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【摘 要】变电站综合自动化系统的设计是个较综合的问题，其涉及的专业知识面较宽。站内通讯网的结构及与上级调度的通讯接口是设计选型时要考虑的必要问题，也是衡量设计是否成功的重要指标。本文综合某工程实例，对110kV综合系统的设计进行论述。
【关键词】110kV;系统设计;结构模式
1、工程概况
两回且110kV线路为变电站供电电源。主变为两台50MVA，110/10kV变压器，配电电压等级为10kV。110kV和10kV系统均为单母线接线系统。
2、一次设备选型
要实现变电站安全、可靠运行，减少电气设备维护工作量，保证变电站自动化系统的正常运行，选择优良设备是设计的基础。
(1)主变压器选用低噪音、低损耗、节能型的有载调压变压器。
(2)110kV断路器选用SF6设备，采用户内安装。SF6开关性能好，无油污染，无火灾危险，检修周期长，维护工作量少。
(3)10kV开关柜选用恺装移动式真空开关柜，真空开关技术先进，可靠性高，检修周期长。
(4)110kV侧隔离开关和主变中性点隔离开关选用电动操作机构，以适应遥控要求。
(5) 其它设备尽量采用无油化，高可靠性的设备。
3、变电站综合自动化系统结构模式的分类及设计选型
3.1 变电站综合自动化系统结构模式
结构模式分为两种:即目前流行的分层分布式系统和传统的微机集控台系统。传统的微机集控台系统其所有间隔的保护、测量、控制由几片CPU完成，CPU的工作量大，变电站的各种信号通过电缆引入到变电站控制室的控制台上，电缆安装维护量大，各开关间隔没有自己的专用CPU，技术性能差，但造价低。
分层分布式系统在纵向分为两层，即变电站层和间隔层。变电站层由上位机和下位机组成，位于变电站主控室内;间隔层为向变电站各开关间隔的次电力设备。间隔层在横向按站内次设备(主变、线路等)分布式配置。间隔层中各个单元的设备功能相对独立，仅通过站内通信网互联，并同变电站层通信。凡在间隔层完成的功能不依赖站内通信网。
分层分布式结构包括分散式和集中组屏两种形式。分散式是将数据采集、控制单元和微机保护单元就地安装在开关柜或其他次设备附近，互相之间用网络电缆或光缆连接起来。这种形式最大优点是节省电缆，避免了电缆传送信息的电磁干扰，且压缩了二次设备的占地面积。集中组屏是将控制、保护单元集中安装在控制室。这种形式保护装置工作环境较好，干扰源较少，系统便于扩充与维护，但二次电缆数量较多。分层分布式系统同集控台式系统相比具有以下优点:
(1) 可靠性高，任一间隔设备故障仅影响本间隔。
(2) 可扩展性和灵活性高。
(3) 减少站内二次电缆，减少安装维护工作量。
3.2 变电站综合自动化系统结构设计选型分层分布系统具有许多集控台式系统无法比拟的优越性，故设计选用了分层分布系统。如某用户110kV变电站，110kV开关及主变次设备数量较少，可靠性要求较高，设计选用分层分布式集中组屏方案，测控保护屏位于控制室内，运行环境较好，维护方便。对于10kV配电系统，由于开关柜数量较多，选用分层分布式分散式结构，各功能单元自我完备，互相独立，节省了大量电缆。所有的测控保护单元箱通过间隔层由站内通讯网S-485或CAN网与变电站层相联，从而构成一个功能完善的变电站综合自动化系统。
4、变电站综合自动化的功能基本要求
4.1 对微机保护装置的要求
(1) 能够远方在线修改保护定值;(2) 具有完善的保护功能;(3) 具有事件顺序记录功能;(4) 具有事故追忆功能;(5) 记录故障电流值。
4.2 测量功能
(1) 连续检测设计要求的各电量及非电量值。(2) 检测各故障信号，并显示、报警、打印。
4.3 控制及操作功能
4.3.1 屏幕显示
(1) 反应变电站运行状态的主接线图。(2) 显示主要回路指定时间段的负荷曲线和电压曲线。(3) 列表显示全站主要设备参数，保护整定值，保护及自动装置动作情况。
4.3.2 操作
