第8章思考题和习题解答

第八章变电所二次回路和自动装置

8-1 变电所二次回路按功能分为哪几部分各部分的作用是什么

答：变电所二次回路按功能分为断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路、自动控制回路及操作电源回路等。

①断路器控制回路的主要功能是对断路器进行通、断操作，当线路发生短路故障时，相应继电保护动作，接通断路器控制回路中的跳闸回路，使断路器跳闸，起动信号回路发出声响和灯光信号。

②信号回路是用来指示一次电路设备运行状态的二次回路。信号按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号。

③保护回路是用来对变电所设备进行保护。

④监视和测量回路是用来对变电所各线路进行监视和测量，以满足电气设备安全运行的需要。

⑤自动控制回路是用来实现自动重合闸和备用电源自动投入。

⑥操作电源回路是用来提供断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路、自动控制回路等所需的电源。

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8-2 二次回路图主要有哪些内容各有何特点

答：二次回路图主要有二次回路原理图、二次回路展开图、二次回路安装接线图。

①二次回路原理图主要是用来表示继电保护、断路器控制、信号等回路的工作原理，在该图中一、二次回路画在一起，继电器线圈和其触点画在一起，有利于叙述工作原理，但由于导线交叉太多，它的应用受到一定的限制。

②二次回路展开图将二次回路中的交流回路与直流回路分开来画。交流回路又分为电流回路和电压回路，直流回路又有直流操作回路与信号回路，在展开图中继电器线圈和触点分别画在相应的回路，用规定的图形和文字符号表示。

③二次回路安装接线图画出了二次回路中各设备的安装位置及控制电缆和二次回路的连接方式，是现场施工安装、维护必不可少的图纸。

8-3 操作电源有哪几种，直流操作电源又有哪几种各有何特点

答：二次回路的操作电源主要有直流操作电源和交流操作电源两类，直流操作电源有蓄电池和硅整流直流电源两种。

蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种。

①铅酸蓄电池具有一定危险性和污染性，需要专门的蓄电池室放置，投资大。因此，在变电所中现已不予采用。

②镉镍蓄电池的特点是不受供电系统影响，工作可靠，腐蚀性小，大电流放电性能好，比功率大，强度高，寿命长，不需专门的蓄电池室，可安装于控制室。在变电所（大中型）中应用普遍。

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8-4蓄电池有哪几种运行方式？

答：蓄电池的运行方式有两种：充电-放电运行方式和浮充电运行方式。

8-5 交流操作电源有哪些特点可以通过哪些途径获得电源

答：交流操作电源的优点是：接线简单、投资低廉、维修方便。缺点是：交流继电器性能没有直流继电器完善，不能构成复杂的保护，不适于比较复杂的继电保护、自动装置及其它二次回路。

交流操作电源可有两种途径获得：

①取自所用电变压器；

②当保护、控制、信号回路的容量不大时，可取自电流互感器、电压互感器的二次侧。

8-6所用变压器一般接在什么位置对所用变压器的台数有哪些要求

答：所用电变压器一般接在电源的进线处,这样变电所母线或变压器发生故障时，所用变压器仍能取得电源。一般情况采用一台所用变即可，但对一些重要的变电所，设有两台互用为备用的所用变。两台所用变接于二路电源的进线处，或其中一台所用变应接至进线处，另一台则应接至与本变电所无直接联系的备用电源上。在所用变低压侧可采用电源自动投入装置，以确保所用电的可靠性。

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8-7断路器的控制开关有哪6个操作位置简述断路器手动合闸、跳闸的操作过程。

答：1．控制开关有6个位置是“跳闸后”（TD），“预备合闸”（PC），“合闸”（C），“合闸后”（CD），“预备跳闸”（PT），“跳闸”（T）。

2．手动合闸操作过程

设断路器处于跳闸状态，此时控制开关SA处于“跳闸后”位置，其触点10-11通，QF1闭合，HG绿灯亮，表明断路器是断开状态，又表明控制回路的熔断器１ＦＵ和２ＦＵ完好回路。因电阻1R存在，流过合闸接触器线圈KM的电流很小，不足以使其动作。将控制开关SA顺时针旋转90°，至“预备合闸”位置，9-10通，将信号灯接于闪光小母线（+）WF 上，绿灯HG闪光，表明控制开关的位置与“合闸后”位置相同，但断路器仍处于跳闸后状态，这是利用“不对应原理”接线，同时提醒运行人员核对操作对象是否有误，如无误后，再将SA置于“合闸”位置（继续顺时针旋转45°）。SA的5-8通，使合闸接触器KM接通于+WC和-WC之间，KM动作，其触点KM1和KM2闭合, 合闸线圈YO通电，断路器合闸。断路器合闸后，QF1断开使绿灯熄灭，QF2闭合，由于13-16通，红灯亮。当松开SA后，在弹簧作用下，SA自动回到“合闸后”位置，13-16通，使红灯发出平光，表明断路器已合闸，同时表明跳闸线圈YR回路及控制回路的熔断器１ＦＵ和２ＦＵ完好。在此通路中，因电阻2R存在，流过跳闸线圈YR的电流很小，不足以使其动作。

