變電站綜合自動化概述

摘要:本文簡要介紹了變電站的組成、工作原理及作用,變電站綜合自動化系

統的結構模式和基本功能，進一步敘述了變電站綜合自動化系統的特點以及存在的

問題，提出了變電站綜合自動化基本概念，并變電站自動化的發展前景進行分析,

關鍵詞：變電站變電站綜合自動化系統

1.概述

電網是一個不可分割的整體.對整個電網的一、二次設備信息進行綜合利用，對

保證電網安全穩定運行具有重大的意義。

變電站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，它通過其變壓器將各級電壓的電網聯系起來。

變電站綜合自動化系統是利用計算機系統、網絡、數據庫現代通訊技術等將變

電站的二次設備（包括挖制、測量、保護、自動裝置等,經過功能組合和優化設計，

對變電站實行自動監控,測量和協調來提高變電站的運行效率和穩定性。他完全取

代了常規的監控儀表,中央信息系統，變送器及常規遠動裝置。不僅提高了變電站的

可控性，而且由于采用了無人值班的管理模式,更有效地提升了勞動生產率，減少了人

為誤操作的可能，最大程度提高了變電站的可靠性和經濟性。

2.變電站

變電站（Substation改變電壓的場所。是把一些設備組裝起來,用以切斷或接

通、改變或者調整電壓。在電力系統中，變電站是輸電和配電的集結點。

2.1變電站組成

變電站主要是有設備及安裝工程、建筑工程（土建、其他項目工程等。設備及

安裝工程包括兩部分：既一次部分（設備、二次部分（設備。

變電站是把一些設備組裝起來，用以切斷或接通、改變或者調整電壓,在電力系

統中，變電站是輸電和配電的集結點，變電站的設備有變壓器、開閉電路的開關設備,

匯集電流的母線，計量和控制用互感器、儀表、繼電保護裝置和防雷保護裝置、調

度通信裝置等，有的變電站還有無功補償設備。

2.2變電站工作原理

變壓器是變電站的主要設備.分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器

即高、低壓每相共用一個繞組，從高壓繞組中間抽出一個頭作為低壓繞組的出線的

變壓器。電壓高低與繞組匝數成正比,電流則與繞組匝數成反比。

電壓互感器和電流互感器。它們的工作原理和變壓器相似，它們把高電壓設備

和母線的運行電壓、大電流即設備和母線的負荷或短路電流按規定比例變成測量儀

表、繼電保護及控制設備的低電壓和小電流。在額定運行情況下電壓互感器二次

電壓為IOOV,電流互感器二次電流為5A或1A。電流互感器的二次繞組經常與負

荷相連近于短路，請注意:絕不能讓其開路,否則將因高電壓而危及設備和人身安全

或使電流互感器燒毀。開關設備包括斷路器、隔離開關、負荷開關、高壓熔斷器

等都是斷開和合上電路的設備。斷路器在電力系統正常運行情況下用來合上和斷

開電路:故障時在繼電保護裝置控制下自動把故障設備和線路斷開，還可以有自動重

合閘功能。在我國,220kV以

上變電站使用較多的是空氣斷路器和六氟化硫斷路器。

隔離開關的主要作用是在設備或線路檢修時隔離電壓,以保證安全。它不能斷

開負荷電流和短路電流應與斷路器配合使用。在停電時應先拉斷路器后拉隔離開

關,送電時應先合隔離開關后合斷路器。如果誤操作將引起設備損壞和人身傷亡。

負荷開關能在正常運行時斷開負荷電流沒有斷開故障電流的能力，一般與高壓

熔斷絲配合用于10kV及以上電壓且不經常操作的變壓器或出線上。

2.3變電站作用

變電站的作用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，它通過其變壓器將各級電壓的電網聯系起來。

變電站作為整個電網中的一個節點，在電網中，擔負著電能傳輸、分配任務。變

