電力企業信息化第4章變電站信息化本章內容變電站信息化總體框架變電站監控系統變電站生產管理系統電網構成概述 變電站是聯系發電廠和用戶的中間環節起著變換和分配電能的作用。變電站信息化的主要內容是變電站綜合自動化系統。將變電站的二次設備利用計算機技術和現代通信技術，經過功能組合和優化設計，對變電站執行自動監視、測量、控制和協調的一種綜合性自動化系統。核心內容是監控系統信息化和變電站生產管理系統信息化。第一節變電站信息化總體框架一、變電站類型什么是變電站？變電站的作用？變電站是把一些設備組裝起來，用于切斷或接通、改變或調整電壓。是電力系統中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的電力設施。變換：變壓器實現

分配電能：母線實現

變電站分類1、按變電站在電力系統中的地位和作用劃分系統樞紐變、地區一次變、地區二次變、終端變2、按變電站安裝位置劃分室內、室外、地下、箱式3、按值班方式劃分有人值班、無人值班4、根據變壓器的使用功能劃分升壓、降壓、換流5、按自動化程度劃分常規、部分微機化、數字化變電站、智能變電站2、變電站的發展傳統變電站

20世紀80年代及以前變電站保護設備以晶體管、集成電路為主，二次設備均按照傳統方式布置，各部分獨立運行。隨著微處理器和通信技術的發展，遠動裝置的性能得到較大提高，傳統變電站逐步增加了“遙測”、“遙信”、“遙控”、“遙調”的四遙功能。

綜合自動化變電站

20世紀90年代，隨著微機保護技術的廣泛應用，以及計算機、網絡、通信技術的發展，變電站自動化取得實質性進展。利用計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術，對變電站二次設備的功能進行重新組合、優化設計，建成了變電站綜合自動化系統，實現對變電站設備運行情況進行監視、測量、控制和協調的功能。綜合自動化系統先后經歷了集中式、分散式、分散分層式等不同結構的發展，使得變電站設計更合理，運行更可靠，更利于變電站無人值班的管理。數字化變電站

近年來，隨著數字化技術的不斷進步和IEC61850標準在國內的推廣應用，國內已經出現了基于IEC61850的數字化變電站。數字化變電站具有全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化、高級應用互動化四個重要特征。數字化變電站體現在過程層設備的數字化，整個變電站內信息的網絡化，以及斷路器設備的智能化，而且設備檢修工作逐步由定期檢修過渡到以狀態檢修為主的管理模式。智能變電站

智能電網中的智能變電站是由先進、可靠、環保、集成的設備組合而成，以高速網絡通信平臺為信息傳輸基礎，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，同時具備支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能的變電站。智能變電站同數字化變電站的區別數字化變電站主要從滿足變電站自身的需求出發，實現站內一、二次設備的數字化通信和控制，建立全站統一的數據通信平臺，側重于在統一通信平臺的基礎上提高變電站內設備與系統見的互操作性。智能變電站從滿足智能電網運行要求出發，比數字化變電站更加注重變電站之間、變電站與調度中心之間的信息的統一與功能的層次化，以在全網范圍內提高系統的整體運行水平為目標。智能變電站同數字化變電站的區別數字化變電站已經具有了一定程度的設備集成和功能優化的概念，要求站內應用的所有智能電子裝置（IED）滿足統一的標準，擁有統一的接口，以實現互操作性。IED分布安裝與站內，其功能的整合以統一標準為紐帶，利用網絡通信實現。數字化變電站在以太網通信的基礎上，模糊了一、二次設備的界限，實現了一、二次設備的初步融合。而智能化變電站設備集成化程度更高，可以實現一、二次設備的一體化、智能化整合和集成。智能變電站同數字化變電站的區別智能變電站在數字化變電站的基礎上實現了兩個技術上的跨越：監測設備的智能化，重點是對開關、變壓器的狀態監測；故障信息綜合分析決策，變電站要和調度器進行信息的雙向交流。無人值守變電站無人值守變電站：調度值班員借助微機遠動技術替代變電所現場值班員來控制和管理的變電所。是變電所的一種先進管理模式。調度員在主站端設備的鍵盤上進行必要的遙控、遙調操作。并非任何操作都無須人員現場進行。不必再配置單獨RTU，模擬量和開關狀態信息，通過通信管理單元直接送往調度。各微機保護單元將動作信息送給調度，并通過通信管理單元轉發或執行調度下達的命令。