3．手动跳闸操作过程

将控制开关SA逆时针旋转90°置于“预备跳闸”位置，13-16断开，而13-14接通闪光母线，使红灯HR发出闪光，表明SA的位置与跳闸后的位置相同，但断路器仍处于合闸状态。将SA继续旋转45°而置于“跳闸”位置，6-7通，使跳闸线圈YR接通，此回路中的（KTL线圈为防跳继电器KTL的电流线圈）YR通电跳闸，QF1合上，QF2断开，红灯熄灭。当松开SA后，SA自动回到“跳闸后”位置，10-11通，绿灯发出平光，表明断路器已经跳开，合闸回路完好。

8-8断路器控制回路应满足哪些要求

答：对断路器控制电路的基本要求如下：

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（1）能手动和自动合闸与跳闸；

（2）应能监视控制回路操作电源及跳、合闸回路的完好性；应对二次回路短路或过负荷进行保护；

（3）断路器操作机构中的合、跳闸线圈是按短时通电设计的，在合闸或跳闸完成时，应能自动解除命令脉冲，切断合闸或跳闸电源；

（4）应有反应断路器手动和自动跳、合闸的位置信号；

（5）应具有防止断路器多次合、跳闸的防跳措施；

（6）断路器的事故跳闸回路，应按不对应原理接线；

（7）对于采用气压、液压和弹簧操动机构的断路器，应有压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视和闭锁回路。

8-9试述断路器控制回路中防跳回路的工作原理（图8-7）。

答：若没有KTL防跳继电器，在合闸后，如果控制开关SA的触点5-8或自动装置触点1K，被卡死；而此时又遇到一次系统永久性故障，继电保护使断路器再次跳闸，QF1闭合，合闸回路又被接通，则出现多次“跳闸—合闸”现象，这种现象称为“跳跃”。如果断路器发生多次跳跃现象，会使其毁坏，造成事故扩大。所以在控制回路中增设了防跳继电器KTL。

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防跳继电器KTL有两个线圈，一个是电流启动线圈，串联于跳闸回路，另一个是电压自保持线圈，经自身的常开触点与合闸回路并联，其常闭触点则串入合闸回路中。当用控制开关SA合闸（5-8通）或自动装置触点1K合闸时，如合在短路故障上，继电保护动作，其触点2K闭合，使断路器跳闸。跳闸电流流过防跳继电器KTL的电流线圈，使其启动，KTL1常开触点闭合（自锁），KTL2常闭触点打开，其KTL电压线圈也动作自保持。断路器跳开后，QF1闭合，如果此时合闸脉冲未解除，即控制开关SA的触点5-8或自动装置触点1K被卡死，因KTL2常闭触点已断开，所以断路器不会合闸。只有当触点5-8或1K断开后，防跳继电器KTL电压线圈失电后，常闭触点才闭合。这样就防止了跳跃现象。

8-10 什么叫中央信号回路事故音响信号和预告音响信号的声响有何区别

答：（1）变电所的进出线、变压器和母线等都配置继电保护装置或监测装置，保护装置或监测装置动作后都要通过信号系统发出相应的信号提示运行人员。

（2）事故音响信号是在断路器发生事故跳闸时，启动蜂鸣器（或电笛）发出声响，同时断路器的位置指示灯发出闪光，事故类型光字牌亮，指示故障的位置和类型。

预告音响信号是当电气设备出现不正常运行状态时，启动警铃发出声响信号，同时标有故障性质的光字牌点亮，指示不正常运行状态的类型，如变压器过负荷、控制回路断线等。

8-11 试述能重复动作的中央复归式事故音响信号回路工作原理。

答：“重复动作”是利用控制开关与断路器辅助触点之间的不对应回路中的附加电阻来实现的。当断路器1QF事故跳闸，蜂鸣器发出声响，若音响已被手动或自动解除，但1QF的控制开关尚未转到与断路器的实际状态相对应的位置，若断路器2QF又发生自动跳闸时，其2QF断路器的不对应回路接通，与1QF断路器的不对应回路并联，不对应回路中串有电阻引起脉冲变流器TA的一次绕组电流突增，故在其二次侧感应一个电势，又使干簧继电器KR