電站繼電保護、監控自動化系統是保證上述任務完成的基礎。在電網統一指揮和

協調下，電網各節點，如變電站、發電廠具體實施和保障電網的安全、穩定、可靠運

行u因此，變電站自動化系統是電網自動化系統的一個重要組成部分u作為變電站

自動化系統，它應確保：

■檢測電網故障,盡快隔離故障部分；

?采集變電站運行實時信息，對變電站運行進行監視和計量；

?采集一次設備狀態數據，供維護一次設備參考；

?當地后備控制。

因此,要求變電站自動化系統運行高效、實時、可靠，對變電站內設備進行統一

監涮、管理、協調和控制。同時，它又必須與電網調度自動化系統進行實時、有效

的信息交換、信息共享，優化電網操作,提高電網安全穩定運行水平，提高經濟效益，

并為電網自動化的進一步發展留下空間。

3.變電站綜合自動化

3.1變電站綜合自動化的結構模式

變電站綜合自動化系統的結構模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式。

3.1.1集中式結構

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。集中式結構也并非指只由一臺計算機完成保護、監控等全部功能。多數集中

式結構的微機保護、微機監控和與調度等通信的功能也是由不同的微型計算機完

成的，只是每臺微型計算機承擔的任務多些。例如監控機要擔負數據采集、數據處

理、斷路器操作、人機聯系等多項任務;擔負微機保護的計算，可能一臺微機要負責

多回低壓線路的保護等。3.1.2分布式結構

該系統結構的最大特點是將變電站自動化系統的功能分散給多臺計算機來完

成。分布式模式一般按功能設計，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。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。分布式結構方便系統

擴展和維護，局部故障不影響其它模塊正常運行。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。

3.1.3分布分散（層式結構

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。

該系統的主要特點是按照變電站的元件，斷路器間隔進行設計。將變電站一個斷路

器間隔所需要的全部數據采集、保護和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測

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。這種系統代表了現代變電站自動化技術發展的趨勢，

大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比

較好的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。

3.2變電站綜合自動化系統的基本功能

變電站綜合自動化系統包含多專業的綜合性技術，它以微機為基礎來實現對變

電站傳統的繼電保護、控制方式、測量手段、通信和管理模式的全面技術改造，實

現對電網運行管理的變革。變電站從一次設備、二次設備、繼電保護、自動裝

置、載波通訊等與現代的計算機硬、軟件系統和微波通信以及GIS組合電器等相

結合，使變電站走向綜合自動化和小型化。變電站綜合自動化系統的基本功能主要

體現在六個方面：

1.監控子系統功能

數據采集.事件順序記錄.故障測距和錄波.控制功能.安全監視和人機聯系功能.2.