操作除微机操作(当地后台机、遥控均可)外，在保护测控功能单元上设有人工操作作为备用。微机操作指用鼠机或键盘功能键进行操作。包括:各断路器的分合闸，主变中性点接地刀闸的分合，主变分接头档位调整，电压切换，保护定值的整定，保护的投退。所有操作均模拟常规方式下操作和监护两个环境执行，并具有当地/远方操作闭锁，操作权限闭锁设密码，“五防”功能闭锁。闭锁措施从硬件和软件两方面设计上得到保证。
4.4 远动功能
综合自动化系统与全厂生产调度端有两种通讯方式相配合，保证了变电站安全、稳定运行。
5、110kV变电站综合自动化系统的特点
(1) 各功能单元相互独立，不依赖于后台机，保证在后台机故障时，变电站仍能运行。
(2) 装置有热恢复功能和断电保护措施，出现死锁和断电时不丢失内存已有的累计数据和重要的生成数据，出现自恢复时开关变位信息反应开关实际位置，不会将错误开关位置信息上传调度。
(3) 装置硬件结构模块化，人机界面友好，方便扩充及运行维护。
(4) 装置具有在线自诊断功能，自检故障有就地和远方报警显示。
(5) 装置满足电力系统继电保护反事故措施及调度自动化要求。
(6) 装置采用交流采样，提高了采样精度。
6、具体设计时要考虑的几个问题
6.1 模拟量采集方式
变电站的模拟量大致分为两种即来自于PT、CT 的交流信号，另种为直流信号如直流操作电源的直流电压，变压器温度传感器、档位传感器的直流电压信号等，对这些量的采集，分为直流采样与交流采样。直流采样易于实现滤波，能方便地滤去交流信号中的各种高频成分，易于处理干扰问题，但直流采样所采集的数据实时性差，从交流信号转换成可用的直流信号往往有较大的时滞;另外，直流采样需要另外的变送器的投资，增加了控制室的面积，故在实时性及精度要求较高的场合，一般采用交流采样。交流采样优点是实时性好，易于掌握输入信号间的幅频、相位等动态关系，此外交流采样所用的传感器简单，价格相对较低。交流采样技术的采用，使人们可以简单地通过数字手段获得各序谐波分量，使得一些新的保护原理能方便地移植到微机保护中。
6.2 开关量开出和开关量输入的抗干扰措施
为了防止开出和开入回路引入的各种现场电磁干扰窜进计算机系统，一般要在开入与开出回路中加入光电隔离措施。在二次回路中的跳合闸线圈并接反向二级管，消除火花带来的电磁干扰
6.3 良好的接地措施
通常变电站综合自动化系统中有模拟地、数字地、屏蔽地等，如果地线系统接地有误，那么现场的各种干扰源很容易通过地线窜进计算机系统，危及系统的安全运行。一般而言，屏蔽地、机壳等与大地相连，接地电阻应小于4Ω，该接地网若与变电站的接地系统相连，接地电阻应小于1Ω。而模拟地与数字地为悬浮地。
7、结束语
变电站综合自动化系统是实现电网自动化的主要基础之一，是满足现代化供用电的实时、可靠、安全、经济运行管理的需要，它已通过计算机网络与企业全厂信息管理系统实现了数据资源的共享。利用计算机强大的制表与分析统计能力，进行生产的成本核算，综合利用电能计费时的峰谷差，降低生产成本，提高经济效益。工矿企业变电站采用综合自动化系统取代常规二次系统已成为必然趋势。
【关键词】110kV;系统设计;结构模式
1、工程概况
两回且110kV线路为变电站供电电源。主变为两台50MVA，110/10kV变压器，配电电压等级为10kV。110kV和10kV系统均为单母线接线系统。
2、一次设备选型
要实现变电站安全、可靠运行，减少电气设备维护工作量，保证变电站自动化系统的正常运行，选择优良设备是设计的基础。
(1)主变压器选用低噪音、低损耗、节能型的有载调压变压器。
(2)110kV断路器选用SF6设备，采用户内安装。SF6开关性能好，无油污染，无火灾危险，检修周期长，维护工作量少。
(3)10kV开关柜选用恺装移动式真空开关柜，真空开关技术先进，可靠性高，检修周期长。
(4)110kV侧隔离开关和主变中性点隔离开关选用电动操作机构，以适应遥控要求。
(5) 其它设备尽量采用无油化，高可靠性的设备。
3、变电站综合自动化系统结构模式的分类及设计选型
3.1 变电站综合自动化系统结构模式
结构模式分为两种:即目前流行的分层分布式系统和传统的微机集控台系统。传统的微机集控台系统其所有间隔的保护、测量、控制由几片CPU完成，CPU的工作量大，变电站的各种信号通过电缆引入到变电站控制室的控制台上，电缆安装维护量大，各开关间隔没有自己的专用CPU，技术性能差，但造价低。