动作，蜂鸣器又发出音响。

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8-12在图8-12中，如何检查光字牌灯泡是否损坏

答：转动图8—12的SA到试验位置时，试验回路为+WS-12-11-9-10-8-7-2WFS-HL光字牌（两

灯串联）-1WFS-WS，所以光字牌亮，表示光字牌灯泡完好，如有不亮，表示光字牌灯泡坏，更换灯泡。

8-13 电气测量的目的是什么对仪表的配置有何要求

答：（1）电气测量的目的有3个：①对用电量的计量；②对供电系统中的运行状态、技术经济分析所进行的测量；③对交、直系统的安全状况等进行监测。

（2）对仪表的配置要求如下：

①在供配电系统每条电源的进线上，必须装设计费用的有功电度表和无功电度表及反映电流大小的电流表。

②在变配电所的每一段母线上（3—10kV），必须装设电压表4只，其中一只测量线电压，其他3只测量相电压。

③35/6—10kV变压器应在高压侧或低压侧装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电度表和无功电度表各一只，6—10kV/的配电变压器，应在高压侧或低压侧装设一只电流表和一只有功电度表，如为单独经济核算的单位变压器，还应装设一只无功电度表。

④3—10kV配电线路，应装设电流表，有功功率表，无功功率表各一只，如不为单独经济核算单位时，无功功率表可不装设。

；

⑤低压动力线路上应装一只电流表。⑥并联电容器总回路上，没相应装设一只电流表，并应装设一只无功功率表。

8-14 计费计量中，互感器、仪表的准确度有何要求

答：电能计量装置按其计量对象的重要程度和计量电能的多少分为五类：

Ⅰ类电能计量装置：月用电量5000MWh及以上或变压器容量为10MVA及以上的高压用户；

Ⅱ类电能计量装置：月用电量1000MWh及以上或变压器容量为2MVA及以上的高压用户；

Ⅲ类电能计量装置：月用电量100MWh及以上或负荷容量为315kVA及以上的计费用户、用户内部用于承包考核用的计量点；

Ⅳ类电能计量装置：负荷容量为315kVA及以下的计费用户、用户内部技术经济指标分析、考核用的电能计量装置；

Ⅴ类电能计量装置：单相电力用户计费用的电能计量装置。

电能计量装置的准确度不应低于表8-4的规定。

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表8-4 电能计量装置的准确度要求

电能计量装置类别

准确度最低要求（级）

有功电能表无功电能表电压互感器电流互感器

Ⅰ￥或Ⅱ或Ⅲ]

Ⅳ

Ⅴ*

—

—

注：1.0.2S、级指特殊用途的电流互感器，使用于负荷电流小、变化范围不大（1%~120%）的计量回路。

8-15 直流系统两点接地有何危害请画图说明

答：直流系统两点接地会造成误跳闸情况。如图8-13，当发生一点（如A点）接地时，并不会引起任何危害，但当另一点（如B点）接地时，此时AB两点短路，从而会引起信号回路、控制回路、继电保护回路和自动装置回路的误动作。

8-16 对自动重合闸装置的要求是什么电气一次自动重合闸如何实现对自动重合闸的要求答：自动重合闸的要求具体有以下几方面：

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①手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障线路，断路器跳闸后，自动重合闸不动作。

②除以上情况外，当断路器因继电保护动作或其他原因而跳闸时，自动重合闸装置均作。

③自动重合次数应符合预先规定，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点黏结时，也应保证不多次重合。

④应优先采用用控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。同时也允许由保护装置来起动，但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作。

⑤自动重合闸在完成动作以后，一般能自动复归，准备好下一次再动作。有值班人员的10KV以下线路也可采用手动复归。

⑥自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作。

电气一次自动重合闸装置原理：

（1）故障跳闸后的自动重合闸过程

线路正常运行时，1SA和2SA是在合上的位置，其余接点均是不接通的，ARD投入工作，QF是断开的。重合闸继电器KAR中电容器C经4R充电，其途径是+WC→2SA→4R →C→-WC，同时指示灯HL亮，表示母线电压正常，电容器已在充电状态。