國內無人值班的發展簡況20世紀80年代后期，無人值班技術上了一個臺階。促進了調度自動化實用化的深入開展和電網調度管理水平的提高。國家電力調度通信中心于1993年12月28日發布了調自[1994]2號文件《關于在地區電網中實施變電站遙控和無人值班的意見》。2008年國家電網發布無人值守變電站管理規范(試行)目前各省電力公司，大力推行無人值守變電站，已有750KV無人值守變電站。如：2013年6月湖北全省500千伏交流變電站全部實現無人值守。變電站綜合自動化1、變電站綜合自動化簡介變電站綜合自動化系統就是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等對變電站的二次設備（繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行從新組合、優化設計，對變電站的全部設備的運行情況執行監視、測量、自動控制和保護及與調度間通信等綜合性的自動化功能的自動化系統。 在技術上涉及到自動控制、遠動、通信、測量、計量、信號和控制等二次系統，專業上涉及到自動化、保護、變電站運行等。配置類似工作重復變電站綜合自動化——由來機電式繼電保護就地監控遠動裝置錄波裝置微機型繼電保護微機監控微機遠動微機錄波微機型計算機技術優化設計共享軟硬件資源通域信絡網局自動監控系統微機保護微機自動裝置微機遠動功能綜合自動化結構示意圖變電站綜合自動化系統基本配置時鐘系統調制解調裝置調度綜合測控裝置自動裝置遠動裝置繼電保護模擬/開關量采集裝置保護單元1保護單元n工作站工作站主控機外設中心處理機網絡變電所綜合自動化—特征1)、功能綜合化

綜合了變電所內除一次設備和交直流電源以外的所有二次設備。微機監控系統綜合了儀表屏、操作屏、模擬屏、變送器屏、中央信號系統，遠動裝置RTU，電壓及無功自動調節等功能。微機保護綜合了故障錄波、故障測距、小電流接地選線、自動按頻率減負荷、自動重合閘等功能。2)、結構分布、分層化分布式結構：結構上采用主從CPU協同工作方式，各功能模塊（從CPU）間采用網絡技術或串行方式實現通信。優點：多CPU提高了處理并行多發事件的能力，方便系統擴展與維護，局部故障不影響其它模塊的正常運行。分層式結構

監控主機打印機顯示器綜合監控單元前置機數據采集TA/TVTA/TV綜合監控單元線路保護單元主變保護單元電容器保護單元間隔層站控層管理層在變電站綜合自動化系統中，通常把繼電保護、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能綜合在一起的裝置稱為保護單元，而把測量和控制功能綜合在一起的裝置稱為控制或I/O單元。兩者通稱為間隔級單元(baylevelunit)。各種類型的間隔級單元與變電站的中央單元(centralunit)相結合，并利用間隔級單元搜集到的狀態量和測量值，通過軟件來實現各種保護閉鎖，取消或大大簡化傳統設計中為實現閉鎖功能所需要的二次回路，以組成變電站綜合自動化系統。間隔層按一次設備組織，一般按斷路器的間隔劃分，具有測量、控制和繼電保護部分。測量、控制部分負責該單元的測量、監視、斷路器的操作控制和閉鎖及事件順序記錄等；保護部分負責該單元線路或變壓器或電容器的保護、各種錄波等。間隔層本身是由各種不同的單元裝置組成，這些獨立的單元裝置直接通過總線接到站控層。

綜合自動化系統使變電站的值班人員完全是面對大屏幕顯示器進行變電站的全方位監視與操作。3)、操作監視屏幕化指針式儀表模擬屏跳、合閘操作數據顯示實時主接線畫面畫面文字語言報警光字牌報警鼠標鍵盤操作

