（指微機保護的操作回路輸出的KKJ合后觸點）作為備用自

動投入裝置的輸入開關量，在就地或遙控跳斷路器時，其合后KKJ觸點斷開，備用自動投入裝置自動化退出。

（4）有閉鎖備用自動投入裝置的功能。每套備用自動投入裝置均設置有閉鎖備用電源自動投入的邏輯回路，以防止備用電源投入到故障的元件上，造成事故擴大的嚴重后果。

（5）備用電源不滿足有壓條件，備用電源自動投入裝置不動作。

（6）工作母線失壓時還需要檢查工作電源無流，啟動備自動投入，以防止TV二次側三相斷線造成誤投。

（7）備用電源自動投入裝置只允許動作一次。微機型備用電源自動投入裝置可以通過邏輯判斷來實現只動作一次的要求，但為了便于理解，在闡述備用電源自動投入裝置邏輯程序時廣泛用電容器“充電”條件滿足；延時啟動的時間應理解為“充電”時間到后就完成了全部準備工作；當備用電源自動投入裝置動作后或任何一個閉鎖及推出備用電源自動投入電源條件存在時，立即瞬時完成“放電”。“放電”就是模擬閉鎖備用電源自動投入裝置，放電后就不會發生備用電源自動投入裝置第二次動作。這種“充放電”的邏輯模擬與微機自動重合閘的邏輯程序相類似。

5.繼電保護功能

變電站綜合自動化系統中的微機繼電保護主要包括輸電線路保護、電力變壓器保護、母線保護、電容器保護、小電流接地系統自動選線、自動重合閘。由于繼電保護的特殊重要性，綜合自動化系統絕不能降低繼電保護的可靠性。因此要求：

1）系統的繼電保護按被保護的電力設備單元（間隔）分別獨立設置，直接由相關的電流互感器和電壓互感器輸入電氣量，然后由觸點輸出，直接操作相應斷路器的跳閘線圈。2）保護裝置設有通信接口，供接入站內通信網，在保護動作后向變電站層的微機設備提供報告等，但繼電保護功能完全不依賴通信網。

3）為避免不必要的硬件重復，以提高整個系統的可靠性和降低造價，特別是對35KV及以下設備，可以配給保護裝置其他一些功能，但應以不因此降低保護裝置可靠性為前提。

4）除保護裝置外，其他一些重要控制設備，例如備用電源自動投入裝置、控制 電容器投切和變壓器分接頭有載切換的無功電壓控制裝置等，也不依賴通信網，而設備專用的裝置放在相應間隔屏上。

繼電保護是變電站綜合自動系統的關鍵環節 其最重要的功能就是要有獨立的、完整的繼電保護功能，在此基礎上還必須具備下列附加功能：

（1）繼電保護的通信功能及信息量。綜合自動化系統中的繼電保護對監控系統而言是相對獨立的，因此，繼電保護應具有與監控系統通信的功能。繼電保護能主動上傳保護動作時間、動作性質、動作值及動作名稱，并按控制命令上傳當前的保護定值和修改定值的返校信息。

（2）具有與系統統一時鐘對時的功能。時間的精確和統一在電網運行中顯得十分重要，尤其是當繼電保護動作時，只有借助精確統一時間才能根據各套繼電保護動作的先后順序正確分析電網發生事故的原因。因此，1991 年 7 月原能源部在頒布《電力調度系統計算機網絡規劃大綱>》中，已明確建議在同一電網內采用統一的對時方式，以便準確記錄發生故障和保護動作時間。

（3）存儲各種保護整定值功能。

（4）當地顯示與遠處觀察和授權修改保護整定值。對保護整定值的檢查與修改要直觀、方便、可靠。除了在各保護單元上要能顯示和修改保護定值外，考慮到無人值班的要求，通過當地的監控系統和遠方調度端，應能觀察和修改保護定值。同時，為了加強對定值的管理，避免差錯，修改定值要有校對密碼措施，以及記錄最后一個修改定值的密碼。（5）設置保護管理機或通信控制機，負責對各保護單元的管理。保護管理機（或通信控制機）在自動化系統中起承上啟下的作用。把保護子系統與監控系統聯系起來，向下負責管理和監控保護子系統中各單元的工作狀態，并下達由調度或監控系統發來的保護類型配置或整定值修改信息；如發現每一保護單元故障或工作異常，或有保護動作信息，應立刻上傳給控制系統或上傳至遠方調度端。

