第二節(jié) 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能

變電站綜合自動化是多專業(yè)性的綜合技術(shù)，它以微計算機為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對變電站傳統(tǒng)的繼電保護、控制方式、測量手段、通信和管理模式的全面技術(shù)改造，實現(xiàn)了電網(wǎng)運行管理的一次變革。變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能主要體現(xiàn)在監(jiān)控、微機保護、安全自動控制、遠動及通信管理四大子系統(tǒng)。

一、監(jiān)控子系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)是完成一次設(shè)備的監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)采集、事件順序記錄及顯示、使值班人員把握安全控制、事故處理的主動性，減少和避免誤操作，縮短事故停電時間，提高運行管理水平，減少變配電損失。

（一）監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能1.實時數(shù)據(jù)的采集和處理

采集模擬量、狀態(tài)量、電能量、數(shù)字量等變電站運行實時數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)存入監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫供計算機處理使用。

采集的典型模擬量有各段母線電壓，線路電流、電壓和功率；主變電流、功率，電容器的電流、無功功率及頻率、相位和功率因數(shù)。此外，還有主變的油溫，變電站室溫，直流電源電壓，站用電電壓和功率等。

采集的狀態(tài)量有斷路器的狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)、有載調(diào)壓變壓器分接頭位置、同期檢查狀態(tài)、保護動作信號、運行告警信號等，這些信號通過光電隔離輸入計算機。

采集的電能量包括有功電能和無功電能，采集方法有電能脈沖計量法和軟件計算法，今后的發(fā)展方向是采用智能型電度表。智能型電度表由單片機和集成電路構(gòu)成，通過采樣電壓和電流，由軟件計算出有功電能和無功電能，可分時統(tǒng)計并保存起來，供隨時查看；也可通過智能型電度表的RS485/RS422串行接口，以問答式的通信方法將電能量以數(shù)字量形式傳送到監(jiān)控機；也可輸出脈沖量供需要用脈沖計量電能的電能計量機用。

采集的數(shù)字量主要包括監(jiān)控系統(tǒng)與保護系統(tǒng)通信直接采集的各種保護信號，如保護裝置發(fā)送的測量值及定值、故障動作信息、自診斷信息、跳閘報告、波形等，全球定位系統(tǒng)

（GPS）信息，通過與電能計費系統(tǒng)通信采集的電能量等。

2.人機聯(lián)系功能

監(jiān)控系統(tǒng)人機聯(lián)系的橋梁是CRT顯示器、鼠標和鍵盤。操作員或調(diào)度員面對CRT顯示器，操作鼠標或鍵盤就可對整個變電站的運行情況和運行參數(shù)一目了然，還可對全站的斷路器、隔離開關(guān)等進行分、合操作。

（1）CRT屏幕顯示內(nèi)容：

1）顯示采集和計算的實時運行參數(shù)，如U、I、P、Q、cosφ、有功電能、無功電能及主變溫度、系統(tǒng)頻率等。

2）顯示實時主接線圖（圖13）。主接線圖上斷路器和隔離開關(guān)的位置要與實際狀態(tài)相對應(yīng)。對斷路器或隔離開關(guān)進行操作時，在主接線圖上對所操作的對象應(yīng)有明顯的標記（如閃爍等），各項操作都應(yīng)有漢字提示。

3）事件順序記錄（SOE）顯示，用途是顯示所發(fā)生事件的內(nèi)容及發(fā)生時間，如圖1

4所示。

4）越限報警顯示，用于顯示越限設(shè)備名、越限值和越限時間。5）值班歷史記錄。

6）歷史趨勢顯示，用于顯示主變負荷曲線、母線電壓曲線等。7）保護定值和自控裝置定值顯示。

8）其他，包括故障記錄顯示、設(shè)備運行狀況顯示等。

（2）輸入數(shù)據(jù)：

變電站投入運行后，隨著送電量的變化，保護定值、越限值等需要修改，甚至由于負荷的增長，需要更換原有的設(shè)備，如更換CT變比。因此，在人機聯(lián)系中，須有輸入數(shù)據(jù)的功能。需要輸入的數(shù)據(jù)至少有CT、PT變比，保護定值和越限報警定值，自控裝置的定值，運行人員密碼。

3.運行監(jiān)視和報警功能

運行監(jiān)視指對變電站的運行工況和設(shè)備狀態(tài)進行自動監(jiān)視，具體指對變電站各狀態(tài)量變位情況的監(jiān)視和各模擬量的數(shù)值監(jiān)視。