原來的二次設備只能監視一次設備；綜合自動化系統：監測一次設備；常規自動化功能；在線自診斷；與控制中心通信。4)、運行管理智能化變電所綜合自動化系統的基本功能1)、數據采集是在線采集供電系統的運行參數，主要包括：模擬量，狀態量和脈沖量。模擬量采集進線的電壓、電流和功率值，饋線回路的電流及功率值，還包括變壓器的溫度，電容器的溫度，直流電源電壓等。狀態量采集變電所里的開關、斷路器的位置狀態等。脈沖量脈沖電度表輸出的脈沖信號等。2)、數據處理與記錄

電力部門和用戶內部生產調度需要的數據。變電所運行參數的統計、分析與計算。

變電所內各種事故信息的順序記錄并登錄存檔。變電所運行參數和設備越限報警及記錄。3)、控制與操作閉鎖變電所內的各高壓斷路器，隔離開關可以通過變電所綜合自動化系統CRT屏幕進行操作，也可以對變壓器的分接頭進行調節控制，可對電容器組進行投切。為了防止計算機系統故障時無法操作被控設備。應保留人工直接跳合閘功能。操作閉鎖的內容a、操作出口具有跳、合閉鎖功能。b、操作出口具有并發性操作閉鎖功能，c、根據實時信息，實現斷路器、隔離開關操作閉鎖功能。d、適應一次設備現場維修操作的“五防操作及閉鎖系統”。即：防止帶負荷拉、合隔離開關；防止誤入帶電間隔；防止誤分、合斷路器；防止帶電掛接地線；防止帶地線合隔離開關。e、CRT屏幕操作閉鎖功能，只有輸入正確的操作口令和監護口令才有權進行操作控制。4)、微機保護

微機保護主要包括線路保護、變壓器保護、母線保護、電容器保護、備用電源的自動投入裝置和自動重合閘裝置等。a、故障記錄，且斷電保持。b、存儲多套整定值；并能顯示及當地修改整定值。c、實時顯示保護主要狀態。d、與監控系統通信。5)、與遠方操作控制中心通信“四遙”遙測，遙信，遙控，遙調

遠方修改定值向電力調度部門傳送數據信息6)、人機聯系功能（1）屏幕顯示（2）通過鍵盤輸入數據（3）人工操作控制（4）運行參數及信息的打印記錄7)、自診斷功能

綜合自動化系統的各單元模塊應具有自診斷功能，自診斷信息也像數據采集一樣周期性地送往后臺機操作控制中心。3、變電站綜合自動化的結構形式結構形式主要有：集中式分布式分布分散式集中式采用功能較強的計算機，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，集中進行計算與處理，分別完成微機監控、微機保護和一些自動化功能。微機保護、微機監控和與調度等通信的功能由不同的微機完成。集中式結構的缺點：每臺計算機的功能較集中，若一臺計算機出故障，影響面大。軟件復雜，調試麻煩，修改工作量大。組態不靈活。集中式保護與長期以來采用一對一的常規保護相比，不直觀，不符合運行和維護人員的習慣，調試和維護不方便，只適于保護算法比較簡單的情況。分布式將變電站自動化系統的功能分散給多臺計算機來完成。一般按功能設計，采用主從CPU系統工作方式，多CPU系統提高了處理并行多發事件的能力，解決了CPU運算處理的瓶頸問題。便于系統擴展和維護，局部故障不影響其他模塊的正常的運行。安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統組態，較多地使用于中、低壓變電站。分布分散式從邏輯上將變電站自動化系統劃分為變電站層和間隔層兩層，也可分為變電站層、通信層和間隔層三層。間隔級控制單元的自動化、標準化使系統適用率較高。簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。簡化了變電站二次設備之間的互連線，節省了大量連接電纜。結構可靠性高，組態靈活，檢修方便。三、變電站信息化及其框架變電站信息化監控系統信息化生產管理信息化數據采集與處理監視系統控制系統運行管理子系統操作票專家子系統技術培訓子系統第二節變電站監控系統監控系統的任務：

