變電站是電力網中線路的連線點，承擔變換電壓、變換功率和匯集、分配電能的作用，它的運**況直接影響到整個電力系統的安全、可靠、經濟執行。然而乙個變電站運**況的優劣，在很大程度上是取決於其二次裝置的工作效能。現有的變電站有三種形式：
一種是常規變電站；一種是部分實現微機管理、具有一定自動化水平的變電站：再有另一種就是全面微機化的綜合自動化變電站。對於常規變電站其致命弱點即不具有自診斷能力、故障記錄分析、能力和資源共享能力，對二次系統本身的故障無法檢測，也不能全面記錄和分析執行引數和故障資訊。
而全面微機化的綜合自動化變電站，是以微機化的二次裝置取代了傳統使用的分立式裝置。集繼電保護、控制、監測及遠動等功能為一體，實現了裝置共享，資訊資源共享，使變電站的設計簡捷、布局緊湊，實現了變電站更加安全可靠的執行。同時系統二次接線簡單，減少了二次裝置占地面積，使變電站二次裝置以嶄新的面貌出現。
1.1變電站綜合自動化概論
1.1.1變電站綜合自動化基本概念
變電站綜合自動化是將變電站的二次裝置（包括測量儀表、訊號系統、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、通訊技術和訊號處理技術，實現對全變電站的主要裝置和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護，以及與排程通訊等綜合性的自動化功能。變電站綜合自動化系統，即利用多台微型計算機和大規模積體電路組成的自動化系統，代替常規的測量和監視儀表，代替常規控制屏、**訊號系統和遠動屏，用微機保護代替常規的繼電保護屏，改變常規的繼電保護裝置不能與外界通訊的缺陷。因此，變電站綜合自動化是自動化技術、計算機技術和通訊技術等高科技在變電站領域的綜合應用。
變電站綜合自動化系統可以採集到比較齊全的資料和資訊，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能，可方便地監視和控制變電站內各種裝置的執行和操作。變電站綜合自動化系統具有功能綜合化、結構微機化、操作監視螢幕化、執行管理智慧型化等特徵。
變電站綜合自動化系統的出現是電網執行管理中的一次變革。它為變電站實現小型化、智慧型化、擴大監控範圍以及為變電站的安全、可靠、合理、經濟執行提供了資料採集及監控支援，同時為實現高水平的無人值班變電站管理打下了基礎。此外，變電站綜合自動化也是電網排程自動化基礎，只有通過廠站自動化裝置和系統向排程自動化系統提供電網中各個變電站完整可靠的資訊，排程控制中心才可能了解和掌握整個電力系統的實時執行狀態和變電站裝置工況，也才能對其控制、調整做出決策；同樣，也只有依靠變電站的自動化裝置才能完成排程控制中心發出操作命令，實現遠方控制。
因此，可以說乙個完整的、先進的、可靠的變電站綜合自動化，是建立乙個先進的、高水平的電網排程自動化的前提和基礎。
1.1.2變電站綜合自動化現狀
變電站是電力系統中不可缺少的重要環節，隨著電壓等級的提高，供電範圍的擴大，輸電容量的增大，採用傳統的變電站及其控制技術越來越難滿足電力系統降低投資、提高效益的發展要求。研製和開發以計算機技術和網路通訊技術為基礎的、各種電壓等級的變電站綜合自動化系統，取代、更新和改造傳統的變電站二次系統，逐步實現無人值班和排程自動化，以適應現代電力系統管理模式的需求。
60年代，由於遠動技術的發展，在變電站開始應用遙測、遙信技術，從而進入了遠方監視的無人值班階段。但是，如果要對開關進行操作，還必須到變電站現場才行。國外變電站綜合自動化的研究工作始於70年代。