当线路发生故障是，由继电保护（速断或过电流）动作，使跳闸回路通电跳闸，防跳继电器KTL电流线圈起动，KTL（1—2）闭合，但因1SA⑤-⑧不通，KTL的电压线圈不能自保持，跳闸后，KTL电流电压线圈断电。

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手动跳闸时重合闸不应重合

（2）人为操作断路器跳闸是运行的需要，无需重合闸。

（3）具有防跳闸功能

当ARD重合于永久性故障时，断路器将再一次跳闸，若KAR中KM（3-4），KM（5-6）触点被黏住时，KTL的电流线圈因跳闸而被起动，KTL（1-2）闭合并能自锁，KTL电压线圈通电保持，KTL（3-4）断开，切断合闸回路，防止跳跃现象。

（4）ARD与继电保护配合加速保护

重合闸后加速保护就是当线路发生故障时，保护首先按有选择的方式动作跳闸。但断路器重合后，若重合于永久性故障，则加速保护动作，切除故障。

可见，满足自动重合闸装置的要求。

8-17 对备用电源自动投入装置的要求是什么在图8-16原理接线图中如何实现备用电源自动投入装置

答：备用电源自动投入装置应满足以下要求：

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1. 工作电源不论何种原因消失(故障或误操作)时，APD应动作。

2. 应保证在工作电源断开后，备用电源电压正常时，才投入备用电源。

3. 备用电源自动投入装置只允许动作一次。

4. 电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。

5. 采用APD的情况下，应检验备用电源过负荷情况和电动机自起动情况。如过负荷严重或不能保证电动机自起动，应在APD动作前自动减负荷。

备用电源自动投入装置工作原理如下：

双电源进线互为备用时，要求任一主工作电源消失时，另一路备用电源自动投入装置动作，双电源进线的两个APD接线是相似的，如图8-16所示，该图为断路器采用交流操作的CT7型弹簧操动机构，其主电路一次接线见图8-16所示。

当1WL工作时，2WL为备用。1QF在合闸位置，1SA的5-8、6-7不通，16-13通。1QF 的辅助触点中常闭打开，常开闭合。2QF在跳闸位置，2SA的5-8、6-7、13-16均断开。

当1WL电源侧因故障而断电时，电压继电器1KV、2KV常闭触点闭合，1KT动作，其延时闭合触点延时闭合，使1QF的跳闸线圈1YR通电,则1QF跳闸。1QF（1-2）闭合，则2QF 的合闸线圈2YO经1SA（16-13）→1QF（1-2）→4KS→2KM常闭触点→2QF（7-8）→WC（b）通电，将2QF合上，从而使备用电源2WL自动投入，变配电所恢复供电。

同样当2WL为主电源时，发生上述现象后，1WL也能自动投入。在合闸电路中，虚框内的触点为对方断路器保护回路的出口继电器触点，用于闭锁APD，当1QF因故障跳闸时，2WL线路中的APD合闸回路便被断开，从而保证变配电所内部故障跳闸时，APD不被投入。

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8-18 二次回路编号原则是什么

答：二次回路的编号，应根据等位原则，即连接在电气回路中同一点的所有导线，有用同一个数码表示。当回路经过仪表和继电器的线圈或开关和继电器的接点之后，就认为点位发生了变化，应给予不同的编号。

8-19什么叫安装单位如何对其进行编号

答：所谓安装单位是指一个屏上某一次回路或同类回路的全部二次设备的总称。

为了区别同一屏中属于不同安装单位的二次设备，设备上必须进行编号，安装单位的编号用罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等来表示。当屏中只有一个安装单位时，直接用数字表示设备编号。

8-20屏面布置图的原则是什么

答：屏面布置图的主要原则和要求是：

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（1）屏面布置应整齐美观，模拟接线应清晰，相同安装单位的屏面布置应一致，各屏间相同设备的安装高度应一致；

（2）在设备安装处画其外形图（不安比例），并标定屏面安装设备的中心位置尺寸及屏的外形尺寸；

（3）屏面布置应满足监视、操作、试验、调整和检修方便，适当紧凑；

（4）仪表和信号指示元件（信号灯、光字牌等）一般布置在屏正面的上半部，操作设备（控制开关、按钮等）布置在它们的下方，操作设备（中心线）离地面一般不得低于600mm，经常操作的设备宜布置在离地面800～1500mm处；