完成一次設備的監視、控制、數據采集、事件順序記錄及顯示、使值班人員把握安全控制、事故處理的主動性，減少和避免誤操作，縮短事故停電時間，提高運行管理水平，減少變、配電損失。一、變電站監控系統的基本要求實時性強（及時獲得關注的數據，并顯示出來）可靠性高（滿足全天候實時監視和控制）維護性好（方便參數修改，增刪間隔，系統組態）人機交流方便（友好的界面，人性化的設計）通訊可靠（通訊可靠是系統正常運行的保障）信號采集和輸出技術先進性，信息接入容量龐大（不限變電站規模，擴建方便）信息處理和控制算法先進，可編程資源豐富（提供一系列工具實現特殊要求）二、變電站監控系統的功能1、數據采集與處理功能2、監視功能3、控制功能1、數據采集與處理功能模擬量、數字量或狀態量、電能量的采集、折算回一次值、顯示并保存到歷史庫模擬量的采集狀態量的采集脈沖量的采集數字量的采集事故順序記錄和事故追憶在線統計計算2、監視功能1）收集并獲得全站主設備各種經處理運算后的模擬量并進行運行監視，包括線路、主變壓器的各種被測量電流、有功功率、無功功率、母線電壓、系統頻率以及電流、電壓上下限值；2）收集并獲得全站主設備運行的開關量并進行監視；3）報警處理事故報警、預告報警4）系統的自診斷和自恢復5）維護功能數據庫維護、功能維護3、控制功能開關分合、電容投退、檔位調節、保護投退。具備多級權限管理和電氣閉鎖、防誤操作等功能1）調度中心遠方控制2）站內SCADA控制3）后備手動控制IEC61850是什么?它不僅是一個通信規約它是一個全球的變電站自動化的標準。使用面向對象建模技術使用分布、分層體系使用抽象通信服務接口（ACSI）、特殊通信服務映射SCSM技術使用MMS技術具有互操作性具有面向未來的、開放的體系結構。

一個用于無縫通信的全球標準三、變電站監控系統硬件設備IEC61850是國際電工委員會TC57制定的《變電站通信網絡和系統》系列標準，為基于網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一國際標準，也是國家電力行業相關標準的基礎。（DL/T860）IEC61850規范了數據的命名、數據定義、設備行為、設備的自描述特征和通用配置語言，使不同智能電氣設備間的信息共享和互操作成為可能。

IEC61850標準

三、變電站監控系統硬件設備61850出現的主要原因：

嵌入式以太網技術使得變電站內設備裝置具有了更強大的通信能力與網絡訪問功能，使得用更高速與安全的以太網通信代替串口通信成為可能不同廠家的設備，采用不同的嵌入式系統、不同的編程語言，數據庫、構成“信息孤島”現象，需要一個有效的異構信息解決方案——IEC61850標準是變電站內異構信息集成方案設備互操作問題是關鍵廠商規約加密/客戶設備采購受限/系統集成困難需要一個統一的國際標準IEC61850變電站內調度端IEC61970異構集成2004年9月巴黎IEC61850國際展示會議15家廠商產品互連三、變電站監控系統硬件設備在邏輯結構上根據當前數字化變電站使用的IEC61850通信協議的定義，可分為三個層次，分別稱為“過程層”“間隔層”“站控層”。保護裝置數字化斷路器控制合并單元開關控制模塊間隔控制單元刀閘斷路器電子互感器常規變電站與數字化變電站結構圖對比相關設備1）間隔層設備：

