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一、基本概念 变电站综合自动化系统： 1.是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。 2.即广泛采用微机保护和微机远动技术，分别采集变电站的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号，经过功能的重新组合，按照预定的程序和要求实现变电站监视、测量、协调和控制自动化的集合体和全过程，从而实现数据共享和资源共享，提高变电站自动化的整体效益。 3.是采用现代工业计算机技术、网络通信技术，针对变电站的变压器、线路、开关等输供电设备，完成实时监视、测量、控制、调整、保护和信息管理等功能的装置 。 遥信：指对状态信息的远程监视。 遥测：指运用通信技术传输所测变量之值。 遥控：指具有两个确定状态的运行设备进行的远程操作。 遥调：指对具有不少于两个设定值的运行设备进行的远程操作。 遥脉：指运用通信技术对远方的运行设备的脉冲量(如电能量)进行远程累计。 遥视：指运用通信技术对远方的运行设备状态进行远程监视。 站控层：由主机或／和操作员、工程师站、远动接口设备等构成，面向全变电站进行运行管理的中心控制层。 间隔层：由智能I／O单元、控制单元、控制网络和保护等构成，面向单元设备的就地控制层。 后台机：对本站设备的数据进行采集及处理，完成监视、控制、操作、统计、报表、管理、打印、维护等功能的处理机。 远动：应用通信技术，完成遥测、遥信、遥控和遥调等功能的总称。 通道：在数据传输中，传输信号的单一通路或其一段频带。 主站：控制站，对子站实现远程监控的站。 子站：被控站，受主站监视和控制的站。 调制解调器：对远动设备所传送的信号进行调制和解调的设备。 调制：为了使信号便于传输、减少干扰和易于放大，使一种波形(载波)参数按另一种信号波形(调制波)变化的过程。 解调：从调制的载波信号中复原原调制信号的过程。 规约：在通信网络中，为了通信双方能正确有效可靠的进行数据传输，在通信的发送和接收过程中有一系列的规定，以约束双方正确，协调的工作。 链路：站与站之间的数据传输设施。 以太网：IEC TC57推荐使用的变电站通信网络，局域网的一种。 规约转换器：连接两个通信网络的智能电子装置。它能够按一种规约接收一个网络的信息，进行转换后，按第二个规约向另一个网络转发，或相反。 同步传输：一种数据传输方式，代表每比特的信号出现时间与固定时基合拍。 异步传输：一种数据传输方式，每个字符或字符组可在任意时刻开始传输。 广播命令：向网络的部分或全部子站同时发出的命令。 地址：报文的部分，用以识别报文来源或报文目的地。 波特：数字信号的传输速率单位，等于每秒传输的状态或信号码元数。 双机切换：含义是在双机(主备机)配置的情况下，当主机(值班机)发生故障时,备机可自动或在人工干预下转为主机，主机转为备机。多机配置情况与双机类似，当主机发生故障时，任一备机可自动或在人工干预下转为主机。 通道监视及切换：通道监视是指计算机系统通过通信控制器，统计与变电站测控装置、保护或其他变电站自动化系统、电网调度自动化系统通信过程中接收数据错误和长时间无应答的情况。根据通道监视情况，系统可以告警或采取相应控制措施。如果通道配置有冗余，即某厂站有双通道的情况下，当一个通道故障时，系统可自动转到另一个通道上进行通信。 实时数据：指在线运行时实时记录和监视的物理量。 历史数据：指在线运行时按规定的间隔或时间点记录的物理量。在变电站中历史数据指按指定时间间隔或特殊要求保存下来的运行实时数据、各记录和报表、曲线等。 变电站运行实时参数：指为监测和控制变电站运行所需的各种实时数据。主要有：母线电压、系统频率；馈线电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量；主变压器电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量、温度；保护定值，直流电源电压；变电站设备运行状态等 。 