微機保護子系統功能

通訊與測控方面的故障應不影響保護正常工作。微機保護還要求保護的CPU

及電源均保持獨立。

3.自動控制子系統功能

備用電源自動投入裝置、故障錄波裝置等與微機保護子系統應具備各自的獨立

性.4.遠動和通信功能

變電站與各間隔之間的通信功能;綜合自動化系統與上級調度之間的通信功能，

即監控系統與調度之間通信,故障錄波與測距的遠方傳輸功能。

5.變電站系統綜合功能

通過信息共享實現變電站VQC（電壓無功控制功能、小電流接地選線功能、自

動減載功能、主變壓器經濟運行控制功能。

6.系統在線自診斷功能

系統應具有自診斷到各設備的插件級和通信網絡的功能。

3.3變電站自動化系統的特點

從變電站綜合自動化系統基本功能的介紹可以看出，變電站綜合自動化系統具

有:功能綜合化.結構微機化.測量顯示數字化.操作監視屏幕化.運行管理智能化等特

點.1.功能綜合化

1微機監控系統綜合了原來的儀表、控制屏、模擬屏、變送屏、運動裝置、中

央信號系統功能。

?微機保護子系統綜合了全部自動裝置、故障錄波、故障測距及小電流選線功

能2結構微機化

變電站綜合自動化系統由各個不同的子系統組成,通過網絡將微機監控、微機

保護、自動裝置等各子系統連接起來。

3.測量顯示數字化

用CRT顯示器表示儀表數字，或由計算機軟件代替原來的常規儀表。

4.操作監視屏幕化

監視系統由CRT畫面顯示運行的實時數據的一次主接線圖表示,設備異常或事

故時用語音報警及文字提示。

5.運行管理智能化

運行管理采用的是計算機軟件,對變電運行班組管理系統、繼電保護、自卸裝

置、定值管理系統、倒閘操作、模擬仿真系統、故障診斷及事故恢復的專家系統

等實現了智能化的管理。

3.4變電站綜合自動化系統存在的問題

(一目前，對變電站綜合自動化系統還沒有統一的規范性的要求，例如:自動化系

統的模式、設計管理標準等問題，尤其是系統各部分接口的通信規約,不同廠家的產

品規格不一,這就給運行及維護帶來極大不便。

(-監控機后臺的電源配備。在綜合自動化變電站中，監控后臺一旦失去電源，

整個變電站就失去監控、失去控制,所以必須為監控機配置不間斷電源。但在一些

變電站中，后臺監控機使用的是站用變的交流電源，當系統停電時，后臺監控機失去電

源，不能工作，存在極大的安傘隱患。

（三變電站綜合自動化的抗干擾技術。經常有變電站出現這樣后臺監控機誤發

信號的情況，使得監控值班人員將大量的精力用在判斷監控機所發信號的真偽上，影

響監控人員正常的判斷。因此，變電站綜合自動化系統的抗干擾措施是保證綜合自

動化系統可靠和穩定運行的基礎，合格的自動化產品，除滿足一般檢臉項目外,主要還

應通過抗干擾試驗。

（四后臺監控機運行管理。監控機無法正常運行將嚴重影響變電站的安全運行,

因此后臺監控機的運行管理工作十分重要,要嚴防人為導致的系統癱瘓事件。比如，

可以制定變電站后臺監控機的運行和管理制度并嚴格執行,對值班人員進行約束，禁

止使用后臺監控機做任何與工作無關的事情,也不能隨意進入操作系統和啟動、停

運監控軟件。（五后臺監控系統的事故和預告音響信號。在一些變電站，所有的事

故和預告音響信號都從監控后臺發出，當后臺監控機不能工作時，如果發生開關跳閘

或設備異常，信號則不能發出，值班人員無法及時知道,將會構成嚴重的安全隱患。因

此，如果將事故和預告音響信號獨立出來，發生異常情況時，及時發出音響信號，通知

監控人員迅速處理。

3.5變電站綜合自動化的發展趨勢

1.保護監控一體化

這種方式在35kV及以下的電壓等級中已普遍采用,今后在HOkV及以上的線路

間隔和主變三側中采用此方式也已是大勢所趨它的好處是功能按一次單元集中化,

利于穩定的進行信息采集以及對設備狀態進行控制,極大地提高了性能效率比。其

目前的缺點也是顯而易見的:此種裝置的運行可靠性要求極高,否則任何形式的檢修

維護都將迫使一次設備的停役。可靠性、穩定性要求高，這也是目前11。千伏及以

上電壓等級還采用保護和監控分離設置的原因之一。隨著技術的發展，冗余性、在

線維護性設計的出現,將使保護監控一體化成為必然。

2.人機操作界面接口統一化、運行操作無線化

無人無建筑小室的變電站，變電運行人員如果在就地查看設備和控制操作，將通

過一個手持式可視無線終端，邊監視一次設備邊進行操作控制，所有相關的量化數據

將顯示在可視無線終端上。

3.就地通訊網絡協議標準化

強大的通訊接口能力，主要通訊部件雙備份冗余設計（雙CPU、雙電