（5）调整、检查工作较少的继电器布置在屏的上部，检查工作较多的继电器布置在中部，继电器屏下面离地250mm处宜设有孔洞，供实验时穿线用。

8-21接线端子按用途分有哪几种各自的用途是什么

答：（1）端子可分为：普通端子，连接端子，试验端子，其他端子。

（2）一般端子适用于屏内、外导线或电缆的连接。连接端子可以将相邻的连接端子或一般端子用连接片连为一体，提供较多的接点供接线使用。试验端子用于在不断开二次回路情况下需要接入试验仪器的电流回路中，通过它来校验电流回路中仪表和继电器的准确度。其它端子有连接型试验端子，终端端子，标准端子，特殊端子等。

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8-22 端子排的连接和排列原则是什么

答：1．应经端子连接的回路

（1）屏内设备与屏外设备的连接。如屏内测量仪表、继电器的电流线圈需经试验端子与屏外电流互感器连接；中央信号回路及接至闪光小母线的回路，在运行中需要很方便地断开时应经过特殊端子或试验端子连接。

（2）屏内设备与屏顶直接和小母线连接的设备连接。如屏内设备与装在屏背面上部的附加电阻、熔断器或小闸刀相连。

（3）屏内不同安装单位设备之间的连接。

（4）过渡回路。

（5）同一屏内同一安装单位的设备互相连接时，不需要经过端子排。

2. 端子排的排列原则

端子排一般垂直布置在屏后两侧。各种回路在经过端子排转接时，应按下列顺序安排端子的排列顺序（垂直安装时由上而下，水平安装时由左而右）为：交流电流回路、交流电压回路、信号回路、控制回路、其它回路和转按回路。

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8-23 端子排图如何标注

答：端子排图由端子排、连接导线或电缆及相应标注构成。端子排的标注包括端子的类型和编号、安装单位名称和代号、端子排代号及两侧连接的回路编号和设备端子编号等。端子排一侧接屏内设备，另一侧接屏外设备。导线或电缆的标注包括导线或电缆的编号、型号和去向。

8-24 屏后接线图的基本原则和要求是什么

答：屏后接线图是以屏面布置图为基础,并以原理图为依据而绘制的接线图.它标明屏上各个设备引出端子之间的连接情况, 以及设备与端子排之间的连接情况.它是制造厂生产屏的过程中配线的依据,也是施工和运行的重要参考图纸.

屏后接线图是屏面布置图的背视图，屏后接线图应以展开的平面图形表示各部分之间布置的对位置。

屏上各设备外形可采用简化外形，如方形、圆形、矩形等表示，必要时也可采用规定的图形符号表示。图形不要求按比例绘制，但要保证设备之间的相对位置正确。设备内部一般不画出，或只画出有关的线圈和触点。设备的引出端或接线端子按实际排列顺序画出，应并注明编号及接线。

8-25 何为相对编号法举例说明之。

答：相对编号法是用编号来表示二次回路中各设备相互之间连接状态的一种方法。

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例如：甲乙两个设备需要连接时，那么在甲设备上的接线端，标出乙设备接线端的编号；同时在乙的接线端上标出甲设备接线端子的编号，即两个设备相连接的两个端子的编号相对应。

8-26 什么叫变电站自动化系统变电站自动化系统有那些主要功能

答：（1）变电所自动化系统就是将变电所的二次设备（包括测量仪表，信号系统，继电保护，自动化装置和远动装置等）经过功能的组合和优化，设计综合为一体，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，实现对全变电站主要设备和输配电线路的自动监视，测量，自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。

（2）变电站自动化系统的主要功能：

①微机监控功能：数据采集功能，事件顺序记录功能，故障记录、故障录波和测距功能，操作闭所与控制功能，事件报警功能，人机对话功能，系统自诊断功能，完成计算机监控系统的系统功能；

②微机保护功能；

③微机通信功能。

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8-27变电所自动化系统的设备配置分哪两层各层的含义是什么

答：变电所自动化系统的设备配置分为变电站层和间隔层。

变电站层又叫站级主站层或站级工作站，可以由多个工作站组成，负责管理整个变电站自动化系统，是变电站自动化系统的核心层。

间隔层是指设备的继电保护，测控装置层，由若干个间隔单元组成，一条线路或一台变压器的保护、测控装置就是一个间隔单元，各单元基本上是相互独立，互不干扰的。

8-28 变电站自动化系统结构布置方式有哪两种各方式的特点是什么

答：变电站自动化系统结构布置方式有集中式和分散分布式两种形式。

集中式布置是传统的结构形式把所有二次设备按遥测、谣信、谣控、调度、保护功能，划分成不同的子系统集中组屏，安装在主控室内。这种结构形式有利于观察信号，方便调试，缺点是耗费大量的二次电缆，容易产生数据传输瓶颈问题，其可扩性及维护性较差。适用于电压低，出线少的小型化变电所。其优点是集保护功能、人-机口、四遥控功能及自检功能于一体，结构简单，价格相对较低。