变电站设备运行状态：指各断路器、隔离开关的实际运行状态(合闸、分闸)；主变压器分接头实际位置、主变压器状态，压力、气体继电器是否报警；保护运行状态；被监控变电站系统状态；监控系统运行状态等。 二、结构模式 集中式：初期的变电站自动化设计都是采用集中式结构。这种结构的设计方法是将设备按其不同功能进行归类划分，形成若干个独立系统，各系统分别采用集中装置来完成自身的功能。 这种结构方式的缺点是资源不能共享，设备设置重复、且运行的可靠性低，功能有限，也不能大量节省电缆、屏柜和占地面积，因而这种结构方式并没有得到广泛的推广应用。 分散式：这种结构方式一般是按一次回路进行设计。首先将设备按一次安装单位划分成若干单元。将控制单元、微机保护单元、数据采集单元安装在户外高压开关附近或户内开关柜内。然后将各分散单元用网络电缆互连，构成一个完整的分散式综合自动化系统。 这种分散式结构具有很多优点：各个功能单元上既有通讯联系，又相对独立，便于系统扩展，便于维护管理，当某一环节发生故障时，不致于相互影响。此外，它的抗电磁干扰性能强，可靠性高，可以把电度计量、测量表计、控制、保护、远动合为一体，可使数据统一，避免设备重复设置，在二次设计上能最大限度地减少二次设备的占地面积和节省大量电缆及接线。 分层分布式：分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层(站级测控单元)和间隔层(间隔单元)。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。 这种结构方式介于集中式与分散式两种结构之间，形式较多。目前国内应用较多的分散式结构集中式组屏。这种结构方式具有分散式结构的全部优点,由于采用了集中式组屏,非常有利于系统的设计、安装与维护管理。 主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。 三、主要特征 功能综合化：变电站综合自动化技术是在计算机技术、数据通信技术、软件模块化基础上发展起来的。它集保护、测量、监控功能于一体，替代了常规变电站的保护、仪表、中央信号系统、RTU等二次设备。 结构微机化：综合自动化系统内主要部件是微机化分布式结构，网络总线连接，将微机保护、数据采集、监视控制等环节的中央处理器(CPU)同时并行运行。 操作监视屏幕化：常规方式下的指针表计读数被屏幕数据取代。对变电站设备运行的监视、操作、控制都可以在计算机屏幕上进行。 运行管理智能化：智能化不仅表现在常规的自动化功能上，如自动报警、自动报表、电压无功自动调节、小电流接地自动选线、事故判断与处理等方面，还表现在能够在线自诊断，并能将自诊断结果向远方传送。 四、主要功能 数据采集和处理：其范围包括模拟量、开关量、电能量以及其它装置的数据 。 模拟量的采集包括电流、电压、有功功率、无功功率、功率因素、频率以及温度等信号，并能实现实时采集、越限报警和追忆记录功能。 开关量的采集包括断路器、隔离开关以及接地刀闸的位置信号、继电保护装置和安全自动装置动作及报警信号、运行监视信号、变压器有载调压分接头位置信号等，并能实现实时采集、设备异常报警和事件顺序记录和操作记录功能。 对实时采集的模拟量，应进行有效性检查及相应处理。 对实时采集的开关量，应进行消除接点抖动的滤波处理。 数据库的建立与维护：其范围包括模拟量、开关量、电能量以及其它装置的数据 。 数据库的建立： (1) 实时数据库：存储监控系统采集的实时数据，其数值应根据运行工况的实时变化而不断更新，记录被监控设备的当前状态。 (2) 历史数据库：对于需要长期保存的重要数据将存放在历史数据库中。应提供通用数据库，记录周期为1分钟～1小时一次可调。历史数据应能够在线滚动存储1年，无需人工干预。