（6）故障自診斷、自閉鎖和自恢復功能。每個保護單元應有完善的故障自診斷功能，發現內部有故障，能自動報警，并能指明故障部位，以利于查找故障和縮短維修時間，對于關鍵部位故障，例如 A/D 轉換器故障或存儲器故障，則應自動閉鎖保護出口。如果是軟件受干擾，造成程序“出軌”的軟故障，應有自啟動功能，以提高保護裝置的可靠性。

（7）自動重合閘功能。其功能和設置在輸電線路保護內。110KV 及以下線

路一般采用三相一次重合閘，其同期檢定方式重合閘延時時間應能整定。同期檢定方式可選擇不檢定方式、檢無壓方式、檢同期方式等。

結論

通過使用多種綜自產品和多次現場服務，參考各種文獻資料，對微機綜合自動化系統的通訊略抒己見。隨著自動化水平的提高，計算機技術、通訊技術等先進手段的應用已經成為電力發展的趨勢。為了適應時代的發展，及時掌握電網和變電站的運行情況，提高變電站安全穩定運行的可靠性，以及采用先進的無人值班管理模式，減少人為誤操作，對我們提出了高標準的要求。變電站自動化系統在我國的應用已經取得了非常顯著的效果，對提高電網的安全經濟運行水平起到了重要的作用。目前隨著新技術的不斷發展，數字化變電站正在興起。與傳統變電站相比，數字化變電站具有以下優勢：減少二次接線，提升測量精度，提高信號傳輸的可靠性，避免電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題，解決設備間的互操作問題，變電站的各種功能可共享統一的信息平臺，避免設備重復，自動化運行和管理水平進一步提高。數字化變電站是變電站自動化技術的發展方向。

參考文獻：

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第四篇：變電站綜合自動化復習題

第一章 變電站綜合自動化系統概述 一．填空題 1．常規變電站二次系統主要由______、_______、__________、__________組成。2．變電站綜合自動化系統是、和 等高科技在變電站領域的綜合應用。

3．變電站綜合自動化的核心是_______，紐帶是__________，它把微機保護、微機自動裝置、微機遠動功能綜合在一起形成一個具有遠方數據傳輸功能的自動監控系統。

4.變電站綜合自動化的基本功能有____________、____________、_____________、_________________、___________________。

5.變電站綜合自動化系統數據采集包括_______、__________、___________。6.變電站綜合自動化系統的結構形式有________、___________、__________、__________________。

7.分層式結構是將變電站信息的采集和控制分為___________、________、__________。8．變電站綜合自動化技術的發展趨勢（1）從集中控制、功能分散型到_______;(2)從專用設備到____________;(3)從集中控制向_________發展;(4)從單純的屏幕數據監測到___________;(5)實現____________的綜合。9.___________、_____________、_____________三大塊構成變電站自動化的基礎。

10.變電站綜合自動化系統要采集的信息，包含________、____________的信息以及_________________。

11.自動化信息傳輸的特點有__________、________、____________。12.模擬量可以采用_________測取，也可以進行采樣。13.輸入變送器的交流電壓額定值為______，輸入變送器的交流電流的額定值為__________。

14.在變電站中，采用變送器測電壓，被測電壓u1經________轉變為u2，________將u2轉變為統一的直流信號輸出。

15.根據三相電路的特點，按功率變送器所含有功功率元件的個數不同，三相有功功率變送器有________、___________、__________等幾種。

16.為了連續信號f(t)進行不失真的采樣，采樣頻率fs應 高于f(t)所包含_________。17.在變電站中，數據通信的主要任務有兩個：一是_______________________；二是___________________________。

18.物理信道的連接方式有________、_____________、__________。

19.模擬信號傳輸的基礎是_____。根據它的不同要素，數字調制的三種基本形式是_________、_____________、_________________。

20.電路交換的三個過程是：電路建立、數據傳輸、電路拆除。21． 數據交換的三種基本技術分別是__________、___________、_____________。22.報文交換的本質是________，報文交換的數據傳輸單位是___________。23.根據網絡的分布范圍，可以把網絡分為________、________、__________。

