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变电站自动化综述段俊东河南理工大学电气学院主要内容变电站在电力系统中的作用及主要功能变电站主要操作、控制及保护等常规变电站主要功能的实现及缺点变电站综合自动化主要功能的实现及优缺点变电站综合自动化系统的主要内容及基本要求变电站综合自动化系统的基本特点变电站综合自动化系统的基本功能变电站综合自动化系统的结构形式和配置变电站综合自动化技术的发展方向一、变电站在电力系统中的作用及主要功能变电站（通常指降压变电站）在电力系统分析中是一个负荷节点；从具体实现来看，是个具有一定主接线型式，并有高压配电装置、变压器和低压配电装置，有的还有中压配电装置，构成的一次设备集中地，也是为了实现对一次设备进行测量、操作、保护与控制等集中地。是电力系统集中控制的一个基本单元。作用是从系统受电并将接受的电能按照要求分配给各个电力用户。主要功能：测量一次系统及设备的状态；控制一次设备实现对用户的供电；保护一次设备的安全；控制和调整一次系统保证用户供电的电能质量和一次系统的安全等。通过二次系统实现的。二、变电站主要操作、控制及保护等断路器的合闸与分闸隔离开关的分、合操作变压器分接开关位置的调节电容器投、切控制及保护等变压器保护线路保护母线保护小接地选线备自投控制低周减载控制三、常规变电站主要功能的实现及缺点常规变电站的二次设备由以下几部分组成：继电保护、自动装置、测量仪表、操作控制屏和中央信号屏及远动装置(许多变电站没有远动装置)。在微机化以前，这几大部分不仅功能不同，实现的原理和技术也各不相同，因而长期以来形成了不同的专业和管理部门。20世纪80年代以来，由于集成电路技术和微机技术的发展，上述二次设备开始采用微机型的，例如：微机继电保护装置、微机型自动装置、微机监控系统和微机RTU等。这些微机型装置尽管功能不同，但其器件结构大同小异．除微机系统本身外，一般都是由对各种模拟量的数据采集回路和I/O回路组成，而且所采集的量和所控制的对象还有许多是共同的。各种自动化设备及保护控制等，基本上按各自的功能配置，彼此之间相关性小，设备兼容性差。二次系统的硬件设备型号多、类别杂，很难标准化。大量电线电缆及端子排的使用，增加了投资，也花费人力，干扰和调试复杂。常规二次系统不能指示自身故障。四、变电站综合自动化主要功能的实现及优缺点变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现全变电站的主要设备和输、配电线路的自动测量、监控和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技技术在变电站领域的综合应用。变电站自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。变电站自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。同常规相比由于变电站自动化系统投入运行以后显示出许多原来变电站常规的二次设备所不能具备的优越性，因此，“变电站自动化”在短短的几年内便成为热门的话题，引起了电力行业各有关部门的注意和重视，和变电站常规二次系统相比其优越性主要表现在如下几个方面：（1）变电站自动化系统利用当代计算机技术和通信技术，提供了先进技术的设备，改变了传统的二次设备模式，信息共享，简化了系统，减少了连接电缆，减少占地面积，降低造价，改变了变电站的面貌。（2）在线运行的可靠性高，系统具有软件自检，故障诊断功能，软、硬结合具有很强的可干扰性，提高了自动化水平，减轻了值班员的操作量，减少了维修调试工作量。（3）变电站运行管理自动化水平高，便于调度中心及时掌握电网及变电站的运行情况。（4）提高变电站的可控性，可采用远方集中控制、操作、反事故措施等，提高了用户电能质量。（5）采用无人值班管理模式，可提高劳动生产率，减少人为误操作的可能。（6）增加可控性，可以全面提高电网运行的可靠性和经济性。（7）对运行人员要求高，对一般运行人员来说，操作和维护较难掌握，很多情况需与厂家联系。