所有的历史数据应能够转存到光盘或磁带等大容量存储设备上作为长期存档。 对于状态量变位、事件、模拟量越限等信息，应按时间顺序分类保存在历史事件库中，保存时间可由用户自定义为几个月、几年等。 数据库的维护：数据库应便于扩充和维护，应保证数据的一致性、安全性；可在线修改或离线生成数据库；用人-机交互方式对数据库中的各个数据项进行修改和增删。 监视：能自动或根据运行人员的命令，通过监视器屏幕实时显示各种画面。包括系统运行工况监视，变电站一次系统运行状态监视，二次系统运行状态监视。 （1） 电气主接线，包括不同电压等级的分接线图； （2） 所用电接线图； （3） 直流系统图和交流不停电电源(UPS)系统图； （4） 自动化系统运行工况图； （5） 各类趋势图，包括实际负荷曲线、模拟量变化曲线及历史趋势图等； （6） 重要模拟量棒形图； （7） 报警画面； （8） 运行操作记录； （9） 事故及故障统计； （10）事故追忆记录报告或曲线； （11）事件顺序记录的当前和历史报告； （12）继电保护管理信息。 控制操作：控制操作对象包括：各电压等级的断路器以及隔离开关、电动操作接地开关、主变压器及所用变压器分接头位置、所内其他重要设备的启动/停止等。 控制操作具有手动控制和自动控制两种控制方式。 手动控制包括远方控制中心控制、站内主控室控制、就地手动控制（含间隔层和设备层操作）。并具备远方控制中心/站内主控室、站内主控室/就地手动的控制切换功能。 控制级别由高到低顺序为：就地、站内主控、远方控制中心，三种控制级别间相互闭锁，同一时刻只允许一级控制。 设备层操作（就地断路器、隔离开关、主变分接头控制箱的就地／远方开关处于就地位置）。 间隔层操作控制无效； 站控层操作控制无效； 远方控制中心操作控制无效。 间隔层操作（间隔层测控单元的就地／远方开关处于就地位置，就地设备层控制箱的就地／远方开关处于远方位置）。 站控层操作无效； 远方控制中心操作控制无效。 站控层操作（操作员站的就地／远方操作处于就地位置，间隔层和设备层的就地／远方开关处于远方位置）。 远方控制中心操作控制无效。 远方控制中心层操作（操作员站的就地／远方处于远方位置，间隔层和设备层的就地／远方处于远方位置）。 自动控制包括顺序控制和调节控制，由站内操作员站或远方控制中心设定其是否采用。它可以由运行人员投入/退出，而不影响正常运行。 顺序控制指按设定步骤顺序进行操作，即设备从当前状态到目标状态由程序来控制进行一系列操作。 操作执行程序，即从正确判定变电站的设备的初始状态到控制电气设备按规定程序到达终了状态，所执行的检测、判断、控制、监视、测量、操作等工作全部通过计算机控制完成。 调节控制指对电压、无功的控制目标值等进行设定后，系统自动按要求的方式对电压－无功进行联合调节。 其中包括自动投切无功补偿设备和调节主变压器分接头位置。 电压－无功自动控制要充分考虑运行方式的需要和各种闭锁条件。 报警处理：报警处理分两种方式，一种是事故报警，另一种是预告报警。 前者包括保护动作信号和非操作引起的断路器跳闸信号。 后者包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量越限／复限、计算机站控系统的各个部件、间隔层单元的状态异常、趋势报警等。 事件顺序记录和事故追忆： 事件顺序记录：事件顺序记录又称SOE，特指在电网发生事故时，以比较高的时间精度记录的下列一些数据：发生位置变化的各断路器的编号(包括变电站名)、变位时刻，动作保护名称、故障参数、保护动作时刻等。 事故追忆：对事件发生前后的运行情况进行记录。 事故追忆的范围为事故前1min到事故后2min的所有相关的模拟量和状态量，采样周期可调（1-10s） 。 