变电站综合自动化技术
变电站综合自动化技术
避塑盥。
变电站综合自动化技术段晓华(洛阳阳光热电有限公司，河南洛阳471023)嘴要】本文简要介绍了变电站综合自动化的概念及特点，并对变电站综合自动化系统结构、通讯方式和基锄能进行分析。
4饫键词]变电站；综合；自动化1概述变电站综合自动化是将变电站的二次设备经功能的组合和优化设计，利用先进的计算机、电子、通信和信号处理技术，实现对变电站主要设备和输配电线路的自动监测、控制和保护，以及与调度通信等功能。
综合自动化的该心是自动监控系统，而综合自动化的纽带是监控系统的局域通信网络，它把保护、自动装置和远动功能综合在—起形成一个具有远方数掳术渤能的自动监控系统。
2系统结构总结变电站综合自动化技术的发展过程，大致有以下几种结构形式。
21分散式结构硬件结构为完全分敏的综合自动化系统，指以一次设备为安装单位将配套的自动化单元分布安装，通过现场总线与各单元通信实现网络监控，如图1。
这种结构有两种实现模式：一是保护相对独立，测量和控制合二为一：另一种是保护、测量、控制完全合一，实现变电站自动化的高度综合。
主要特点有系统部件完全依主设备分散安装，安装节约空间和电缆，系统综合性能强。
22集中式结构形式集中式采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟和数字量等信息并集中计算和处理，分别完成锶溯监控、保护和自动控制等功能。
由前置机完成㈣^输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方i酗飘等功能，如图2：目前国内许多厂家属于这种结构方式，这种结构的不足是每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障影响面大；软硬件设计复杂，调试组态不灵活j23分层分布式结构所谓分层分布式结构如图3，将变电站信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层，按其功能分布组装成多个屏集中安装在主j空室。
这种结构相比集中式处理系统有明显优点：可靠性提高，任—部分设备故障只影响局部：多C P U工作提高处理能力：继电保护相对姚’3通讯方式目前国内常采用以太网通讯方式，在以太网之前，无论R S一232C、EI A一422／485都无法避免通信系统繁琐速度缓慢的缺陷。
变电站综合自动化通用技术规范
变电站综合自动化通用技术规范1、引言本文档旨在规范变电站综合自动化系统的设计、建设、运行和维护，确保安全、高效、可靠地运行变电站。
本规范适用于各类变电站综合自动化工程。
2、术语和定义2.1 变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统是指集监控与控制、自动操作、保护与安全、通信与信息处理等功能于一体的电力系统自动化系统。
2.2 监控与控制监控与控制是指通过对变电设备的状态和参数进行采集、显示、分析和操作，实现对变电站运行状态的实时监测和远程控制。
2.3 自动操作自动操作是指对变电设备进行自动切换、调节、跳闸等操作，以实现变电站的自动化运行。
2.4 保护与安全保护与安全是指对变电设备进行故障检测、故障隔离和设备保护，以保证变电站的安全运行。
2.5 通信与信息处理通信与信息处理是指通过数据传输和处理技术，实现变电站与上级调度中心、其他变电站之间的信息交换与共享。
3、变电站综合自动化系统设计要求3.1 系统层次结构3.1.1 变电站综合自动化系统应具有合理的层次结构，包括上位机、下位机、网络、传感器和执行器等组成部分。
3.1.2 上位机主要负责监控与控制、自动操作等功能，下位机主要负责采集、执行等功能，网络主要负责数据传输和信息交换，传感器主要负责数据采集，执行器主要负责执行操作指令。
3.2 系统硬件选型3.2.1 变电站综合自动化系统应采用可靠、稳定的硬件设备，确保系统运行的可靠性和稳定性。
3.2.2 硬件设备应符合国家相关标准和规范要求，且具备良好的兼容性和可升级性。
3.3 系统软件开发3.3.1 变电站综合自动化系统的软件开发应符合国家相关标准，采用先进的软件开发方法和工具。
3.3.2 系统软件应具备良好的可扩展性和可维护性，方便后续的软件升级、维护和管理。
4、变电站综合自动化系统建设要求4.1 工程建设组织4.1.1 变电站综合自动化系统的建设应按照国家相关标准和规范进行，严格按照工程设计和施工组织进行建设。
变电站综合自动化技术
一、基础知识
变电站综合自动化系统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，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。
