變電站綜合自動化系統的總體設計方案

[摘 要]變電站自動化也是調度自動化的主要功能之一。伴隨著通信和計算機技術的發展，現代的變電站自動化系統正由單一的傳統自動化向綜合的現代自動化過渡。隨著電網結構的日益復雜，變電站綜合自動化系統的重要性已在電力系統中得到了廣泛的應用和認可。通信管理機作為通信的樞紐，在電網自動化系統中承擔著信息數據的接收、處理、分析、轉發等作用。本文是為110kV及以下電壓等級、滿足有人或無人值班要求的變電站綜合自動化系統開發的。

[關鍵詞]電力系統 變電站綜合自動化

變電站綜合自動化系統是現代電力電子技術、信息通信與處理技術、計算機及網絡技術、自動化控制技術的綜合應用。利用自動裝置和計算機軟硬件系統代替人工進行各種運行作業，對遠方的運行設備進行監視和控制，實現遠程信號、遠程測量、遠程調節和遠程控制等各項功能，并將變電站實時信息、離線信息、用戶信息、電網結構參數等進行安全集成，提高變電站運行與管理水平的一種自動化系統。

1.變電站綜合自動化系統的發展概況

我國的變電站自動化技術發展較為緩慢，但隨著自動化技術的發展，在計算機網絡、通信等信息技術的推動下，我國的電網建設正處于快速發展的新時期，變電站綜合自動化技術也隨之有了較大的發展，而且得到廣泛認同和大面積推廣，是電力系統現代化的必然趨勢，在功能上已由監視測量向測量控制發展，在布置上由集中式向分散式發展，在整體性能上從傳統的單項自動化向綜合自動化方向過渡。另外，在變電站運行管理方式上也開始從有人值班向無人值班或少人值班的方向發展。

2.變電站綜合自動化系統的發展趨勢

在國際大電網會議《變電站內數據流的通信要求》中，對變電站自動化的功能進行了分析與總結，其功能如下：

① 遠動功能；

② 計量功能；

③ 繼電保護功能；

④ 自動控制功能；

⑤ 系統功能，如監控、調度通信等；

⑥ 接口功能，如微機防誤、GPS等；

⑦ 保護相關功能，如故障濾波器、接地選線等。

由此可見，變電站自動化的發展趨勢將會不斷朝著高集成化、數字化、標準化方向發展。從集中控制、功能分散型向分層網絡型發展，向增加遙視系統、藍牙技術應用方向發展。

變電站自動化系統是電網調度的子系統，其相關功能、配置應服從電網自動化的總體設計，同時遵循電網優質、安全、經濟運行以及資源共享、信息分層傳輸的原則。集微機保護、監控系統、故障錄波等功能于一體，同時實時監測各種測控和保護模塊的狀態信息，并根據相關協議傳送至上級部門。

具體的設計要求應滿足以下幾點：

① 變電站綜合自動化系統應集保護、測量、監視、運行控制、當地功能于一體，全面代替常規的二次設備。具備常規RTU的全部功能，以滿足有人和無人值班變電站的要求。

② 應具有高可靠性和高抗干擾能力。

③ 系統與保護和測控單元的通信要保證實時性、準確性、可靠性。并且按照不同的優先級對各種測量量和狀態量進行處理。

④ 具有獨立的故障自檢功能。

⑤ 站內和站間通信盡量選用國際標準規約，這樣可以方便用戶的設備選型和系統的運行維護。

⑥ 監控系統應具有簡潔、方便的人機界面，以便于運行人員對現場工況進行了解，并且易于通過人機界面進行遠程控制。

⑦ 變電站綜合自動化系統應滿足開放性和可擴展性的要求，可以根據不同的電壓等級和現場的實際情況，量體裁衣地組成規模不同的系統。

間隔層是指一個間隔內的全部功能和設備，在間隔層內的設備有繼電保護單元或測控單元，或者兩者都有。主要的保護和測控模塊有：主變差動保護裝置、主變測控保護裝置、主變后備保護裝置、測控裝置、電容器測控保護裝置、線路測控保護裝置、所用變測控保護裝置、備用電源自投保護裝置等等。

間隔層是整個系統的基礎，間隔層的設備要完全按照一次設備的情況來配置的，因此隨著變電站的不同，間隔層的設備也有很大的差異。

通訊網絡是變電站的重要組成部分，它完成變電站內各個保護和測控單元與變電站層的所有通訊，一般通過網絡或串口進行信息傳輸。

所有的變電站綜合自動化功能最終通過變電站層來表現。這里設計了兩種方案：

方案：通信管理機選用嵌入式工控機。

在有人值班或少人值班變電站中，變電站層包括通信管理機和后臺計算機，有人機接口，提供全站的實時數據信息、歷史數據信息和統計信息，完成數據處理和信息顯示；在無人值班變電站中，變電站層只需通信管理機即可，提供全站的綜合信息的分類處理、規約轉換、和他方通信等。

這樣情況下，在無人值班的變電站中，通信管理機與上級調度部門或集控站之間的通信可通過串行通信連接，也可通過TCP/IP Ethernet網絡連接，以協調所有設備間的數據，實現信息傳輸和交換，完成變電所的各種功能。

后臺計算機是系統和變電站運行人員的人機交互接口，它的設計要能夠提供友好的人機界面，有大量的圖表供用戶使用和分析，并可由當地運行人員完成遙控、遙調、信號復歸、遠方定值整定、在線維護等當地功能。

總體來說，通信網絡和變電站層隨變電站的不同，在硬件配置上變化不大。