保護與測控裝置；電能計量；交直流與消弧線圈；光纖交換機。

2）過程層設備：

非常規互感器；合并單元；智能終端；智能開關。3）站控層設備：

數字化變電站綜合自動化系統

間隔層設備整體要求應采用模塊化、標準化的結構，易維護和更換方便；應能按照DL/T860建模，并與站控層設備通信，并具有完善的自我描述功能；與過程層設備之間的通信應滿足DL/T860中規定的數據格式，具有識別協議中的數據有效性判斷，實時閉鎖保護，并能將告警事件上送；在任何網絡運行工況流量沖擊下，間隔層裝置均不應死機或重啟；宜采用冗余的110V或220V直流供電方式；當電壓波動范圍在20％內時，間隔層設備應能正常工作。1）間隔層設備整體要求間隔層設備技術要求測控裝置支持通過GOOSE協議實現間隔層五防功能；(GOOSE:GenericObjectOrientedSubstationEvent面向通用對象的變電站事件)應能實時反映本間隔一次設備的分、合狀態，應有該電氣單元的實時模擬接線狀態圖；應能設置所測量間隔的檢修狀態。保護裝置應支持GOOSE協議，實現裝置之間狀態、命令傳遞及GOOSE跳閘功能；出口壓板宜采用軟壓板方式，并具備功能投退壓板在接收到異常的合并單元采樣信號時，應能立刻閉鎖保護出口，確保不誤動；應設置檢修態，保證測試GOOSE通信正確，但不會實際跳閘。間隔層設備技術要求間隔層設備技術要求故障錄波裝置應具有采樣數據接口，從合并單元或交換機上接收采樣信號，進行采樣量的錄波，同時應可記錄重要的GOOSE開入開出量。計量裝置與站控層通信應支持MMS協議，與合并單元通信應支持支持DL/T860-9-1或DL/T860-9-2標準。安全穩定裝置各類安全穩定裝置應遵循DL/T860標準建模和通信，包括備自投裝置、低周減載裝置、PMU裝置等。間隔層設備技術要求2）過程層設備--電子式互感器3）站控層設備技術要求

站控層設備包括主機、操作員站、遠動裝置、保信子站、五防子系統、網絡通信記錄分析系統、衛星對時系統等。主機有主處理器及服務器的功能，是站控層數據收集、處理、存儲及發送的中心；管理和顯示有關的運行信息，供運行人員對變電站的運行情況進行監視和控制間隔層設備工作方式的選擇，實現各種工況下的操作閉鎖邏輯等；500kV變電站應采用兩臺主機互為熱備用工作方式。操作員站站內自動化系統的主要人機界面，用于圖形及報表顯示、事件記錄及報警狀態顯示和查詢，設備狀態和參數的查詢，操作指導，操作控制命令的解釋和下達等；通過操作員站，運行值班人員能夠實現全站設備的運行監視和操作控制；應配置兩臺操作員站，操作員站間應能實現相互監視操作的功能。110～220kV變電站的操作員站宜與主機在計算機硬件上合并設置。操作員站站內自動化系統的主要人機界面，用于圖形及報表顯示、事件記錄及報警狀態顯示和查詢，設備狀態和參數的查詢，操作指導，操作控制命令的解釋和下達等；通過操作員站，運行值班人員能夠實現全站設備的運行監視和操作控制；應配置兩臺操作員站，操作員站間應能實現相互監視操作的功能。110～220kV變電站的操作員站宜與主機在計算機硬件上合并設置。四、變電站監控系統軟件結構1、變電站監控系統層次2、變電站監控系統的邏輯構成3、變電站監控系統的設計及應用軟件模塊1、體系結構示意操作系統Unix（Solaris,AIX,HPUX,Tru64）Linux（多種發行版本）Windows（XP/2003/Vista/2007）數據庫Oracle（9i/10g/11g）MicrosoftSQLServer（2000/2005/2008）MysqlWEBApachePHP2、變電站監控系統的邏輯構成數據處理系統前置機系統人機聯系工作站3、變電站監控系統的設計及應用軟件模塊歷史數據庫實時數據庫數據庫管理系統數據采集及通信模塊應用層命令管理模塊命令管理模塊命令管理模塊命令管理模塊命令管理模塊對上通信管理模塊與遠方調度中心通信實例介紹AVC控制顯示界面監控系統實例-AVC界面遙控和視頻聯動監控系統實例-視頻聯動界面保護定值管理監控系統實例-保護定值調用第三節變電站生產管理系統一、概述1、系統建設目標（1）變電站生產運行數據的管理（2）接受變電站監控系統的實時數據（3）變電站管理數據報表生成（4）與上級管理信息系統網絡連接2、變電站信息管理流程變電站數據采集層變電站數據處理層供電局數據處理層電業局數據處理層3、系統模塊變電運行管理子系統操作票專家子系統技術培訓子系統二、變電站生產管理系統功能模塊1、運行管理2、票管理3、安全生產管理4、設備管理5、基礎信息6、培訓管理7、圖表管理1、運行管理記錄系統運行方式，設備投運和停運情況，設備檢修、安全措施的布置，繼電保護自動裝置及儀表的異動情況，事故處理經過，設備的異常現象和發現的缺陷。調度和上級有關運行通知，