80年代以後，研究變電站綜合自動化系統的國家和大公司越來越多。例如：西門子公司、abb公司、aeg公司、ge公司、西屋公司、阿爾斯通公司等都有各自的綜合自動化系統產品。
我國對變電站綜合自動化系統的研究工作起始於80年代中期。研究與開發的內容歸納起來有兩個方面：其一是中低壓變電站採用綜合自動化系統，以便更好地實施無人值班，達到減人增效的目的；其二是對高壓大型樞紐變電站的建設和設計來說，採用新的控制方式，解決各專業在技術上保持相對獨立而造成的互相脫節、重複投資，甚至影響執行可靠性的弊端。
國內的變電站綜合自動化系統在ilokv或35kv系統的變電站中，目前已投入了相當數量，在電力系統中發揮了積極的作用，提高了安全執行水平和管理水平。
目前，變電站綜合自動化系統的硬體的組織結構，分為集中式、分層分布式兩大類。近年來隨著網路技術的發展，分層分布式結構已成為變電站綜合自動化系統的主流。該結構是將集測量、保護、遠動等於一體的微機型測控保護裝置分別安裝在變電站一次裝置間隔中，如開關櫃內，這樣二次線路大大減少，只有用於通訊的網路線纜或光纜。
其最大的優點就是減少了二次線纜抗干擾能力提高，同時二次裝置數量大大降低，減少了變電站的占地面積。此外，分布式分層結構對工業現場、執行機構實現分級控制管理，使資料採集與機械控制實現集散控制集中管理，真正做到控制過程的實時**，完成柔性化管理，有很好的相容性、可靠性和可觀測性，且互換性強，容易優化。
變電站綜合自動化系統使用分層分布式結構後，對網路通訊功能提出了更高的要求。各間隔層裝置與站控層之間所有的控制命令、資料傳遞、資訊交換都要通過數字通訊來實現。因此通於網路通訊的實時性要求，可靠性要求就更高更強。
傳遞方式主要可分為星形式、匯流排式以及環形網三種。星形的優點是可靠性高，任何一支路斷線僅會影響乙個分支的資訊交換，但是佈線較多。匯流排式的特點是經濟、連線簡便、抗干擾能力強。
但是，在匯流排上某處出現斷開或接頭鬆動時，將影響該斷點以下的資訊通訊。環網通訊的優點是，當環形網上產生斷點時，可以從反向通訊，從而提高了可靠性。
在變電站自動化系統中，變電站執行引數、執行狀態、事件記錄等資料資訊都存放在資料庫中，資料庫是變電站實現測量、控制、遠動、管理自動化的基礎。因此，優良的資料庫體系，對提高整個變電站自動化系統的工作效率，保證系統的穩定執行起到至關重要的作用。變電站綜合自動化系統中的資料庫結構一般由實時資料庫和歷史資料庫兩部分構成，現在出現的記憶體資料庫以其儲存速度上的優勢也逐漸被應用到電力自動化系統的資料儲存體中，與實時資料庫和歷史資料庫配合使用。
今後變電站自動化的執行模式將從無人值班，有人值守逐步向無人值守過渡。因此遙視警戒技術(防火、防盜、防漬、防水汽洩漏及遠方監視等)將應運而生，並將得到迅速發展。隨著計算機和網路通訊技術的發展，站內rtu幾tu或保護測控單元將直接上網，通過網路與後台機(上位機)及工作站通訊。
取消傳統的前置處理機環節，從而徹底消除通訊「瓶頸」現象。
1.1.3變電站綜合自動化發展趨勢
計算機網路通訊技術和微機實時技術在電力系統變電站自動化系統中的應用，為進一步提高變電站的自動化水平開闢了新途徑。建立乙個監視控制自動化、管理資訊化、實時資訊共享的變電站綜合自動化系統已成為發展趨勢：
（1）系統從集中控制、功能分散型向分散網路型發展。測控與保護功能的整合已在中低壓系統的綜合自動化化裝置中得已應用。但是對高ll0kv以上的系統，監測和控制還是分散考慮的。
