第三節 變電站綜合自動化系統的結構形式

變電站綜合自動化系統的結構形式由早期的集中式發展為目前的分層分布式。在分層分布式結構中，按照保護與測控裝置安裝的位置不同，分為集中組屏、分散安裝、分散安裝與集中組屏相結合等類型，而完全分散式結構是今后的發展方向。

一、集中式綜合自動化系統

集中式結構的綜合自動化系統，指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關量和數字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機監控、微機保護和一些自動控制等功能，如圖110所示。

圖110 集中式結構的綜合自動化系統框圖

需要指出的是，集中式結構并非指由一臺計算機完成保護、監控等全部功能。多數集中式結構的微機保護、微機監控、與調度通信等功能也是由不同的微機完成的，只是每臺微機承擔的任務多一些。這種結構形式的綜合自動化系統是按變電站的規模來配置相應容量、功能的微機保護裝置和監控主機及數據采集系統，組態不靈活。

集中式結構的缺點是：每臺計算機的功能較集中，如果一臺計算機出故障，影響面大；軟件復雜，修改工作量大，系統調試麻煩；組態不靈活，影響了批量生產，不利于推廣；集中式保護與長期以來采用一對一的常規保護相比，不直觀，不符合運行和維護人員的習慣，調試和維護不方便，程序設計麻煩，只適合于保護算法比較簡單的情況。

二、分層（級）分布式綜合自動化系統

由于集中式綜合自動化系統存在許多不足，隨著計算機技術和網絡通信技術在變電站綜合自動化系統中應用，出現了目前廣泛采用的分層分布式綜合自動化系統。

（一）分層分布式結構的概念

所謂分層式結構，是指將變電站信息的采集和控制從邏輯上分為過程層、間隔層和站控層三個級分層布置。過程層又稱為0層或設備層，間隔層又稱1層或單元層，站控層又稱2層或變電站層。

“分布”體現在“功能的分布化”上，也就是對智能電子設備IED的設計理念上由集中式自動化系統中的面向廠、站轉變為面向對象（如一次設備的一個間隔）。分布式結構中多個CPU并行工作，各CPU之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信，方便系統擴展和維護，局部故障不影響其他模塊正常運行。圖111為面向間隔的分層分布式結構示意圖。

1.過程層設備

過程層是一次設備與二次設備的結合面，或者說過程層是指智能化電氣設備的智能化部分，實際上是指與變電站一次設備斷路器、隔離開關和電流互感器CT、電壓互感器PT的接口設備。

過程層的主要功能是：（1）實時的電氣量檢測。

主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測。

（2）運行設備的狀態參數檢測。

變電站需要進行狀態參數檢測的設備主要有變壓器、斷路器、隔離開關、母線、電容器、電抗器和直流電源系統，在線檢測的內容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性及工作狀態等數據。

（3）操作控制的執行與驅動。

圖111 分層分布結構示意圖

操作控制的執行與驅動內容包括變壓器分接頭調節控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、刀閘合分控制，直流電源充放電控制。

在當前大量應用的變電站綜合自動化系統中，由于一次設備的智能化尚未實現，過程層的功能實際全部由間隔層的設備來實現。因此，有時也將變電站綜合自動化系統的邏輯結構劃分為變電站層和間隔層兩層。

2.間隔層設備

間隔層按一次設備組織，一般按斷路器的間隔劃分，具有測量、控制和保護功能。間隔層的設備主要有各種微機保護裝置、測控裝置、保護測控裝置、電能計量裝置及各種自動裝置，它們都被看做是智能電子裝置IED。

間隔層設備的主要功能是：匯總本間隔過程層實時數據信息；實施對一次設備保護控制功能；實施本間隔操作閉鎖功能；實施操作同期及其他控制功能；對數據采集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制；承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網絡通信功能。

3.站控層設備

站控層包括監控主機、遠動通信機等設備。在大型變電站內，站控層的設備要多一些，除了通信網絡外，還包括1～2個監控工作站，1～2個遠動工作站、工程師站等；在中小型變電站內，站控層的設備少一些，通常由1臺或2臺互為備用的計算機完成監控、遠動及工程師站的全部功能。

站控層的主要功能：

（1）通過兩級高速網絡匯總全站的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，按時登錄歷史數據庫。

（2）按既定規約將有關數據信息送向調度或控制中心。

（3）接收調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、過程層執行。（4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能。

（5）具有（或備有）站內當地監控的人機聯系功能，如顯示、操作、打印、報警和實

現視頻、聲音等多媒體功能。

（6）具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態、在線修改參數的功能。（7）具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓功能。

（二）分層分布式變電站綜合自動化系統的組屏及安裝方式

這里所說的組屏及安裝方式是指將間隔層各IED及站控層各計算機以及通信設備如何組屏和安裝。在分層分布式變電站綜合自動化系統中，站控層的各主要設備都布置在主控室內；間隔層中的電能計量單元和根據變電站需要而選配的備用電源自動投入裝置、故障錄波裝置等公共單元均分別組合為獨立的一面屏柜或與其他設備組屏，也安裝在主控室內；間隔層中的各IED通常根據變電站的實際情況安裝在不同的地點。按照間隔層中各IED的安裝位置，綜合自動化系統有以下三種不同的組屏和安裝方式。

1.集中組屏

集中組屏是將間隔層中各保護測控裝置機箱根據其功能分別組裝為變壓器保護測控屏、各電壓等級線路保護測控屏等多個屏柜，并且把這些屏柜都集中安裝在變電站的主控室內，如圖112所示。

圖112 集中組屏結構形式

集中組屏的優點是便于設計、安裝、調試和管理，可靠性也較高。主要缺點是安裝時需要的控制電纜相對較多，增加了電纜投資。這是因為一次設備的運行狀態參數須通過電纜送到主控室各個屏柜的保護測控裝置，而保護測控裝置發出的控制命令也須通過電纜送到各間隔斷路器的操作機構。

2.集中組屏與分散安裝相結合

這種安裝方式是將10～35kV饋線的保護測控一體化裝置分散安裝在所對應的開關柜上，而將高壓線路和主變保護、測控裝置及其他自動裝置采用集中組屏安裝在控制室內，

如圖113所示。

將饋線保護測控一體化裝置就地安裝在開關柜上可大量節約二次電纜，而對于高壓線路和主變的保護、測控及其他重要的裝置來說，因集中組屏安裝在環境較好的控制室，可靠性較高。因此，這種安裝方式在我國比較常用。

3.全分散式

全分散安裝方式是將間隔層中所有間隔的保護測控裝置，包括低壓配電線路、高壓線路和主變等間隔的保護測控裝置均分散安裝在開關柜上或距離一次設備較近的保護小間

圖113 集中組屏與分散安裝相結合的綜合自動化系統結構圖

內，各裝置只通過通信電纜與主控室的變電站層設備進行信息交換。全分散式結構如圖1 14所示，圖115為保護小間的實景圖。

圖114 全分散式綜合自動化系統結構圖

由于各保護測控裝置安裝在一次設備附近，大大縮小了控制室的面積，節省了大量連接電纜，也減少了施工和設備安裝工程量。隨著電子式互感器和光纖通信技術的發展，全分散式結構是變電站綜合自動化系統的發展方向。

圖115 保護小間

（a）某500kV保護小間；（b）某220kV保護小間