24.網絡協議的三要素是________、_________、_____________。25.OSI的體系結構定義了一個7層模型，分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。

26.局域網的協議標準是___________，參考模型包括了OSI/RM最低兩層_________、____________。

27.變電站母線上有多條供配電線路，按用戶的重要性分為________和_________。每一級均裝有自動按頻率減負荷裝置，它由__________、_________和___________三部分組成。

28.變電站調壓的主要手段有有載調壓變壓器和補償電容器。29.電壓、無功綜合控制所要達到的目的，一是___________________________；二是____________________________。

30.變電站“五防”分別是______________、_____________、______________、_______________、_____________。

31.發電機并列的理想條件可表示為?G??X或fG?fX；UG?UX；?e?0。

32.備用電源的配置有_________和__________兩種基本方式。

33.與遙控相關的命令有三種，分別是遙控選擇命令；遙控執行命令；遙控撤銷命令。

34.整個斷路器的遙控環節可以分為綜合自動化系統的_______、_________、_________以及______________等部分。

35.變壓器分接頭遙控操作有三種類型，即____________、____________、_______________。

36.微機型故障錄波裝置的硬件結構可分為兩大塊(1)前置機；（2）后臺機。37.輸入變送器的交流電壓額定值為100V，輸入變送器的交流電流的額定值為5A。

38.對故障錄波裝置的基本要求有_________、_______、________、_______、_________。

二．判斷題

1.變電站綜合自動化采集的信息大致可以分為兩類：一是與電網調度控制有關的信息，二是為實現變電站綜合自動化站內監控所使用的信息。（對）2.變電站自動化體系結構中，“通信控制系統管理”連接系統各部分，負責數據和命令的傳輸，并對這一過程進行協調、管理和控制。（對）3.變送器接入TV或TA的一次回路中。（錯）4.在變電站中，變送器的輸出信號采用統一的交流信號。（錯）5.三元件式三相功率變送器適用于三相三線制系統中的三相功率測量。（錯）6.對一個信號采樣就是測取該信號的瞬時值。（對）7.在分散與集中相結合的結構形式中，配電線路的保護采用集中組屏結構，高壓線路保護和變壓器保護采用分散式結構。（錯）8.傳輸方式與傳輸的信號是模擬信號還是數字數據無關，而是根據信道上傳輸的是數字信號還是模擬信號而定。（對）

9、現場總線是數字式、并行、多點通信的數據總線。（錯）10.電路交換的線路利用率比報文交換的高。（錯）

11、備用電源在投入前在檢測工作母線失壓時還必須檢查工作電源無流。（對）

12、微機故障錄波裝置要保留故障前的數據。（對）13.傳輸層是一個端—端，也即主機—主機的層次。（對）14.RS-232D采用負邏輯，標準接口電路采用非平衡型。（對）

15、當電力系統有功功率缺額較大時，靠負荷調節效應來補償有功缺額就可以保證系統的安全穩定運行。（錯）16.備用電源自動投入切除工作電源斷路器必須經過延時。（對）

17、數據傳輸速率指一個信道的最大數據傳輸速度，表示方法為數據速率和調制速率。（錯）18.微機故障錄波裝置采用軟件啟動錄波，一旦裝置啟動，立即保留3周正常運行的最新數據作為首段數據記錄。

19、監控系統的核心是信息處理子系統。

三．名詞解釋

1．變電站綜合自動化

2．微機故障錄波器

3.變送器

4.交流采樣技術

5.負荷的調節效應

6.現場總線

7.網絡拓撲

8.電壓、無功綜合控制器（VQC）

9.并列操作

四．問答題

1．變電站綜合自動化系統有哪些特點？

（對）（對）

2．變電站綜合自動化系統的優越性？

3.什么是交流采樣技術？其硬件組成有哪些？

4.電流變送器原理框圖由哪幾部分組成，各自的作用是什么？

5.電力系統頻率偏移的原因是什么？

6.微機網絡電氣“五防”系統的基本工作原理。

五.畫圖題

1.基脈沖編碼方案 2.控制對策的確定

3.電流變送器的工作原理圖 5.遙控命令信息的傳輸過程

第五篇：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。