分散式布置是将变电所分为两个层次，即变电站层和间隔层。分散分布式布置是以间隔为单元划分的，每一个间隔的测量、信号、控制、保护综合在一个或两个单元上，分散安装在对应的开关柜或控制室内。优点是：最大限度地压缩二次设备及繁杂的二次电缆，也节省了土建投资；系统配置灵活，扩展容易；统一时钟；检修维护方便；可用于各种电压等级的变电站。现在的变电站综合自动化系统通常采用分散分布式布置。

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8-29 简述变电站自动化的软件系统框图各程序模块的含义。

答：变电站自动化的软件系统框图由下位机程序模块和上位机程序模块组成。

下位机软件主要完成模拟量、开关量、脉冲量的采集（输入）；开关量的输出控制（断路器跳、合闸操作与信号输出），向上位机传输数据等功能。下位机软件为模块化软件，每个模块完成各自的功能。如模拟量采集模块11完成模拟量的采集；开关量采集模块12完成开关量的采集；脉冲量采集模块完成13完成脉冲量的采集；接地检测处理模块14主要是接

地检测和报警处理；控制模块15及通信模块16完成断路器的操作控制、信号输出及上位机的通信等。

上位机软件主要完成图象显示、打印记录、对断路器进行操作、远方通信及下位机之间的数据传送的功能。该软件也为模块化软件，每个模块完成各自的功能。图象显示程序模块21可显示变电站运行主系统图、间隔开关和断路器的位置及操作过程、各种运行参数表格和负荷曲线及故障等内容；通信程序模块22一方面将采集到的数据及开关状态实时地送至远方调度所，另一方面通过RS232通信接口，进行数据交换；操作程序模块23主要通过键盘完成各种功能的操作。在进行断路器跳闸、合闸操作时需自动闭锁条件；打印程序模块24主要完成报表打印及随机打印功能。报表打印可完成定时打印制表。随机打印则在事故与故障发生或继电保护动作时，自动打印故障或保护动作时间、地点、性质及顺序，同时还打印断路器及隔离开关变位的时间、性质及顺序等。

8-30 什么叫智能变电站智能变电站的主要技术特征和功能是什么

答：智能变电站（smart substation）采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。

1．智能变电站的主要技术特征

智能变电站的主要技术特征是一次设备智能化，二次设备网络化，通信规约标准化和运行管理自动化。

（1）一次设备智能化

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一次设备智能化主要体现为全数字化输出的电子互感器和智能高压设备。电子互感器有电子电流互感器和电子电压互感器，是利用光电技术的数字化设备，具有不受电磁干扰（或影响很小）、不饱和、测量范围内大、頻带宽、体积小和重量轻等特点，可直接与数字化的保护和测控设备接口。智能高压设备是指高压设备与智能组件的有机结合，智能组件可内嵌或外置。一次设备智能化是智能变电站的主要特征，也是智能变电站与常规变电站的主要区别之一。一次设备与智能组件之间通过状态感知元件和指令执行元件组成一个有机整体。三者之间可类比为“身体”、“大脑”和“神经”的关系，即一次设备本体是“身体”，智能组件是“大脑”，状态感知元件和指令执行元件是“神经”。三者合为一体就是智能设备，或称一次设备智能化。

（2）二次设备网络化

二次设备网络化体现在二次设备对上和对下联系均通过高速网络通信。变电站的二次设备，如继电保护奘置、防误闭锁奘置、测控奘置、远动奘置、故障录波奘置、同期操作奘置、在线状态监测奘置等全部可基于标准化、模块化的微处理器设计制造，设备之间的链接全部采用高速的网络通信，通过网络真正实现数据共享。逻辑的功能模块取代常规的功能奘置，光缆和数字通信网络取代大量的控制电缆，虚端子取代物理端子，逻辑连接替代物理连接，信息冗余取代装置冗余，降低了工程造价，提高了可靠性。

（3）通信规约标准化

通信规约标准化体现为统一的IEC61850通信规约标准。IEC61850是国际电工委员会制订的变电站通信网络和系统的网络通信国际标准，内容涉及变电站自动化的功能规范、硬件指标、信息模型、通信映射、工程描述等，是实施变电站自动化的唯一的指导性国际标准。智能变电站的所有智能设备均按IEC61850通信规约建立信息模型和通信接口，设备间可实现无缝连接。各类设备按统一的通信标准接入变电站通信网络，实现信息共享，极大地提高了信