（8）硬件过时快，硬件和软件维护较难。五、变电站自动化的主要内容及基本要求变电站自动化系统主要包括如下两方面的内容:（1）对220KV及以下中、低压变电站，采用自动化系统．利用现代计算机和通信技术，对变电站的二次设备进行全面的技术改造，取消常规的保护、监视、测量、控制屏，实现综合自动化，以全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，并逐步实行无人值班或减人增效。（2）对220KV以上的变电站，主要是采用计算机监控系统以提高运行管理水平，同时采用新的保护技术和控制方式，促进各专业在技术真的协调，达到提高自动化水平和运行、管理水平的目的。总之，变电站自动化的内容应包括电气量的采集和电气设备(如断路器等)的状态监视、控制和调节。实现变电站正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全。发生事故时，由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障和完成事故后的恢复正常操作。从长远的观点看，综合自动化系统的内容还应包括高压电器设备本身的监视信息(如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等)；除了需要将变电站所采集的信息传送给调度中心外，还要送给检修中心，以便为电气设备的监视和制定检修计划提供原始数据。实现变电站自动化的目标是提高变电站全面的技术水平和管理水平，提高运行的安全性、可靠性、稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益、供电质量，促进配电系统自动化。基本要求（1）变电站自动化系统应能全面代替常规的二次设备，应集变电站的继电保护、测量、监视、运行控制和通信于一个分级分布式的系统中。（2）变电站微机保护的软、硬件设置既要与监控系统相对独立，又要相互协调。微机保护是综合自动化系统中很重要的关键环节，因此其软、硬件配置要相对独立，即在系统运行中，继电保护的动作行为仅与保护装置有关．不依赖于监控系统的其它环节，保证综合自动化系统中，任何其它环节故障只影响局部功能的实现，不影响保护子系统的正常工作。但与监控系统要保持紧密通信联系。（3）微机保护装置应具有串行接口或现场总线接口，向计算机监控系统或RTU提供保护动作信息或保护定值等信息。（4）变电站自动化系统的功能和配置，应满足无人值班的总体要求。（5）要有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。（6）必须保证综合自动化系统具有高的可靠性和强的抗干扰能力。一旦系统中某部分出现故障，应尽量缩小影响范围并能尽快修复故障。（7）系统的可扩展性、适应性要好。（8）系统的标准化程度和开放性能要好。应尽量符合国家或部颁标准。（9）数据共享应该是综合自动化系统发展的趋势，必须充分利用数字通信的优势，实现数据共享，才能简化自动化系统的结构，减少设备的重复，降低造价。（10）变电站自动化系统的研究和开发工作，必须统一规划，统一指挥。变电站自动化系统是一项技术密集、涉及面广、综合性很强的基础自动化工程。在研究、开发和应用过程小，各专业要互相配合，避免各自为战，整个系统才能协调工作，对系统的信息才能集中管理和共享，避免不必要的重复和相互的干扰。六、变电站自动化系统的特点变电站综合自动化将变电站的监视控制，继电保护、自动控制和远动等所要完成的功能组合在一起，通过计算机硬件、软件和数据通信网而构成的一个综合系统。其最明显的特征表现在一下几个方面。1.功能综合化2.结构分布，分层化3.测量显示数字化4.操作监视屏幕化5.通信网络化、光缆化6.运行管理智能化七、变电站自动化的基本功能变电站自动化是多专业性的综合技术，它以微机为基础，实现了对变电站传统的继电保护、控制方式、测量手段、通信和管理模式的全面技术改造，实现了电网运行管理的一次变革。