在线统计计算及制表：对所采集的各种电气量的原始数据进行工程计算，对变电站运行的各种常规参数进行统计分析（如日、周、月、年中最大、最小值及其出现的时间、母线电压不平衡率及合格率、变压器的负荷率、全站负荷及电能量平衡率等 ），对变电站主要设备的运行状况进行统计计算（如断路器正常操作及事故跳闸次数、主变分接头调节档次及次数、设备的投退、通道异常、主要设备的运行小时数及各种操作 ），并充分利用各种数据，生成不同格式的生产运行报表。 同期：能实现同期检测及操作。 合闸检测分为检无压合闸和检同期合闸。同期检测部件（位于间隔层）检测来自断路器两侧的母线TV及线路TV的输入电压的幅度、相角及频率的瞬时值，实行自动同期捕捉合闸。 监控系统应能根据电气接线状态，自动选择同期检测的对象，同时应具有检测TV断线的功能，防止有压作无压合闸处理。 时钟同步：采用全站统一对时系统，计算机监控系统对各个间隔层单元及站级计算机等具有时钟的设备进行同步的时钟校正，保证各部件时钟同步率达到精度要求。 对时方式：网络对时、脉冲对时、IRIG-B码对时。 远动功能：与远方调度及电力数据网的信息交换，满足电网调度实时性、安全性和可靠性要求。 远动装置直接接入站级以太网，支持TCP/IP网络协议；数据流向为不经站控层主计算机的直接传递方式，即直接采集间隔层的数据。 远动装置能够同时与各个调度中心进行信息交换，支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、新部颁CDT等多种通讯规约。 两种工作模式： 模式1：双机并行工作方式向调度端同时传送远动信息。 模式2：双机主备模式运行，并具有无扰动切换（切换远动通信装置、切通道）功能。 与其他系统和设备的接口： 与继电保护设备的接口 ：继电保护的信息同时以两种方式接入计算机监控系统：1.硬接点输入方式；2.通信接口输入方式。 硬接点输入方式：各种保护的跳闸信号、保护的重要告警信息及保护装置的主要故障信号以硬接点的方式输入相关电气单元测控装置。 通信接口输入方式：各种保护的跳闸信号、保护的重要告警信息及保护装置的主要故障信号通过通讯管理机（也被称为网关、规约转换器、保护管理机）经过规约转换后以以太网方式接入计算机监控系统。 通讯接口转换有RS485-以太网、以太网-以太网两种转换形式。 与其他子系统的接口： 与直流系统、直流绝缘检测装置、直流电池巡检装置、电能量采集装置、微机消谐装置、小电流接地选线装置及消弧线圈自动调谐装置等通信。 1.硬接点输入方式；2.通信接口输入方式。 通讯接口转换有RS485-以太网、RS232-以太网两种转换形式。 防误闭锁功能：具有防止误拉、合断路器；防止带负荷拉、合刀闸；防止带电挂接地线；防止带地线送电；防止误入带电间隔的功能（五防） 。 变电站的防误操作闭锁可采用以下三种方案： 方案1：通过监控系统的逻辑闭锁软件实现全站的防误操作闭锁功能，同时在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回路。 方案2：监控系统设置“五防”工作站。远方操作时通过“五防”工作站实现全站的防误操作闭锁功能，就地操作时则由电脑钥匙和锁具来实现，在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回路。 方案3：配置独立于监控系统的的专用微机“五防”系统。远方操作时通过专用微机“五防”系统实现全站的防误操作闭锁功能，就地操作时则由电脑钥匙和锁具来实现，同时在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回路。专用微机“五防”系统与变电站监控系统应共享采集的各种实时数据，不应独立采集信息。 本间隔的闭锁可以由电气闭锁实现，也可采用能相互通信的间隔层测控单元实现。 VQC：电压无功综合控制，是根据电压和功率因数（无功）越限情况，将控制策略化分为多个区域，每个区域依据不同的调节方式，采取相应的控制策略。 控制对象：电容器、电抗器、主变分接头 控制策略 ：电压优先、无功优先、只调电压、只调无功、电压无功综合优选 等 控制模式： 闭环：主变分接头和无功补偿设备全部投入自动控制。 