息传递的效率和有效性，所有需要与外部智能奘置交互的信息用以太网机制实现信息的有效发布，减少了软硬件的重复投资，系统简单，设计调试和维护方便。

（4）运行管理自动化

运行管理自动化体现在变电站的运行和管理实现自动化和智能化。智能变电站采用智能一次设备，所有功能均可遥控实现，建立全式站的数据通信网络，实现数据的采集、传输和处理数字化、共享化，实现对全站设备的在线监测和关键设备的状态检修，开发出完全实用化的故障自动分析及程序化操作软件，实现了自动化和智能化，提高了变电站的自动化水平和管理效率，优化变电站设备全寿命周期成本。

2．智能变电站的功能

智能变电站除了具有数据采集和处理、事件顺序记录和报警、故障记录、故障录波和测距、操作闭锁与控制、人机联系、系统自诊断、微机保护和通信等变电站自动化的基本功能外，还可实现更多、更复杂的自动化和智能化高级应用功能。主要包括运行监视、辅助决策、调节控制、维护管理等若干类，目前主要高级应用功能为：

①顺序控制功能：发出整批指令，由系统根据设备状态信息变化情况，判断每步操作:

是否到位，确定到位后自动执行下一指令，直至执行完所有指令。

②设备状态可视化功能：采集主要一次设备（变压器、断路器等）的状态信息，进行可视化展示并发送到上级系统，为实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据支撑。

③设备状态在线监测功能：通过传感器、计算机、通信网络等技术，获取设备的在线状态参数（如变压器的油色谱、局放、油温和铁芯接地等状态参数），并结合专家系统分析，及早发现设备潜在故障。

④设备状态检修功能：以安全、可靠性、成本为基础，通过设备状态监测、状态评价、风险评估、检修决策，替代计划检修，达到运行安全可靠、优化资产使用和节约人力成本的一种检修策略。

⑤智能告警及分析决策功能：建立变电站故障信息的逻辑和推理模型，实现对故障告警信息的分类和信息过滤，对变电站的运行状态进行在线实时分析和推理，自动报告变电站异常并提出故障处理指导意见。

⑥故障信息综合分析决策功能：在故障情况下，对包括事件顺序记录信号及保护装置、相量测量、故障录波等数据进行数据挖掘、多专业综合分析，并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示。

⑦经济运行与优化控制功能：综合利用FACTS、变压器自动调压、无功补偿设备自动调节等手段，支持变电站系统层及智能调度技术支持系统安全经济运行与优化控制。

⑧站域控制功能：通过对变电站内信息的分布协同利用或集中处理判断，实现变电站内自动控制功能的奘置或系统。

⑨站域保护功能：一种基于变电站统一采集的实时信息，以集中分析或分布协同方式判定故障、自动调整动作决策的继电保护。

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8-31 简述智能变电站的结构。

答：智能变电站采用三层设备两层网络结构，简称“三层两网”。“三层”是指站控层、间隔层、过程层三层设备，“两网”是指站控层网络，过程层网络构成的分层、分布、开放式网络。其结构如图8-25所示。

图8-25 智能变电站结构示意图

（1）站控层

站控层设备一般包括主机兼操作员工作站、远动通信装置、网络通信记录分析系统、保护故障信息系统子站（可选）、打印机、同步时钟奘置以及其它智能接口设备等。

①主机兼操作员工作站是变电站自动化系统的主要人机联系界面，在电网正常和故障时，采集、处理各种所需信息，与调度中心进行通信，实现保护及故障信息管理等相关功能。

②远动通信装置直接采集来自间隔层或过程层的数据。

③网络通信记录分析系统实时监视、记录网络通信报文，周期性保存为文件，并进行各种分析。

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④同步时钟奘置是全站统一的授时系统，实时时钟实现时间同步。

站控层的主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面，实现管理、控制间隔层和过程层设备等功能，形成全站的监控、管理中心，并与远方调度或控制中心通信。具体如下：

①汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录、填写历史数据库。

②按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心，接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。

③监控系统和远动通信服务器采用一体化数据库配置方式，生成监控数据库的同时即可完成对远动通信服务器的数据库、功能及逻辑的配置，提高变电站的维护效率。

④具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能。站控层、间隔层共用一套防误规则库，防误规则库可由后台监控生成并通过网络下载到测控装置，并可在后台监控上模拟、预演、校验测控装置的防误逻辑，有效地提高了系统的可靠性与维护效率。