分立元件的装置可靠性不高，经常需要维修，且体积大。
2、微处理器为核心的智能自动装置阶段
20世纪80年代，随着大规模集成电路和微处理器技术的应用，在变电站 自动化阶段，将原来由晶体管等分立元件组成的自动装置逐步由大规模 集成电路或微处理器替代。
微机监控、微机保护、微机远动装置分别设置，分别完成各自的功能。 优点: ①由于采用了数字电路，缩小了体积，明显的显示出优越性。 ②利用微处理器的智能和计算能力，可以应用和发展新的算法，提高了 测量的准确度和控制的可靠性，还扩充了新的功能。 ③装置本身的故障自诊断能力，对提高装置自身的可靠性是很有意义的。 缺点： 各自动化装置仍是独立运行，不能互相通信，不能共享资源。
3.变电站综合自动化系统 Integrate Substation Automation System
4.变电站自动化系统 Substation Automation System
按功能(四遥)设计的模式称为 ---RTU模式(1,2)
按对象(间隔)设计的模式称为 ---分层分布式(或网络)模式(3,4)
3、变电站综合自动化阶段
国际上，20世纪70年代末开始变电站综合自动化的研究工作， 于80年代开始进入实用应用。
例：西门子公司于1985年在德国投入其第一套变电站综合自动化系统。
我国从20世纪80年代末开始研制和开发，20世纪90年代进入应 用阶段。
变电站综合自动化技术
变电站综合自动化技术1、常规变电站的二次系统主要包括继电保护、故障录波、当地监控和远动四个部分2、变电站实现综合自动化的优越性：在线运行的可靠性高供电电能质量高专业综合，易于发现隐患，处理事故恢复供电快变电站运行管理的自动化水平高减少控制电缆，缩小占地面积维护调试方便为变电站实现无人值班提供了可靠的技术条件3、综合自动化的核心是自动监控系统，综合自动化的纽带是监控系统的局域通信网络4变电站综合自动化系统的特征：变电站综合化结构分布分层分散化操作监视屏幕化通信局域网络化，光缆化运行管理智能化测量显示数字化5、变电站综合自动化是将变电站的二次设备经过功能的组合和优化设计，利用现金的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的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6、变电站综合自动化的内容应包括变电站电气量的采集和电气设备的状态监视、控制和调节7、综合自动化系统的基本功能：测量、监视、控制功能继电保护功能自动控制智能装置的功能远动及数据通信功能自诊断、自恢复和自动切换功能8、变电站综合自动化系统的结构形式可分为：集中式、分层分布式、分散与集中结合式、完全分散式9、把保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能综合在一起的装置成为保护单元10、所谓分层式结构是将变电站信息采集和控制分为管理层、站控层和间隔层三层布置11、一套变电站综合自动化系统功能模块的典型硬件结构主要包括：模拟量输入/输出回路微型机系统开关量输入/输出回路人机对话借口回路通信回路电源12、Watchdog的作用就是监视微机系统程序的运行情况，若自动化装置受到干扰而失控，则立即动作使程序重新开始工作13、在变电站综合自动化系统的发展过程中，按数字核心部分来分，可以分为以单片机为核心和以工业控制机为核心的两种14、模拟量输入电路的主要作用是隔离、规范输入电压及完成模数变换，以便与CPU接口完成数据采集任务模拟量输入电路的两种方式：一、基于逐次逼近型A/D转换方式（ADC）直接将模拟量转变为数字量二、利用电压/频率变换（VFC）原理进行模数变换方式，将模拟量电压先转换为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量模拟量输入电路的结构主要包括电压形成回路、低通滤波电路、采样保持、多路转换开关及A/D变换芯片五部分要限制输入信号的最高频率，只需在采样前用一个模拟低通滤波器，将fs/2以上的频率分量滤去即可15、采样定理：采样频率fs≥2f0（f0为信号频率）若fs<2f0，将出现频率浪叠现象16、位数与分辨率的关系：位数分辨率4 1/168 1/25610 1/102412 1/409616 1/6553617、常用的电隔离方法：光点隔离、继电器隔离18、研究算法的作用主要有两个：提高运算的精确度、提高运算的速度。
变电站综合自动化---教学大纲
变电站综合自动化---教学大纲标题：变电站综合自动化---教学大纲
引言概述：
变电站综合自动化是电力系统中的重要组成部份，它通过自动化技术实现对变电站设备的监测、控制和保护，提高了电力系统的运行效率和安全性。