因此發展趨勢是進一步實現監測、控制及遠動的一體化。同時，目前，故障錄波、小電流選線等等裝置和系統是按功能分散考慮的，也將進一步向乙個模組管理乙個電氣單元或間隔單元方向發展。這樣，在自動化系統發生故障時，對於整個電網可能造成的影響大大減小。
（2）裝置安裝就地化、戶外化。目前，只有中低壓測量控制單元與一次裝置安裝在一起，對於110kv以上的裝置還是在主控室進行組屏安裝。提高測量控制單元的抗乾抗性、環境適應性和搞腐蝕性，實現測量控制裝置的就地安裝和戶外安裝，將大大的減少變電站二次線纜的利用率，減少占地面積，同時提高了變電站的執行可靠性，降低了維護勞動強度。
(3)測量、控制裝置向通用化、規範化發展。目前，測控保護裝置，種類繁多，通用性差。隨著計算機技術的發展，開發通用、標準、靈活的硬、軟體平台，能夠適用於所有保護和控制。
使變電站自動化系統具有開放性和資料一致性，實現不同廠家裝置的通訊、維護和操作。
(4)通訊網路協議標準化。目前，國內各變電站自動化裝置生產廠的通訊協議不一致，通用性差。使綜合自動化變電站的各種智慧型裝置通過網路組成乙個統一的、 互相協調工作的整體是發展的必然趨勢。
(5)系統資訊交換、共享範圍進一步擴大。在排程自動化系統中，變電站自動化系統並不是乙個孤立系統，需要與其他系統如：火電廠系統、水電廠系統和配線網自動化系統相互交換資訊、共享資料。
在企業動力能源管理中，變電站自動化系統需要與鍋爐系統、壓縮空氣系統、給排水系統等的自動化系統一起建立動力能源排程系統。因此，如何使資訊資源得到更為充分地利用已成為整個電力行業發展所關心的重要問題。
(6)變電站綜合自動化系統安全體系不斷公升級。安全體系是整個電力自動化系統執行的保障。隨著對電力資訊訪問越來越公開化以及intranet／intemet接入，強大的安全管理機制就顯得越發的重要。
因此，電力自動化系統的安全體系需要不斷公升級和完善。
1.2 設計範圍
微機保護和控制在電力系統中德奧了廣泛的應用，變電站綜合自動化系統取代傳統變電站二次系統，以及成為了當前電力系統發展趨勢。本設計要求對小型的變電站綜合自動化系統，了解變電站綜合自動化系統的結構和組成方式。對變
電站綜合自動化現狀及存在的問題進行基本闡述，通過對比使用分層分布式結構進行變電站綜合自動化系統部分的設計。
2.1變電站綜合自動化系統的設計原則
近年來由於計算機技術和通訊技術迅猛發展，變電站綜合自動化系統的技術水平有了很大的提高，體系結構也不斷改進，目前已有不少變電站實現了不同程度的自動化，也有不少高校、研究單位和製造廠投入到變電站綜合自動化系統的研究和製造工作中，對它的設計原則、要求和看法，也積累了不少成功的經驗。
為了達到變電站綜合自動化的總目標，自動化系統應滿足一下要求。
（1）變電站綜合自動化系統應能全面代替常規的二次裝置。綜合自動化系統應集變電站的繼電保護、測量、監視、執行控制和通訊於乙個分級分布式的系統中，此系統由多個微機保護子系統、測量子系統、各種功能的控制子系統組成，應能代替常規的繼電保護、儀表、**訊號、模擬屏、控制屏和執行控制裝置，才能提高變電的技術水平和可靠性。
（2）變電站微機保護的軟、硬體設定既要與監控系統相對獨立，又要相互協調。微機保護是綜合自動化系統中很重要的關鍵環節，因此其軟、硬體配置要相對獨立，即在系統執行中，繼電保護的動作行為僅與保護裝置有關，不依賴於監控系統的其他環節，保證綜合自動化系統中，任何其他環節故障只影響區域性功能的實現，不影響保護子系統的正常工作。但與監控系統要保持緊密通訊聯絡。
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