1、變電站綜合自動化系統介紹 胡建斌 .01.04變電站綜合自動化系統介紹第1頁內容概要第一部分：基本概念第二部分：結構模式第三部分：主要特征第四部分：主要功效第五部分：通信網絡變電站綜合自動化系統介紹第2頁1、基本概念變電站綜合自動化系統：是利用先進計算機技術、當代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備(包含繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等)功效進行重新組合、優化設計，對變電站全部設備運行情況執行監視、測量、控制和協調一個綜合性自動化系統。變電站綜合自動化產品：是采取當代工業計算機技術、網絡通信技術，針對變電站變壓器、線路、開關等輸供電設備，完成實時監視

2、、測量、控制、調整、保護和信息管理等功效裝置 。 變電站綜合自動化技術：即廣泛采取微機保護和微機遠動技術，分別采集變電站模擬量、脈沖量、開關狀態量及一些非電量信號，經過功效重新組合，按照預定程序和要求實現變電站監視、測量、協調和控制自動化集合體和全過程，從而實現數據共享和資源共享，提升變電站自動化整體效益。1變電站綜合自動化系統介紹第3頁1、基本概念遙信：指對狀態信息遠程監視。 遙控：指含有兩個確定狀態運行設備進行遠程操作。 遙測：指利用通信技術傳輸所測變量之值。 遙調：指對含有不少于兩個設定值運行設備進行遠程操作。 遙脈：指利用通信技術對遠方運行設備脈沖量(如電能量)進行遠程累計。 遙視：指

3、利用通信技術對遠方運行設備狀態進行遠程監視。 2變電站綜合自動化系統介紹第4頁1、基本概念站控層：由主機或和操作員、工程師站、遠動接口設備等組成，面向全變電站進行運行管理中心控制層。后臺機：對本站設備數據進行采集及處理，完成監視、控制、操作、統計、報表、管理、打印、維護等功效處理機。間隔層：由智能IO單元、控制單元、控制網絡和保護等組成，面向單元設備就地控制層。遠動：應用通信技術，完成遙測、遙信、遙控和遙調等功效總稱。通道：在數據傳輸中，傳輸信號單一通路或其一段頻帶。 主站：控制站，對子站實現遠程監控站。 子站：被控站，受主站監視和控制站。 3變電站綜合自動化系統介紹第5頁1、基本概念調制解調

4、器：對遠動設備所傳送信號進行調制和解調設備。 解調：從調制載波信號中復原原調制信號過程。 調制：為了使信號便于傳輸、降低干擾和易于放大，使一個波形(載波)參數按另一個信號波形(調制波)改變過程。 規約：在通信網絡中，為了通信雙方能正確有效可靠進行數據傳輸，在通信發送和接收過程中有一系列要求，以約束雙方正確，協調工作。 鏈路：站與站之間數據傳輸設施。 以太網：IEC TC57推薦使用變電站通信網絡，局域網一個。 規約轉換器：連接兩個通信網絡智能電子裝置。它能夠按一個規約接收一個網絡信息，進行轉換后，按第二個規約向另一個網絡轉發，或相反。 4變電站綜合自動化系統介紹第6頁1、基本概念同時傳輸：一個

5、數據傳輸方式，代表每比特信號出現時間與固定時基合拍。 廣播命令：向網絡部分或全部子站同時發出命令。 異步傳輸：一個數據傳輸方式，每個字符或字符組可在任意時刻開始傳輸。 地址：報文部分，用以識別報文起源或報文目標地。 波特：數字信號傳輸速率單位，等于每秒傳輸狀態或信號碼元數。 雙機切換：含義是在雙機(主備機)配置情況下，當主機(值班機)發生故障時,備機可自動或在人工干預下轉為主機，主機轉為備機。多機配置情況與雙機類似，當主機發生故障時，任一備機可自動或在人工干預下轉為主機。 5變電站綜合自動化系統介紹第7頁1、基本概念通道監視及切換：通道監視是指計算機系統經過通信控制器，統計與變電站測控裝置、保