因此，对于电力工程专业的学生来说，学习变电站综合自动化是非常重要的。
本文将针对这一主题进行详细的教学大纲设计。
一、基础知识
1.1 变电站综合自动化的概念和作用
1.2 变电站综合自动化系统的组成和功能
1.3 变电站综合自动化技术的发展历程和应用领域
二、自动化控制
2.1 变电站综合自动化系统的控制原理
2.2 变电站综合自动化系统的控制策略
2.3 变电站综合自动化系统的控制模式
三、监测与诊断
3.1 变电站综合自动化系统的监测技术
3.2 变电站综合自动化系统的故障诊断方法
3.3 变电站综合自动化系统的数据分析与处理
四、保护与安全
4.1 变电站综合自动化系统的保护原理
4.2 变电站综合自动化系统的安全措施
4.3 变电站综合自动化系统的应急处理方法
五、实践应用
5.1 变电站综合自动化系统的实际案例分析
5.2 变电站综合自动化系统的工程设计与施工
5.3 变电站综合自动化系统的运行与维护
结论：
通过以上的教学大纲设计，学生可以系统地学习变电站综合自动化的基础知识、自动化控制、监测与诊断、保护与安全以及实践应用等方面的内容，从而为将来从事电力工程相关工作打下坚实的基础。
同时，教学大纲的设计也有助于提高学生的综合素质和实践能力，促进电力系统的现代化发展。
变电站综合自动化技术
计算机监控系统(CSCS)
变电站层
上级调度 控制中心
通信层
通过数字通信,将测量、控制、 远传等功能为一体
串口/以太网
现场总线
保护装置
间隔层
测 控 单 元
测 控 单 元
测 控 单 元
结构特点:
•分散式测控装置(RTU),保护信号多以硬接 点接入 •分层分布式,以太网,现场总线和串口通信 •监控后台(取代传统的模拟盘监控) •面向功能设计
3.综合自动化的发展历史
1)变电站分立元件的自动装置阶段 20世纪70年代以前，这些自动装置主要采用模拟电路、晶体
管等分立元件组成，对提高变电站的自动化水平，保证系统 的安全运行，发挥了一定的作用。
缺点：
这些自动装置，相互之间独立运行，互不相干，而且缺 乏智能，没有故障自诊断能力，在运行中若自身出现故障， 不能提供报警信息，有的甚至会影响电网运行的安全。 分立元件的装置可靠性不高，经常需要维修，且体积大。
现场总线
测控装置
保护装置
保护测控装置
第三方智能设备
110KV部分
35KV,10KV部分
110KV及以下变电站综合自动化系统典型结构图
调度
监控工作站
路由器
MODEM
远动工作站）
对时总线
以太网
RS232/422/485
测控装置
保护装置
保护测控装置
第三方智能设备
110KV部分
35KV,10KV部分
特点： 1. 10KV保护测控一体化,110KV线路保护测控独立, 可靠性,经济性 2. 现场总线与以太网并存(现状) 3. 以太网取代现场总线(不久将来) 4. 淡化后台作用,加强远动工作站性能,适应集控站 模式,无人值班模式
变电站综合自动化技术
第七章
22、 小波分析在变电站综合自动化中的应用前景。[P103内详] 第八章
23、变电站内的信息传输： （1） 设备层与间隔层（单元层）间信息交换 （2） 单元层内部的信息交换 （3） 单元层之间的通信 （4） 单元层和变电站层的通信 （5） 变电站层的内部通信 24、变电站通信网络的要求：快速的实时响应能力，很高的可靠性，优 良的电磁兼容性能，分层式结构。
（4） 系统的机柜和机箱采用铁质材料。
第一章
1、变电站综合自动化：是将变电站的二次设备经过功能的组合和优化 设计，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，实现对全变电站的主要设备和输、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、传统变电站的缺点： （1） 安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。 （2） 供电质量缺乏科学的保证。 （3） 占地面积大，增加了征地投资。 （4） 不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。 （5） 维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动 化水平。
化，此时发电机转轴上的转矩平衡被打破，发电机的转速将发生变化，
系统的频率随之发生偏移。
11、电力系统频率降低的危害： （1） 系统的频率下降，使发电厂的厂用机械出力大为下降，结果必然 影响发电设备的正常工作，使发电机的有功出力减少，导致系统频率的
变电站综合自动化系统概述
变电站综合自动化系统的典型硬件结构