半闭环：主变分接头退出自动控制，由操作员手动调节，无功补偿设备自动调节。 开环：电压无功自动控制退出，只作调节指导。 继电保护工程师站：在系统中担负着继电保护处理、故障录波分析等功能，在电网的稳定运行及事故反措等方面发挥着极其重要的作用。 定值操作： 1）对装置定值的查询与修改； 2）能够实现定值区的切换，压板的投退操作，版本号的查询，装置复归等操作； 录波功能： 1）能够处理装置或故障录波器上送的录波数据，录波数据包括：各个保护由故障开始到给出跳闸信号的动作时间，断路器跳闸时间，故障后第一周波的故障电流有效值和母线电压有效值，断路器重合闸时间，再次故障相别及跳闸相别，各个保护动作时间，再次跳闸时间，再次故障后第一周波的故障电流有效值和母线电压有效值等； 2）提供录波分析软件能方便的查看这些数据，具有谐波分析和计算功能； 3）将记录的电流、电压及导出的阻抗和各序分量形成矢量图，显示阻抗变化轨迹，并可对故障数据进行谐波分析。 人-机联系：人-机联系是值班员与计算机对话的窗口，值班员可借助鼠标或键盘方便地在屏幕上与计算机对话 。 人-机联系包括： a）调用、显示和拷贝各种图形、曲线、报表； b）发出操作控制命令； c）数据库定义和修改； d）各种应用程序的参数定义和修改； e）查看历史数值以及各项定值； f） 图形及报表的生成、修改、打印； g）报警确认，报警点的退出/恢复； h）操作票的显示、在线编辑和打印； i） 日期和时钟的设置； j） 运行文件的编辑、制作； k) 主接线图人工置数功能； l) 主接线图人工置位功能。 m) 监控系统主机上应有系统硬件设备配置图，该配置图能反映所有连接进系统的硬件设备的运行状态。 系统自诊断和自恢复：系统应具有自监测的功能，应提供相应的软件给操作人员，使其能对计算机系统的安全与稳定进行在线监测。系统应能够在线诊断系统硬件、软件及网络的运行情况，一旦发生异常或故障应立即发出告警信号并提供相关信息。应具有看门狗和电源监测硬件，系统在软件死锁、硬件出错或电源掉电时，能够自动保护实时数据库。在故障排除后，能够重新启动并自动恢复正常的运行。某个设备的换修和故障，应不会影响其他设备的正常运行。 五、通信网络 通信网络是站控层和间隔层之间数据传输的通道，通信网络的性能直接影响着整个变电站自动化系统的性能。 根据变电站电压等级和变电站规模的不同，通信网络可灵活配置。 主要有总线型、星型、环型以及混合组网方式等四种网络拓扑结构。 总线型结构：采用传输线作为传输介质，所有节点都经过接口连接到同一条总线上。由于总线上只能有一个节点发报，故节点需要发报时采用随机争用方式。报文送到总线上可被所有节点接收。 优点：电缆长度短，容易布线；可靠性高，易于扩展。 缺点：故障诊断与排除困难；所有节点共享一条公用总线，一次只能有一个设备传输信息，需要有访问控制策略，因此要求各个站点必须是智能的。 星型结构：特点是集中式控制，网络各个节点都与交换中心相连。某个节点要发数据时就向交换中心发出请求，由交换中心以线路交换方式将发送节点与目标节点沟通，通信完毕，立即释放此通信链路。 优点：控制方式简单；任何一个非中心节点故障都只影响一个设备，不影响整个网络；由于每个节点都连到中心节点，故障容易检测和隔离；访问协议简单。 缺点：通信依赖中心节点，中心节点故障则整个网络瘫痪。通信流量增加并要求高速通信时，中心节点将成为瓶颈，通道利用率较低，不易扩展。 环型拓扑结构：是由封闭的环组成。在环型网络中，报文按一个方向沿着环一站一站地向下传送。报文由源节点送至环上，由中间节点转发，并由目的节点接收。 优点：传输速度高，由于拓扑结构是单方向传输，十分适用于光纤介质，同一环上的不同节点之间可以采用不同的介质连接，传输速率也可不同。 缺点：可靠性差，某节点故障会阻塞网络，引起全网故障。 配置冗余的环路可以解决此问题。 |
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