变电站自动化系统一体化解决方案设计 丁金多

变电站自动化系统一体化解决方案设计丁金多

变电站是电力系统的一个重要环节，其安全优质经济运行要求变电站实行综合的调度控制和

管理的自动化。变电站综合自动化系统是由多个子系统组成的有机整体，缺一不可，它将变

电站的继电保护、控制、测量、信号和远动等综合为一体，是一项涉及范围广、实现难度大

的系统工程。变电站实现综合自动化，由计算机完成运行监视、控制、保护、正常操作和顺

序事件记录等功能,由通讯网络实现信息交换,近年来已成为提高变电站自动化水平的发展方向。变电站能否正确运行关系到整个生产的运行和安全问题。因此变电站的监控和保护具有

十分重要的意义。

1.1 变电站自动化的基本概念

变电站综合自动化系统是一项多专业性综合技术，是电网运行管理中的一次变革。它是将变

电站的二次设备(包括控制、测量、保护、自动装置及远动装置等)经过功能组合和优化设计，利用计算机技术、现代通信技术，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调及微机保护的

一种综合性的自动化系统。

1.2 变电站自动化的现状和发展趋势

国外变电站综合自动化系统的研究工作始于70年代，最早是用微机型远动装置代替布线逻

辑型的远动装置;同时供配电系统监控系统的功能在扩大，供电网的监控功能正以综合自动化

为目标迅速发展。国内供配电系统微机保护及综合自动化的研究始于80年代中期，但真正

意义上的综合自动化系统的研究还刚起步，在实际工程应用中还存在很多问题，主要表现在:

缺乏统一化、全局化的系统设计，以一种“拼凑”功能的方式构成系统，使整个系统性能指标

不高，部分功能及系统指标无法实现;功能重复建设，增加了投资，使现场造成复杂性，影响

系统的可靠性;工程设计缺乏规范性的要求，从而导致各系统的联调时间长，对将来的维护及

运行都带来了极大的不便，进而影响了变电站自动化系统的投入率。

目前国内供配电系统自动化工作正处于飞速发展、蒸蒸日上阶段。但目前的自动化水平还远

远不能满足要求，我们还必须考虑电力系统自动化今后的发展趋势。根据对国内有关此方面

材料介绍及调查所掌握的情况，供配电系统自动化今后应向综合化方向发展，即所谓供配电

系统微机保护及综合自动化。

随着新技术的不断发展，数字化变电站正在兴起。与传统变电站相比，数字化变电站具有以

下优势:减少二次接线，提升测量精度，提高信号传输的可靠性，避免电缆带来的电磁兼容、

传输过电压和两点接地等问题，解决设备间的互操作问题，变电站的各种功能可共享统一的

信息平台，避免设备重复，自动化运行和管理水平进一步提高，数字化变电站是变电站自动

化技术的发展方向。

2 变电站自动化系统构成及设计总体要求和原则

2.1 变电站自动化系统构成及功能

变电站综合自动化系统是以通信网络为基础，由变电站数据采集系统和变电站控制保护系统

构成。每个系统又由许多功能完全独立的子系统组成，用一台(或几台)工业控制机作为主机

来统一管理全站各子系统。各子系统通过通信端口，按一定的协议进行通信，从而连接成一

个完整的计算机局域网，在这个网络中，任何一个子系统既可独立运行又有相互连锁，构成

了一个相互依托、有机结合的整体。

2.1.1 变电站数据采集系统

主要实现处理模拟量测量值、信号及测量、保护和调整功能的整定值;完成电网在线计算、存储、统计、分析报表，远传和保护电能质量的自动监控调整工作。系统一般包括: (1) 微机数

据通信监控装置。一般有实现网络上不同设备之间的数据交换、完成全站数据汇总并调度系

统按标准通信规约进行联网等功能。 (2) 人机接口 (HMI) 及其监控软件。一般有数据采集与显示、电能计量、实时电网安全控制功能;有强大的交互式图形功能，提供电网系统画面及信号

显示，提供各种单线图、波形图、实时图、历史图以及趋势图;有事件记录、报警、事故跳闸

过程参数自动记录和自动录波、事故按时排序、事故处理提示、快速事故处理、报表及打印

输出功能;数据分析功能，协波分析及各种用于分析的工具软件包。

2.1.2 变电站控制保护系统

主要实现随时在线监视正常运行情况的运行参数及设备运行状况;自检、自诊断设备本身的异常运行;发现电网设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警并相应的闭锁出口动作，以

防事态扩大;电网出现事故时快速采样、判断、决策，迅速消除事故，使故障限制在最小范围内。系统一般包括: (1) 微机线路保护:有定时限与反时限电路保护、电流速断保护、接地保护、电压偏移保护、过频与欠频保护以及录波等功能; (2) 微机变压器保护:有高低压侧定时限与反

时限电流保护、电流速断保护、高低压侧零序电流保护、过电压与欠电压保护、过热保护、

接地保护，还有轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸以及温度保护等功能; (3) 微机电容器保护:有定时限

与反时限电流保护、电流速断保护、中性点电流不平衡保护、过电压与欠电压保护、零序电

压保护、还有电抗器瓦斯动作联锁跳闸、电容器组自动投切以及自动调整等功能。

2.1.3 通信网络系统

网络拓扑型式主要采用总线型式，也有采用环形或星型。一般来说环形和星形网络要较总线

型网络更安全可靠，但总线型的网络结构更为简单，易于实现;根据变电站综合自动化得规模、功能、通信速率要求，网络型式一般可以采用 Modbus、Canbus、Profibus 或 Ethernet 等;对于通信协议不同得网络型式也不同，主要有令牌环协议 (IEEE802.5)、FMS 协议， TCP/IP 协议，

与自动化仪表兼容得 hart协议等，现场总线网络接口大多采用 RS485 接口，也有部分采用

RS232、RS422等接口;对于小型的网络其通信介质一般选用细同轴电缆(细缆)，而较为大型、

通信速率要求较高的网络可选用粗同轴电缆(粗缆)，当网络规模较小且采用星型拓扑时，较

多采用非屏蔽双绞线 (UTP) 作为网络的通信介质，对于要求高或网络传输距离较远的场合越

来越多的采用光缆。

2.2 变电站自动化系统设计总体要求

设计变电站综合自动化系统应满足以下要求: (1) 采用先进的继电保护和自动控制技术, 满足

电网及变电站安全稳定运行的要求, 装置具有很高的可靠性; (2) 满足集中监视和控制的要求,

尽可能提供变电站内来自电气一次及二次设备的各种信息, 提高保护和控制功能的辨别能力,

满足电网监控和管理信息化、智能化的要求; (3) 简化一次回路, 节省电缆; (4) 保护测控装置可以灵活安装; (5) 具有良好的抗电磁干扰能力; (6) 利用网络通信, 高速、安全、可靠地传输数据;

(7) 以实现无人值班为目标, 可快速进行控制和操作; (8) 可扩充, 方便维护, 最大限度减少扩建

工作和投资, 降低维护费用。

2.3 变电站自动化系统设计的原则

(1) 变电站自动化系统作为电网调度自动化的一个子系统，应服从电网调度自动化的总体设计，其配置、功能包括设备的布置应满足电网安全、优质、经济运行以及信息分层传输、资

源共享的原则。

(2) 分散式系统的功能配置宜采用下放的原则，凡可以在间隔层就地完成的功能如保护、备

用电源自投、电压控制等，无须通过网络和上位机去完成。

(3) 对于无人值守的变电站，有一个现场维护、调试和应急处理的问题，因此设计时应考虑

远方与就地控制操作并存的模式。