变电站自动化需完成的功能大概有63种，归纳起来可分为以下几种功能：(1)控制、监视功能；(2)自动控制功能；(3)测量表计功能；(4)继电保护功能；(5)与继电保护有关的功能；(6)接口功能；(7)系统功能。结合我国的情况来说，变电站自动化系统的基本功能体现在下述五个子系统：（一）、监控子系统的功能1数据采集（1）模拟量的采集变电站器采集的模拟量有各段母线电压、线路电压、电流、有功功率、无功功率，主变压器电流、有功功率和无功功率，电容器的电流、无功功率，馈出线的电流、电压、功率及频率、相位、功率因数等。此外，模拟量还有主变压器油温、直流电源电压、站用变压器电压等。对模拟量的采集，可根据技术需要采用直流采样或交流采样方式。（2）开关量的采集变电站的开关量有：断路器的状态、隔离开关状态、有载调压变压器分接头的位置、同期检测、继电保护动作信号、运行告警信号等。（3）电能计量电能量包括对进线、变压器和各条出线的电能量(包括有功电能和无功电能)的采集。传统的方法是采用机械式的电能表，由电能表盘转动的圈数来反映电能量的大小。这些机械式的电能表，无法和计算机直接接口。计算机对电能量进行计量的常用方法有两种：电能脉冲计量法。常用的有两种仪表类型①脉冲电能表;②机电一体化电能计量仪表。软件计算方法。软件计算方法其实质是数据采集系统利用交流采样得到的电流、电压值，通过软件计算出有功电能和无功电能。专用的微机型电能表，由单片机和集成电路构成，通过采样电压和电流量，由软件计算出有功电能和无功电能。可以保证计量的准确度比较高，而且不仅能保存电能值，方便地实现分时统计，还具有串行通信功能也可同时输出脉冲量，是今后发展的方向。2事件顺序记录SOE事件顺序记录SOE(SequenceofEvents)包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。通过这一记录可了解系统或某一回路在事故前后所处的工作状态，对于分析和处理事故起辅助作用。3故障录波和测距(1)故障录波与测距。110kV及以上的重要输电线路距离长、发生故障影响大，必须尽快查找出故障点，以便缩短修复时间，尽快恢复供电，减少损失。变电站的故障录波和故障测距可采用两种方法实现，一是由微机保护装量兼作故障记录和测距，这种方法可节约投资，减少硬件设备，但故障记录的量有限；另一种方法是采用专用的微机故障录波器，并且故障录波器应具有串行通信功能，可以与监控系统通信。（2）故障记录主要用于35kV、10kV具有故障录波简单功能。4操作控制功能无论是无人值班还是少人值班变电站，操作人员都可通过CRT屏幕对断路器和隔离开关(若有电动操作机构)进行分、合操作．对变压器分接开关位置进行调节控制，对电容器进行投、切控制，同时要能接受遥控操作命令，进行远方操作。为防止计算机系统故障时无法操作被控设备，在设计时，应保留人工直接跳、合闸手段。5安全监视功能监控系统在运行过程中．对采集的电流、电压、主变压器温度、频率等量，要不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值，另外，还要监视保护装置是否失电，自控装置工作是否正常等。6人机联系功能人机联系桥梁：CRT显示器、鼠标和键盘。变电站采用微机监控系统后，无论是有人值班还是尤人值班，最大的特点之一是操作人员或调度员只要面对CRT显示器的屏幕，通过操作鼠标或键盘，就可对全站的运行工况和运行参数一目了然，可对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作．彻底改变了传统的依靠指针式仪表和依靠模拟屏或操作屏等手段的操作方式。1）显示内容(1)显示采集和计算的实时远行参数。(2)显示实时主接线图。(3)事件顺序记录(SOE)显示。(4)越限报警显示。(5)值班记录显示。(6)历史趋势显示。显示主变压器负荷曲线、母线电压曲线等。(7)保护定值和自控装置的设定值显示：(8)其它。包括故障记录显示、设备运行状况显示等。2）输入数据变电站投入运行后，随着送电量的变化，保护定值、越限值等需要修改，甚至由于负荷的增长，需要更换原有的设备，例如更换TA变比。因此在人机联系中，必须有输人数据的功能。需要输入的数据至少有以下几种内容