6、護或其它變電站自動化系統、電網調度自動化系統通信過程中接收數據錯誤和長時間無應答情況。依據通道監視情況，系統能夠告警或采取對應控制辦法。假如通道配置有冗余，即某廠站有雙通道情況下，當一個通道故障時，系統可自動轉到另一個通道上進行通信。 實時數據：指在線運行時實時統計和監視物理量。 歷史數據：指在線運行時按要求間隔或時間點統計物理量。在變電站中歷史數據指按指定時間間隔或特殊要求保留下來運行實時數據、各統計和報表、曲線等。 變電站運行實時參數：指為監測和控制變電站運行所需各種實時數據。主要有：母線電壓、系統頻率；饋線電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能量；主變壓器電流、有功功率、無功功率、功率

7、因數、電能量、溫度；保護定值，直流電源電壓；變電站設備運行狀態等 變電站設備運行狀態：指各斷路器、隔離開關實際運行狀態(合閘、分閘)；主變壓器分接頭實際位置、主變壓器狀態，壓力、氣體繼電器是否報警；保護運行狀態；被監控變電站系統狀態；監控系統運行狀態等。6變電站綜合自動化系統介紹第8頁2、結構模式集中式：早期變電站自動化設計都是采取集中式結構。這種結構設計方法是將設備按其不一樣功效進行歸類劃分，形成若干個獨立系統，各系統分別采取集中裝置來完成本身功效。這種結構方式缺點是資源不能共享，設備設置重復、且運行可靠性低，功效有限，也不能大量節約電纜、屏柜和占地面積，因而這種結構方式并沒有得到廣泛推廣應

8、用。 7變電站綜合自動化系統介紹第9頁2、結構模式8變電站綜合自動化系統介紹第10頁2、結構模式分散式：這種結構方式普通是按一次回路進行設計。首先將設備按一次安裝單位劃分成若干單元。將控制單元、微機保護單元、數據采集單元安裝在戶外高壓開關附近或戶內開關柜內。然后將各分散單元用網絡電纜互連，組成一個完整分散式綜合自動化系統。這種分散式結構含有很多優點：各個功效單元上現有通訊聯絡，又相對獨立，便于系統擴展，便于維護管理，當某一步驟發生故障時，不致于相互影響。另外，它抗電磁干擾性能強，可靠性高，能夠把電度計量、測量表計、控制、保護、遠動合為一體，可使數據統一，防止設備重復設置，在二次設計上能最大程度

9、地降低二次設備占地面積和節約大量電纜及接線。 9變電站綜合自動化系統介紹第11頁2、結構模式10變電站綜合自動化系統介紹第12頁2、結構模式分層分布式：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。這種結構方式介于集中式與分散式兩種結構之間，形式較多。當前國內應用較多分散式結構集中式組屏。這種結構方式含有分散式結構全部優點,因為采取了集中式組屏,非常有利于系統設計、安裝與維護管理。 主要特點是按照變電站元件，斷路器間隔進行設計。將變電站一個斷路器間隔所需要全部數據采集、保護和控制等功效集中由一個

10、或幾個智能化測控單元完成。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。這種系統代表了當代變電站自動化技術發展趨勢，大幅度地降低了連接電纜，降低了電纜傳送信息電磁干擾，且含有很高可靠性，比很好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。 11變電站綜合自動化系統介紹第13頁2、結構模式12變電站綜合自動化系統介紹第14頁3、主要特征功效綜合化：變電站綜合自動化技術是在計算機技術、數據通信技術、軟件模塊化基礎上發展起來。它集保護、測量、監控功效于一體，替換了常規變電站保護、儀表、中央信號系統、RTU等二次設備。運行管

11、理智能化：智能化不但表現在常規自動化功效上，如自動報警、自動報表、電壓無功自動調整、小電流接地自動選線、事故判斷與處理等方面，還表現在能夠在線自診療，并能將自診療結果向遠方傳送。 操作監視屏幕化：常規方式下指針表計讀數被屏幕數據取代。對變電站設備運行監視、操作、控制都能夠在計算機屏幕上進行。 結構微機化：綜合自動化系統內主要部件是微機化分布式結構，網絡總線連接，將微機保護、數據采集、監視控制等步驟中央處理器(CPU)同時并行運行。 13變電站綜合自動化系統介紹第15頁4、主要功效數據采集和處理：其范圍包含模擬量、開關量、電能量以及其它裝置數據 。模擬量采集包含電流、電壓、有功功率、無功功率、功