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明1
• 微处理器（中央处理器）CPU是指挥中枢，计算机 程序的运行依赖于CPU来实现；
• ②电气型防误系统：是建立在二次操作回路上的 防误功能，一般通过断路器和隔离开关的辅助触 点连锁来实现，主要包括电气回路闭锁、电磁回 路闭锁、电气报警和高压带电显示装置等。
• ③微机五防：采用计算机技术，用于高压开关设 备防止电气误操作的装置，由主机、电脑钥匙、 编码锁具等功能元件组成。主要用于断路器、隔 离开关、接地刀闸、遮拦网门等。
特点： ①工作稳定，线性好，电路简单； ②抗干扰能力强，不受脉冲和随机高频噪音干扰； ③与CPU接口简单，工作不需要CPU控制； ④可以方便地实现多CPU共享一套VFC变换。
模拟量输出电路的组成
• 作用是把微机系统输出的数字量转换成模 拟量输出，核心元件是模/数转换器，锁存 器是用来保持数字量的稳定的。
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明2
• 定时器/计数器有两个用途一是用来触发采样信号， 引起中断采样；二是在V/F变换式A/D中，定时器/ 计数器是把频率信号转换为数字信号的关键部件。
• Watchdog主要作用是当自动化装置受到干扰导致 微机系统运行程序出轨、程序无法正常运行时，能 自动复位微机系统，使微机系统重新开始执行程序， 进行入正常运行轨道。
综合自动化监控系统的基本要求
• 实时 • 可靠 • 可维护 • 信息处理和输出技术先进 • 人机交流方便 • 通信可靠 • 信息处理和控制算法先进
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
互感耦合所致。
（2） 共模干扰：是由网络对地电位变化所引起的干扰，即对地干扰。 35、 抑制干扰源影响的屏蔽措施： （1） 一次设备与自动化系统输入、输出的连接采用带有金属外皮的控 制电缆，电缆的屏蔽层两端接地。
（2） 测量和微机保护或自控装置采用的各类中间互感器的一、二次绕 组之间加设屏蔽层。
（3） 机箱或机柜的输入端子对地接一耐高压的小电容，可抑制外部高 频干扰。
自功能的共存状态。
32、 电磁干扰的三要素：干扰源、传播途径和电磁敏感设备。 33、 解决电磁干扰问题的方法： （1） 抑制干扰源产生的电磁干扰（滤波、屏蔽和接地）； （2） 切断干扰的传播途径； （3） 提高敏感设备抗电磁干扰的能力（降低对干扰的敏感度）。 34、 干扰分类： （1） 差模干扰：是串联于信号源回路中的干扰，主要由长线路传输的
电机输出的电磁功率保持平衡，则发电机的转速将保持不变，电力系统
所有发电机输出的有功功率的总和，在任何时刻都将等于此系统包括各
种用电设备所需的有功功率和网络的有功损耗的总和。但由于有功负荷
经常变化，其任何变动都将立刻引起发电机输出电磁功率的变化，而原
动机输入功率由于调节系统的滞后，不能立即随负荷波动而作相应的变
第一章
1、变电站综合自动化：是将变电站的二次设备经过功能的组合和优化 设全变电站的主要设备和输、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、传统变电站的缺点： （1） 安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。 （2） 供电质量缺乏科学的保证。 （3） 占地面积大，增加了征地投资。 （4） 不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。 （5） 维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动 化水平。
（6） 在DMA传送结束以后，能发出DMA结束信号，释放总线使CPU 恢复正常工作状态。
18、光电耦合器工作原理及原理图。[P62内详] 第五章
19、 D/A转换器的工作原理、关系式、权电阻输入网络。[P67内详] 20、 绝对精度和相对精度。[P74内详] 第六章
21、 交流采样法：是直接对经过装置内部小TA，小TV转换后形成的交 流电压信号进行采样，保持和A/D转换，然后在软件中通过各种算法计 算出所需电量。
（4） 系统的机柜和机箱采用铁质材料。
他正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速
恢复供电的一种自动控制装置。
13、变电站综合自动化系统的特点： （1） 功能综合化 （2） 分级分布式、微机化的系统结构 （3） 测量显示数字化 （4） 操作监视屏幕化 （5） 运行管理智能化 第三章