⑤具有站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像、声音等

多媒体功能。

⑥具有对间隔层、过程层各设备的在线维护、在线组态、在线修改参数等功能。

⑦具有变电站电压无功控制、小电流接地选线、故障自动分析和操作培训等功能。

（2）间隔层

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间隔层设备包括测控装置、保护装置、电能计量装置、故障录波装置、状态监测装置、集中式处理装置以及其它智能接口设备等。间隔层作为智能变电站的中间支撑层，是智能变电站正常运行的重要保障。

间隔层代表变电站中位于站控层之下的附加逻辑控制层，间隔层设备完成测量、控制、计量、检测、保护、录波等功能，采集来自过程层的数据，完成相关功能，并通过过程层作用于一次设备。间隔层主要完成以下功能：

①实时采集来自过程层设备的数据信息，进行诊断记录，实现录波功能；实现与站控层的通信和数据传送。

②发出对各设备间隔的操作控制命令。

③接收来自站控层、远方控制中心的各类命令操作，并向过程层发出对应的命令。

④实现一次设备的测量、控制、计量、监测、保护功能，并直接与站控层进行信息交换。（3）过程层

过程层（设备层）由一次设备及智能组件构成的智能设备、电子式互感器、合并单元、智能单元等构成。

①智能设备（intelligent equipment）是指一次设备与其智能组件的有机结合体，两者共同组成一台完整的智能设备。

②智能组件（intelligent combination）是对一次设备进行测量，控制，保护，计量，检测等一个或多个二次设备的集合。

③智能单元（intelligent unit）是智能组件中的一类单元，与一次设备采用电缆连接，与保护，测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（如：断路器，刀闸，主变等）的测量，控制，状态监测等功能。如在开关端子箱安装智能单元，可以对刀闸等进行状态采集和控制，就地操作箱功能；在变压器端子箱安装智能单元，可以实现变压器本体保护和变压器测控功能：采集温度、档位、非电量、中性点地刀等状态，控制风扇和档位对时、录波功能。

④电子式互感器是由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成的一种装置，用于传输正比于被测量的量，供测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。

⑤合并单元是一种智能组件，是互感器与间隔层智能电子设备间采样数据的桥梁，它汇集多个电子式互感器的数据通道，也可汇集并采样传统互感器输出的模拟信号或电子式互感器输出的模拟小信号，并对电气测量仪器和继电保护装置等二次设备提供一组或多组时间相关的电流和电压的数字量样本。

过程层作为一次设备与二次设备的结合面，过程层可以说是智能一次设备的智能化部分，其主要功能可以分为三类：

变电站运行的电气量实时采集。主要是对模拟量、状态量、脉冲量进行采集。与常规变电站不同的是采集实现数字化，动态性能好，抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好。

运行设备的状态参数在线采集。变电站需要进行状态参数监测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、避雷器、母线等。在线监测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。

操作控制命令的执行和驱动。过程层设备应能执行间隔层或站控层的控制命令，驱动操作机构执行控制命令。包括变压器分接头调节控制、电容、电抗器投切控制、隔离开关、

接地开关、断路器合分控制等。过程层设备在操作控制命令时具有智能性，能判断命令的真伪及合理性，还能对即将进行的动作精度进行控制。

智能变电站网络采用高速以太网组成，采用IEC61850通信规约，传输速率不低于

100Mbps，全站网络在逻辑功能上可由站控层网络和过程层网络构成，二层网络物理上可相互独立，也可合并为一层网络。

站控层网络结构拓扑视电压等级采用双星型、单环型或单星型，可传输MMS报文

和GOOSE报文。

过程层网络包括GOOSE网络和采样值（SV）网络，网络结构拓扑宜采用星型。

MMS（manufacturing message specification）制造报文规范是ISO/IEC9506标准

所定义的一套用于工业控制系统的通信协议。MMS规范了工业领域具有通信能力的智能传感器、智能电子设备、智能控制设备的通信行为，使出自不同制造商的设备之间具有互操作性。

GOOSE（generic object orieated subation event ）面向变电站事件通用对象服务，支持由数据集组织的公共数据的交换，主要用于实现在多个保护功能的智能电子设备之间保护功能的闭锁和跳闸。

8-32 某变电所10kV线路测量二次回路图，装有有功电能表、无功电能表和电流表各1只，如图8-26所示。试在屏后接线图中用相对编号法表示仪表和端子排的接线。

解：变电所10kV线路测量二次回路的屏后接线图用相对编号法表示仪表和端子排的接线如下：