12、率原因、頻率以及溫度等信號，并能實現實時采集、越限報警和追憶統計功效。 開關量采集包含斷路器、隔離開關以及接地刀閘位置信號、繼電保護裝置和安全自動裝置動作及報警信號、運行監視信號、變壓器有載調壓分接頭位置信號等，并能實現實時采集、設備異常報警和事件次序統計和操作統計功效。 對實時采集模擬量，應進行有效性檢驗及對應處理。對實時采集開關量，應進行消除接點抖動濾波處理。 14變電站綜合自動化系統介紹第16頁4、主要功效數據庫建立與維護：其范圍包含模擬量、開關量、電能量以及其它裝置數據 。 數據庫建立：(1) 實時數據庫：存放監控系統采集實時數據，其數值應依據運行工況實時改變而不停更新，統計被監控設備

13、當前狀態。(2) 歷史數據庫：對于需要長久保留主要數據將存放在歷史數據庫中。應提供通用數據庫，統計周期為1分鐘1小時一次可調。歷史數據應能夠在線滾動存放1年，無需人工干預。全部歷史數據應能夠轉存到光盤或磁帶等大容量存放設備上作為長久存檔。 對于狀態量變位、事件、模擬量越限等信息，應按時間次序分類保留在歷史事件庫中，保留時間可由用戶自定義為幾個月、幾年等。 數據庫維護：數據庫應便于擴充和維護，應確保數據一致性、安全性；可在線修改或離線生成數據庫；用人-機交互方式對數據庫中各個數據項進行修改和增刪。 15變電站綜合自動化系統介紹第17頁4、主要功效監視：能自動或依據運行人員命令，經過監視器屏幕實時

14、顯示各種畫面。包含系統運行工況監視，變電站一次系統運行狀態監視，二次系統運行狀態監視。（1） 電氣主接線，包含不一樣電壓等級分接線圖；（2） 所用電接線圖；（3） 直流系統圖和交流不停電電源(UPS)系統圖；（4） 自動化系統運行工況圖；（5） 各類趨勢圖，包含實際負荷曲線、模擬量改變曲線及歷史趨勢圖等；（6） 主要模擬量棒形圖；（7） 報警畫面；（8） 運行操作統計；（9） 事故及故障統計；（10）事故追憶統計匯報或曲線；（11）事件次序統計當前和歷史匯報；（12）繼電保護管理信息。16變電站綜合自動化系統介紹第18頁4、主要功效控制操作：控制操作對象包含：各電壓等級斷路器以及隔離開關、電動

15、操作接地開關、主變壓器及所用變壓器分接頭位置、所內其它主要設備開啟/停頓等。 控制操作含有手動控制和自動控制兩種控制方式。 17變電站綜合自動化系統介紹第19頁4、主要功效手動控制包含遠方控制中心控制、站內主控室控制、就地手動控制（含間隔層和設備層操作）。并具備遠方控制中心/站內主控室、站內主控室/就地手動控制切換功效。控制級別由高到低次序為：就地、站內主控、遠方控制中心，三種控制級別間相互閉鎖，同一時刻只允許一級控制。 18變電站綜合自動化系統介紹第20頁4、主要功效 設備層操作（就地斷路器、隔離開關、主變分接頭控制箱就地遠方開關處于就地位置）。 間隔層操作控制無效； 站控層操作控制無效；

16、遠方控制中心操作控制無效。 間隔層操作（間隔層測控單元就地遠方開關處于就地位置，就地設備層控制箱就地遠方開關處于遠方位置）。 站控層操作無效； 遠方控制中心操作控制無效。 站控層操作（操作員站就地遠方操作處于就地位置，間隔層和設備層就地遠方開關處于遠方位置）。 遠方控制中心操作控制無效。 遠方控制中心層操作（操作員站就地遠方處于遠方位置，間隔層和設備層就地遠方處于遠方位置）。 19變電站綜合自動化系統介紹第21頁4、主要功效自動控制包含次序控制和調整控制，由站內操作員站或遠方控制中心設定其是否采取。它能夠由運行人員投入/退出，而不影響正常運行。 20變電站綜合自動化系統介紹第22頁4、主要功效

17、次序控制指按設定步驟次序進行操作，即設備從當前狀態到目標狀態由程序來控制進行一系列操作。操作執行程序，即從正確判定變電站設備初始狀態到控制電氣設備按要求程序抵達終了狀態，所執行檢測、判斷、控制、監視、測量、操作等工作全部經過計算機控制完成。 21變電站綜合自動化系統介紹第23頁4、主要功效調整控制指對電壓、無功控制目標值等進行設定后，系統自動按要求方式對電壓無功進行聯合調整。其中包含自動投切無功賠償設備和調整主變壓器分接頭位置。電壓無功自動控制要充分考慮運行方式需要和各種閉鎖條件。 22變電站綜合自動化系統介紹第24頁4、主要功效報警處理：報警處理分兩種方式，一個是事故報警，另一個是預告報警。

