第一節 變電站綜合自動化的概念

一、變電站綜合自動化概念

變電站綜合自動化系統是指將變電站的二次設備（包括控制、信號、測量、保護、自動裝置、遠動等）利用計算機技術、現代通信技術、現代電子技術和信號處理技術，通過功能組合和優化設計，實現對全變電站的主要設備和輸配電線路的自動監視、測量、控制、保護和調整，以及調度通信等功能的一種綜合性自動化系統。該系統之所以冠名綜合自動化系統，是為了區別于以往只實現局部功能的變電站自動化系統，如常規保護加遠動裝置（RTU）構成的變電站自動化系統。

變電站綜合自動化系統實際上就是由智能電子裝置（IED）和后臺控制系統所組成的變電站運行控制系統，包括監控、保護、自動控制等多個子系統。各子系統中又由多個智能電子裝置（IED）組成，如微機保護子系統包含線路保護、變壓器保護、電容器保護、母線保護等。智能電子裝置（IED）的含義是：包含一個或多個處理器，可接收來自外部源的數據，向外部發送數據或進行控制的裝置，如電子多功能儀表、數字保護、控制器等。

某110kV變電站綜合自動化系統如圖11所示。圖中主機/操作員工作站硬件平臺使用工控機、服務器或PC機，可選擇組屏安裝或獨立放置于主控臺，主機對采集來的數據進行分類和處理，實現各種應用功能，同時兼作監控系統的人機界面，實現運行人員對全站電氣設備的運行監視和操作控制；前置機采用嵌入式計算機，組屏安裝在主機房，前置機實現數據收集、處理、存儲和規約轉換等功能；遠動通信工作站實現與調度中心遠動數據的處理和通信功能；總線集線器用來實現間隔層與站控層設備之間的通信；110kV線路和主變保護及測控裝置分別組屏安裝在控制室，10kV保護測控一體化裝置分散安裝在開關柜上，完成各間隔的保護、測量和控制等功能；公用信息工作站可采用工控機或PC機，功能是實現變電站內第三方通信信息的接入。

由此可見，變電站綜合自動化系統是自動化技術、計算機技術和通信技術等在變電站

的綜合應用。變電站綜合自動化系統可以采集到全變電站的實時數據和信息，利用計算機的高速分析計算能力和邏輯判斷功能，方便直觀地監視和控制變電站內各種設備的運行和操作。圖12為一套在線運行的變電站綜合自動化系統實景圖。

圖11 某110kV變電站綜合自動化系統網絡圖

圖12 在線運行變電站綜合自動化系統

（a）監控室；（b）微機保護室

二、變電站綜合自動化系統的基本特征

變電站綜合自動化通過監控系統的局域網通信，將微機保護、微機自動裝置、微機遠動裝置采集的模擬量、開關量、狀態量、脈沖量及一些非電量信號，經過數據處理及功能

的重新組合，按照預定的程序和要求，對變電站實現綜合性的監視和調度。因此，綜合自動化的核心是自動監控系統，紐帶是監控系統的局域通信網絡，它將微機保護、微機自動裝置、微機遠動裝置綜合在一起形成一個具有遠方數據通信功能的自動監控系統。變電站綜合自動化系統的基本特征主要包括以下內容。

1.系統功能綜合化

變電站綜合自動化系統綜合了除交直流電源外的全部二次系統，這里的“綜合”不是將變電站的功能進行簡單地拼湊，不是簡單的“1+1”，而是功能的重新劃分和性能指標的最優化。

2.系統構成模塊化和數字化

變電站綜合自動化系統采用面向被控對象、模塊化的設計，各功能模塊如保護、控制、測量實現了微機化，并具有數字通信功能，以便通過通信網絡將各模塊連接起來，實現信息共享。模塊化設計的另一優點是便于實現綜合自動化系統的靈活組態，如按照變電站的實際出線按間隔配置，規模可大可小。

3.系統結構分層、分布、分散化

綜合自動化系統結構從功能上采用分層設計，分為間隔層和變電站層，每層功能實現微機化、數字化，各子系統按分布式結構設計，每個子系統可由多個CPU分別完成不同的功能。這樣，綜合自動化系統往往有幾十個甚至更多的CPU同時并列運行，由龐大的CPU群構成了一個完整的、高度協調的綜合（集成）系統，以實現變電站自動化的所有功能。

隨著綜合自動化系統的發展，間隔層裝置將分散安裝在開關柜上或距離一次設備較近的保護小間內，由此構成分散分布式綜合自動化系統。

4.操作監視屏幕化

變電站綜合自動化系統的運用，使操作員通過彩色屏幕顯示器即可完成對變電站的設備和輸配電線路的監視和操作。此時，常規變電站的模擬屏被顯示器上實時刷新的主接線圖取代，把手控制操作被鍵盤鼠標操作取代，光字牌告警被計算機上的數字光字牌、文字提示及語音告警取代，指針顯示被顯示器的數字顯示替代。從而，大大減少了操作員的工作量，也提高了變電站運行管理的水平。