14、光电传感器的优越性： （1） 优良的绝缘性能，造价低、体积小、质量轻。 （2） 不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题。 （3） 动态范围大，测量精度高。 （4） 频率范围宽。 （5） 抗干扰能力强。 第四章
（3） 系统频率长期处于49.5Hz或49Hz以下时，会降低各用户的生产 率。
12、 明备用和暗备用的原理和图。[P33内详] 系统正常运行时，备用电源不工作的称明备用。系统正常运行时，备用
电源也投入运行的，称为暗备用。
备用电源自投（BZT）的作用：备用电源自投装置是因为电力系统故 障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源或备用设备或其
输到接收端，接收端则按约定的规则对所收到的码进行检验。
30、几种常用的监督码构成方法：奇偶校验、纵向冗余校验和循环冗 余校验CRC。 第九章
31、 电磁兼容意义：电气或电子设备或系统能够在规定的电磁环境下 不因电磁干扰而降低工作性能，它们本身发射电磁量不影响其他的设备
或系统正常工作，从而达到互不干扰，在共同的电磁环境下一起执行各
第七章
22、 小波分析在变电站综合自动化中的应用前景。[P103内详] 第八章
23、变电站内的信息传输： （1） 设备层与间隔层（单元层）间信息交换 （2） 单元层内部的信息交换 （3） 单元层之间的通信 （4） 单元层和变电站层的通信 （5） 变电站层的内部通信 24、变电站通信网络的要求：快速的实时响应能力，很高的可靠性，优 良的电磁兼容性能，分层式结构。
8、并联、串联有源电力滤波器的不同点及示意图。[P17内详] 9、电力系统的电压、无功综合控制的方式：集中控制、分散控制和关 联分散控制。[P27内详] 10、电力系统频率偏移的原因：电力系统的频率与发电机的转速有着 严格的对应关系，而发电机的转速是由作用在机组转轴上的转矩决定
的，原动机输入的功率如果在扣除了励磁损耗和各种机械损耗后能与发
15、输入/输出的传送方式：并行和串行传送方式。 16、CPU对输入/输出的控制方式：同步传送方式、查询传送方式、中 断控制输入/输出方式和直接存储器访问方式（DMA）[P50内详] 17、DMA控制器必须具备的功能： （1） 能接受外设的请求，向CPU发出总线请求信号HOLD； （2） 当CPU发出总线请求认可信号HLDA后，接管对地址线、数据线 和控制线的控制，进入DMA方式； （3） 发出地址信息，能对存储器寻址及能修改地址指针； （4） 能向存储器和外设发出读或写等控制信号； （5） 能控制传送的字节数及判断DMA传送是否结束；
化，此时发电机转轴上的转矩平衡被打破，发电机的转速将发生变化，
系统的频率随之发生偏移。
11、电力系统频率降低的危害： （1） 系统的频率下降，使发电厂的厂用机械出力大为下降，结果必然 影响发电设备的正常工作，使发电机的有功出力减少，导致系统频率的
进一步降低。
（2） 系统频率降低，励磁机的转速也相应降低，当励磁电流一定时， 励磁机发出的无功功率就会减少。
3、变电站自动化技术的发展过程。[P5内详] 第二章
4、二次设备的组成部分：继电保护、自动装置、测量仪表、操作控制 屏和中央信号屏以及远动装置。
5、变电站综合自动化的优越性： （1） 变电站综合自动化系统利用当代计算机的技术和通信技术，提供 了先进技术的设备，改变了传统的二次设备模式，信息共享，简化了系
（5） 采用无人值班管理模式，提高劳动生产率，减少人为误报操作的 可能。
（6） 全面提高运行的可靠性和经济性。 6、变电站的数据包括：模拟量、开关量和电能量。 7、直流采样：即将交流电压、电流等信号经变送器转换为适合于A/D 转换器输入电平的直流信号。交流采样：指输入给A/D转换器的是与变 电站的电压、电流成比例关系的交流电压信号。
25、数据通信的传输的方式：并行数据通信和串行数据传输。 26、数据通信系统的工作方式：单工通信，半双工通信和全双工通 信。原理及图示[P119内详] 27、网络的拓扑结构：点对点结构、星型结构、总线结构和环形结构。 28、移频键控原理。[P131内详] 29、差错检测技术：就是采用有效编码方法对咬传输信息进行编码，并 按约定的规则附上若干码元（称监督码），作为信息编码的一部分，传
统，减少了连接电缆，减少占地面积，降低造价，改变了变电站的面
貌。
（2） 提高了自动化水平，减轻了值班员的操作量，减少了维修工作 量。
（3） 随着电网复杂程度的增加，各级调度中心要求各变电站能提供更 多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况。
（4） 提高变电站的可控性，要求更多地采用远方集中控制、操作、反 事故措施等。