報警處理有兩種方式，一種是事故報警，另一種是預(yù)告報警。事故報警包括非操作引起的斷路器跳閘、保護裝置動作或偷跳信號；預(yù)告報警一般包括設(shè)備變位，狀態(tài)異常信息，模擬量越限，計算機站控系統(tǒng)的各個部件狀態(tài)異常，間隔層單元的狀態(tài)異常等。報警畫面如圖15所示。

報警方式主要有自動推出畫面、報警行、音響提示、閃光報警、信息操作提示（如控制操作超時）等。

4.操作控制功能

操作員通過CRT屏幕可對斷路器和隔離開關(guān)進行分、合閘操作；可對變壓器分接頭進行調(diào)節(jié)控制；可對電容器組進行投、切操作；可接受遙控操作命令，進行遠方操作。所有的操作控制均能實現(xiàn)就地和遠方控制，就地和遠方切換相互閉鎖，自動和手動相互閉鎖。

圖14 事件瀏覽窗口

圖15 報警窗口

監(jiān)控系統(tǒng)對調(diào)度員、操作員和管理員等設(shè)有專用的密碼，以實現(xiàn)按權(quán)限進行分層（級）操作和控制，如圖16所示。

5.數(shù)據(jù)處理和記錄功能

數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容是歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲，其目的是滿足繼電保護專業(yè)和變電站管理的需要，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，可對電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)進行時統(tǒng)計、日統(tǒng)計、月統(tǒng)計，如主變和輸電線路有功功率和無功功率每天的最大值和最小值以及相應(yīng)的時間，母線電壓每天的最高值和最低值以及相應(yīng)時間，統(tǒng)計斷路器動作次數(shù)；控制操作和修改定值記錄等。

6.事故順序記錄與追憶功能

圖16 權(quán)限校驗窗口

事故順序記錄是對保護裝置、自動裝置、

斷路器等在事故時動作先后順序的自動記錄，記錄事件發(fā)生的時間應(yīng)精確到毫秒級，自動記錄的報告可在CRT顯示器上顯示和打印。

事故追憶是對變電站內(nèi)的一些主要模擬量，如線路及主變各側(cè)的電流，主要母線電壓等在事故前后一段時間內(nèi)進行連續(xù)的測量和記錄，便于分析和處理事故。

7.故障錄波和測距功能

110kV及以上的重要輸電線路發(fā)生故障時影響大，但因距離遠，查找故障點變得非常困難，不利于及時檢修和盡快恢復(fù)供電，配備故障錄波和測距功能后就解決了這一問題。

故障錄波和測距可通過兩種方式實現(xiàn)：一種是采用分散在微機保護裝置中的錄波插件，完成故障記錄和測距功能，再將記錄和測距的結(jié)果送至監(jiān)控機存儲及打印或直接送至調(diào)度主站；另一種方法是采用專用的微機故障錄波器，集中進行故障記錄，并通過串行通信接口將數(shù)據(jù)送往監(jiān)控系統(tǒng)。

8.制表打印功能

監(jiān)控系統(tǒng)配備打印機，可完成定時打印報表和運行日志、開關(guān)操作記錄打印、事件順序記錄打印、越限打印、召喚打印、抄屏打印和事故追憶打印等功能。某監(jiān)控系統(tǒng)報表功能窗口如圖17所示。

9.運行技術(shù)管理功能

運行技術(shù)管理內(nèi)容主要有：變電站主要設(shè)備的技術(shù)參數(shù)檔案表，各主要設(shè)備故障、檢修記錄，斷路器的動作次數(shù)記錄，微機保護和自動裝置的動作記錄及運行需要的各種記錄、統(tǒng)計等。

10.自診斷和自恢復(fù)功能

系統(tǒng)自診斷是指監(jiān)控系統(tǒng)能在線診斷系統(tǒng)全部軟件和硬件的運行工況，當發(fā)現(xiàn)異常及故障時能及時顯示和打印報警信息，并在運行主接線圖上用不同顏色區(qū)分顯示。系統(tǒng)自診斷的內(nèi)容包括各工作站、測控單元、電源故障、網(wǎng)絡(luò)通信及接口設(shè)備故障、軟件運行異常

圖17 報表設(shè)置窗口

和故障、遠動通信故障等。

系統(tǒng)自恢復(fù)是指：當軟件運行異常時，自動恢復(fù)正常運行；當軟件發(fā)生死鎖時，自啟動并恢復(fù)正常運行；當系統(tǒng)發(fā)生軟硬件故障時，備用設(shè)備能自動切換。

（二）監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件由變電站層硬件設(shè)備、間隔層硬件設(shè)備和遠動接口設(shè)備組成，如圖