5.通信網絡化

常規變電站用于傳輸設備信息的是傳輸模擬量或硬接點狀態量的電纜，數量龐大，而綜合自動化系統采用以傳輸串行數字信號用的少量通信電纜或光纜。計算機局域網絡技術和光纖通信技術在綜合自動化系統中的普遍應用使得施工更為簡單，組態和擴容更為靈活。

6.運行管理智能化

變電站綜合自動化系統運行管理的智能化不僅表現在常規的自動化功能，如自動抄表，電壓無功自動調壓，小電流接地選線，故障隔離和恢復等方面，還體現在在線自動診斷、狀態檢修和智能告警上。簡而言之，常規二次系統只能監測一次設備，而本身的故障必須靠維護人員去檢查、發現，綜合自動化系統不僅監測一次設備，還時刻檢測自身是否

有故障，這就體現了綜合自動化系統的智能化。另外，狀態監測技術的應用，可對一次設備的運行狀態進行在線評估，由此設備維護和檢修從常規的大小修轉為按設備實際情況安排檢修，針對性更強。

三、變電站綜合自動化系統的發展趨勢

目前，變電站綜合自動化技術在我國的應用范圍，由電力系統的主干網、城市供電網、農村供電網擴展到企業供電網；電壓等級由0.4kV到500kV，幾乎覆蓋了全部供電網絡；技術涉及自動化控制、遠動、通信、微機保護、計量、在線監測、信號等二次系統。所以，變電站綜合自動化技術是一門新型的交叉學科。

雖然變電站綜合自動化系統獲得了良好的應用效果，但也有不足之處，主要體現在：一次和二次之間的信息交互還是采用傳統的電纜接線模式，成本高，施工、維護不方便；二次的數據采集部分大量重復，浪費資源；信息標準化不夠，信息共享度低，多套系統并存，設備之間，設備與系統之間互聯互通困難，信息難以被綜合應用；發生事故時，會出現大量的事件告警信息，缺乏有效的過濾機制，干擾值班運行人員對故障的正確判斷。數字化變電站的出現解決了變電站綜合自動化系統的這些不足之處。

數字化變電站是指信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數字化的變電站，其基本特征為一次設備智能化，二次設備網絡化，運行管理自動化等。

一次設備智能化是指采用數字輸出的電子式互感器、智能開關（或配智能終端的傳統開關）等智能一次設備。一次設備和二次設備間用光纖傳輸數字編碼交換采樣值、狀態量、控制命令等信息。

二次設備網絡化是指二次設備之間用通信網絡交換模擬量、開關量和控制命令等信息，取消控制電纜。二次設備，如保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及在線狀態檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網絡通信，二次設備不再出現重復的I/O現場接口，通過網絡真正實現數據共享、資源共享，常規的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

運行管理自動化的含義是電力生產運行數據、狀態記錄統計無紙化；數據信息分層、分流交換自動化；故障診斷自動化，故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；自動發出變電站設備檢修報告，即常規的變電站設備由“定期檢修”改變為“狀態檢修”。

數字化變電站的發展離不開全世界唯一的《變電站網絡通信標準（IEC61850）》標準的制定。因為傳統變電站自動化系統中廣泛采用的是國際電工委員會（IEC）于1997年頒布的《繼電保護信息接口配套標準》（IEC60870—5—103）規約，在以太網和智能數字化設備迅速發展的今天，其缺陷日益明顯，如沒有定義基于以太網的通信規范，沒有標準的系統功能、二次智能設備的模型規范，缺乏權威的一致性測試，不支持元數據傳送，沒有統一的命名規范。這些缺陷直接導致變電站自動化系統在建設過程中不同廠家設備之間互操作性較差，不同廠家設備之間互聯需要規約轉換設備，需要進行大量的信息對點工作，變電站自動化系統集成工作量增加，系統信息處理效率低下。

因此不難看到，隨著變電站二次設備及系統的發展，設備一體化、信息一體化已成為必然的趨勢，迫切需要一個統一的信息平臺實現整個自動化系統。為了統一變電站通信協議，統一數據模型，統一接口標準，實現數據交換的無縫連接，實現不同廠家產品的互操作，減少數據交換過程中不同協議間轉換時的浪費，IECTC57組織制定了IEC61850———變電站通信網絡和系統系列標準，并于2004年正式發布。

目前IEC61850標準已被等同引用為我國電力行業標準（DL/T860系列），作為電力系統中從調度中心到變電站、變電站內、配電自動化無縫自動化標準，IEC61850的發展方向是實現“即插即用”，在工業控制通信上最終實現“一個世界，一種技術，一個

標準”。