18、前者包含保護動作信號和非操作引發斷路器跳閘信號。后者包含普通設備變位、狀態異常信息、模擬量越限復限、計算機站控系統各個部件、間隔層單元狀態異常、趨勢報警等。 23變電站綜合自動化系統介紹第25頁4、主要功效事件次序統計和事故追憶：事件次序統計：事件次序統計又稱SOE，特指在電網發生事故時，以比較高時間精度統計以下一些數據：發生位置改變各斷路器編號(包含變電站名)、變位時刻，動作保護名稱、故障參數、保護動作時刻等。 事故追憶：對事件發生前后運行情況進行統計。事故追憶范圍為事故前1min到事故后2min全部相關模擬量和狀態量，采樣周期可調（1-10s） 。24變電站綜合自動化系統介紹第26頁4、主

19、要功效在線統計計算及制表：對所采集各種電氣量原始數據進行工程計算，對變電站運行各種常規參數進行統計分析（如日、周、月、年中最大、最小值及其出現時間、母線電壓不平衡率及合格率、變壓器負荷率、全站負荷及電能量平衡率等 ），對變電站主要設備運行情況進行統計計算（如斷路器正常操作及事故跳閘次數、主變分接頭調整檔次及次數、設備投退、通道異常、主要設備運行小時數及各種操作 ），并充分利用各種數據，生成不一樣格式生產運行報表。25變電站綜合自動化系統介紹第27頁4、主要功效同期：能實現同期檢測及操作。合閘檢測分為檢無壓合閘和檢同期合閘。同期檢測部件（位于間隔層）檢測來自斷路器兩側母線TV及線路TV輸入電壓幅

20、度、相角及頻率瞬時值，實施自動同期捕捉合閘。監控系統應能依據電氣接線狀態，自動選擇同期檢測對象，同時應含有檢測TV斷線功效，預防有壓作無壓合閘處理。 26變電站綜合自動化系統介紹第28頁4、主要功效時鐘同時：采取全站統一對時系統，計算機監控系統對各個間隔層單元及站級計算機等含有時鐘設備進行同時時鐘校正，確保各部件時鐘同時率到達精度要求。 時鐘源：北斗衛星、GPS。 對時方式：網絡對時、脈沖對時、IRIG-B碼對時。 27變電站綜合自動化系統介紹第29頁4、主要功效遠動功效：與遠方調度及電力數據網信息交換，滿足電網調度實時性、安全性和可靠性要求。 遠動裝置直接接入站級以太網，支持TCP/IP網絡

21、協議；數據流向為不經站控層主計算機直接傳遞方式，即直接采集間隔層數據。遠動裝置能夠同時與各個調度中心進行信息交換，支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、新部頒CDT等各種通訊規約。 兩種工作模式：模式1：雙機并行工作方式向調度端同時傳送遠動信息。模式2：雙機主備模式運行，并含有沒有擾動切換（切換遠動通信裝置、切通道）功效。28變電站綜合自動化系統介紹第30頁4、主要功效與其它系統和設備接口： 與繼電保護設備接口 ：繼電保護信息同時以兩種方式接入計算機監控系統：1.硬接點輸入方式；2.通信接口輸入方式。 硬接點輸入方式：各種保護跳閘信號、保護主要告警信息及保護裝置主要故

22、障信號以硬接點方式輸入相關電氣單元測控裝置。 通信接口輸入方式：各種保護跳閘信號、保護主要告警信息及保護裝置主要故障信號經過通訊管理機（也被稱為網關、規約轉換器、保護管理機）經過規約轉換后以以太網方式接入計算機監控系統。 通訊接口轉換有RS485-以太網、以太網-以太網兩種轉換形式。與其它子系統接口：與直流系統、直流絕緣檢測裝置、直流電池巡檢裝置、電能量采集裝置、微機消諧裝置、小電流接地選線裝置及消弧線圈自動調諧裝置等通信。1.硬接點輸入方式；2.通信接口輸入方式。通訊接口轉換有RS485-以太網、RS232-以太網兩種轉換形式。29變電站綜合自動化系統介紹第31頁4、主要功效防誤閉鎖功效：含