1 8所示。

圖18 監(jiān)控系統(tǒng)硬件構(gòu)成

監(jiān)控系統(tǒng)軟件由操作系統(tǒng)、支撐軟件和應(yīng)用軟件等幾部分組成，如圖19所示。1.系統(tǒng)軟件

變電站層計算機系統(tǒng)軟件應(yīng)采用最新標準版本的完整的具有自保護能力的多任務(wù)

圖19 監(jiān)控系統(tǒng)軟件構(gòu)成

Windows操作系統(tǒng)，它應(yīng)包括操作系統(tǒng)生成包、編譯系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)以及各種軟件維護、開發(fā)工具等。

2.支撐軟件

支撐軟件主要包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和過程監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)。工作站可根據(jù)自身的要求，在一級數(shù)據(jù)庫中選取所需數(shù)據(jù)，并進行某些歸并，建立用戶數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)類型應(yīng)滿足系統(tǒng)各種功能的需要，數(shù)據(jù)庫的容量應(yīng)滿足變電站最終規(guī)模的要求，并留有較大裕度。

系統(tǒng)組態(tài)軟件用于畫面編輯、數(shù)據(jù)生成，應(yīng)滿足系統(tǒng)各項功能的要求，為用戶提供交互式的、面向?qū)ο蟮摹⒎奖沆`活的、易于掌握的、多樣化的組態(tài)工具，應(yīng)提供一些類似宏命令的編程手段和多種實用函數(shù)，以便擴展組態(tài)軟件的功能，用戶能很方便地對圖形、曲線、報表、報文進行在線生成、修改。

3.應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件應(yīng)滿足綜合自動化系統(tǒng)的所有功能要求，它應(yīng)具有模塊化的特點，具有出錯測試能力。當其中一個功能軟件運行不正常時，應(yīng)有錯誤提示信息，便于值班人員查看，且不應(yīng)影響其他功能軟件的運行；程序和數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)上相互獨立，當系統(tǒng)擴大時，不需要修改程序和重組軟件。

應(yīng)用軟件包括數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、報警與事件處理軟件、人機界面處理軟件、數(shù)據(jù)庫接口和控制軟件。

4.通信接口軟件

通信接口軟件主要包括與微機保護裝置的通信接口軟件，與微機防誤操作閉鎖裝置的通信接口軟件，與繼電保護管理子系統(tǒng)的通信接口軟件，與各級調(diào)度中心的通信接口軟件、與電能計量系統(tǒng)的通信接口軟件，與安全自動裝置的通信接口軟件，與智能直流系統(tǒng)的通信接口軟件，與火災(zāi)報警及消防系統(tǒng)的接口軟件等。

二、微機保護子系統(tǒng)

微機保護應(yīng)包括全變電站主要設(shè)備和輸電線路的全套保護，具體包括高壓輸電線路的主保護和后備保護，主變壓器的主保護和后備保護，無功補償電容器組的保護，母線保護，配電線路的保護。

微機保護的工作不受監(jiān)控系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)的影響，具有故障記錄功能，與統(tǒng)一時鐘對時功能，通信功能，故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能；存儲多種保護整定值，可當?shù)仫@示與多處觀察和授權(quán)修改保護整定值；設(shè)置保護管理機或通信控制機，負責對各保護單元的管理。

三、安全自動控制子系統(tǒng)

為了保障電網(wǎng)的安全可靠經(jīng)濟運行和提高電能質(zhì)量，變電站綜合自動化系統(tǒng)中根據(jù)不同情況設(shè)置有相應(yīng)安全自動控制子系統(tǒng)，主要包括：電壓無功自動綜合控制，低周減載，備用電源自投，小電流接地選線，故障錄波和測距，同期操作，五防操作和閉鎖，聲音圖像遠程監(jiān)控等功能。

四、遠動及通信子系統(tǒng)

變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信功能包括系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級間通信和自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度通信兩部分。

（1）綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場級間的通信，主要解決自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)與上位機（監(jiān)控主機）間的數(shù)據(jù)通信和信息交換問題，通信范圍是變電站內(nèi)部。

（2）綜合自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度間的通信，是將變電站所采集的模擬量和開關(guān)狀態(tài)信息，以及事件順序記錄等遠傳至調(diào)度端；同時接收調(diào)度端下達的各種操作、控制、修改定值等命令，即完成傳統(tǒng)RTU（遠方終端裝置）全部四遙功能。

通信規(guī)約必須符合部頒的規(guī)定，目前最常用的有IEC60870101/103/104和CDT等

規(guī)約。