23、有預防誤拉、合斷路器；預防帶負荷拉、合刀閘；預防帶電掛接地線；預防帶地線送電；預防誤入帶電間隔功效（五防） 。 變電站防誤操作閉鎖可采取以下三種方案：方案1：經過監控系統邏輯閉鎖軟件實現全站防誤操作閉鎖功效，同時在受控設備操作回路中串接本間隔閉鎖回路。 方案2：監控系統設置“五防”工作站。遠方操作時經過“五防”工作站實現全站防誤操作閉鎖功效，就地操作時則由電腦鑰匙和鎖具來實現，在受控設備操作回路中串接本間隔閉鎖回路。方案3：配置獨立于監控系統專用微機“五防”系統。遠方操作時經過專用微機“五防”系統實現全站防誤操作閉鎖功效，就地操作時則由電腦鑰匙和鎖具來實現，同時在受控設備操作回路中串接本間隔閉

24、鎖回路。專用微機“五防”系統與變電站監控系統應共享采集各種實時數據，不應獨立采集信息。 本間隔閉鎖能夠由電氣閉鎖實現，也可采取能相互通信間隔層測控單元實現。30變電站綜合自動化系統介紹第32頁4、主要功效VQC：電壓無功綜合控制，是依據電壓和功率因數（無功）越限情況，將控制策略化分為多個區域，每個區域依據不一樣調整方式，采取對應控制策略。 控制對象：電容器、電抗器、主變分接頭 控制策略 ：電壓優先、無功優先、只調電壓、只調無功、電壓無功綜合優選 等 控制模式：閉環：主變分接頭和無功賠償設備全部投入自動控制。半閉環：主變分接頭退出自動控制，由操作員手動調整，無功賠償設備自動調整。開環：電壓無功自

25、動控制退出，只作調整指導。 31變電站綜合自動化系統介紹第33頁4、主要功效繼電保護工程師站：在系統中擔負著繼電保護處理、故障錄波分析等功效，在電網穩定運行及事故反措等方面發揮著極其主要作用。 定值操作：1）對裝置定值查詢與修改；2）能夠實現定值區切換，壓板投退操作，版本號查詢，裝置復歸等操作； 錄波功效：1）能夠處理裝置或故障錄波器上送錄波數據，錄波數據包含：各個保護由故障開始到給出跳閘信號動作時間，斷路器跳閘時間，故障后第一周波故障電流有效值和母線電壓有效值，斷路器重合閘時間，再次故障相別及跳閘相別，各個保護動作時間，再次跳閘時間，再次故障后第一周波故障電流有效值和母線電壓有效值等；2）提

26、供錄波分析軟件能方便查看這些數據，含有諧波分析和計算功效；3）將統計電流、電壓及導出阻抗和各序分量形成矢量圖，顯示阻抗改變軌跡，并可對故障數據進行諧波分析。32變電站綜合自動化系統介紹第34頁4、主要功效人-機聯絡：人-機聯絡是值班員與計算機對話窗口，值班員可借助鼠標或鍵盤方便地在屏幕上與計算機對話 。 人-機聯絡包含：a）調用、顯示和拷貝各種圖形、曲線、報表；b）發出操作控制命令；c）數據庫定義和修改；d）各種應用程序參數定義和修改；e）查看歷史數值以及各項定值；f） 圖形及報表生成、修改、打印；g）報警確認，報警點退出/恢復；h）操作票顯示、在線編輯和打印；i） 日期和時鐘設置；j） 運行文件編輯、制作；k) 主接線圖人工置數功效；l) 主接線圖人工置位功效。m) 監控系統主機上應有系統硬件設備配置圖，該配置圖能反應全部連接進系統硬件設備運行狀態。 33變電站綜合自動化系統介紹第35頁4、主要功效系統自診療和自恢復：系統應含有自監測功效，應提供對應軟件給操作人員，使其能對計算機系統安全與穩定進行在線監測。系統應能夠在線診療系統硬件、軟件及網絡運行情況，一旦發生異常或故障應馬上發出告警信號并提供相關信息。應含有看門狗和電源監測硬件，系統在軟件死鎖、硬件犯錯或電源掉電時，能夠自動保護實時數據庫。在故障排除后，能夠重新開啟并自