分层分布式系统在纵向分为两层，即变电站层和间隔层。变电站层由上位机和下位机组成，位于变电站主控室内;间隔层为向变电站各开关间隔的次电力设备。间隔层在横向按站内次设备(主变、线路等)分布式配置。间隔层中各个单元的设备功能相对独立，仅通过站内通信网互联，并同变电站层通信。凡在间隔层完成的功能不依赖站内通信网。
分层分布式结构包括分散式和集中组屏两种形式。分散式是将数据采集、控制单元和微机保护单元就地安装在开关柜或其他次设备附近，互相之间用网络电缆或光缆连接起来。这种形式最大优点是节省电缆，避免了电缆传送信息的电磁干扰，且压缩了二次设备的占地面积。集中组屏是将控制、保护单元集中安装在控制室。这种形式保护装置工作环境较好，干扰源较少，系统便于扩充与维护，但二次电缆数量较多。分层分布式系统同集控台式系统相比具有以下优点:
(1) 可靠性高，任一间隔设备故障仅影响本间隔。
(2) 可扩展性和灵活性高。
(3) 减少站内二次电缆，减少安装维护工作量。
3.2 变电站综合自动化系统结构设计选型分层分布系统具有许多集控台式系统无法比拟的优越性，故设计选用了分层分布系统。如某用户110kV变电站，110kV开关及主变次设备数量较少，可靠性要求较高，设计选用分层分布式集中组屏方案，测控保护屏位于控制室内，运行环境较好，维护方便。对于10kV配电系统，由于开关柜数量较多，选用分层分布式分散式结构，各功能单元自我完备，互相独立，节省了大量电缆。所有的测控保护单元箱通过间隔层由站内通讯网S-485或CAN网与变电站层相联，从而构成一个功能完善的变电站综合自动化系统。
4、变电站综合自动化的功能基本要求
4.1 对微机保护装置的要求
(1) 能够远方在线修改保护定值;(2) 具有完善的保护功能;(3) 具有事件顺序记录功能;(4) 具有事故追忆功能;(5) 记录故障电流值。
4.2 测量功能
(1) 连续检测设计要求的各电量及非电量值。(2) 检测各故障信号，并显示、报警、打印。
4.3 控制及操作功能
4.3.1 屏幕显示
(1) 反应变电站运行状态的主接线图。(2) 显示主要回路指定时间段的负荷曲线和电压曲线。(3) 列表显示全站主要设备参数，保护整定值，保护及自动装置动作情况。
4.3.2 操作
操作除微机操作(当地后台机、遥控均可)外，在保护测控功能单元上设有人工操作作为备用。微机操作指用鼠机或键盘功能键进行操作。包括:各断路器的分合闸，主变中性点接地刀闸的分合，主变分接头档位调整，电压切换，保护定值的整定，保护的投退。所有操作均模拟常规方式下操作和监护两个环境执行，并具有当地/远方操作闭锁，操作权限闭锁设密码，“五防”功能闭锁。闭锁措施从硬件和软件两方面设计上得到保证。
4.4 远动功能
综合自动化系统与全厂生产调度端有两种通讯方式相配合，保证了变电站安全、稳定运行。
5、110kV变电站综合自动化系统的特点
(1) 各功能单元相互独立，不依赖于后台机，保证在后台机故障时，变电站仍能运行。
(2) 装置有热恢复功能和断电保护措施，出现死锁和断电时不丢失内存已有的累计数据和重要的生成数据，出现自恢复时开关变位信息反应开关实际位置，不会将错误开关位置信息上传调度。
(3) 装置硬件结构模块化，人机界面友好，方便扩充及运行维护。
(4) 装置具有在线自诊断功能，自检故障有就地和远方报警显示。
(5) 装置满足电力系统继电保护反事故措施及调度自动化要求。
(6) 装置采用交流采样，提高了采样精度。
6、具体设计时要考虑的几个问题
6.1 模拟量采集方式
变电站的模拟量大致分为两种即来自于PT、CT 的交流信号，另种为直流信号如直流操作电源的直流电压，变压器温度传感器、档位传感器的直流电压信号等，对这些量的采集，分为直流采样与交流采样。直流采样易于实现滤波，能方便地滤去交流信号中的各种高频成分，易于处理干扰问题，但直流采样所采集的数据实时性差，从交流信号转换成可用的直流信号往往有较大的时滞;另外，直流采样需要另外的变送器的投资，增加了控制室的面积，故在实时性及精度要求较高的场合，一般采用交流采样。交流采样优点是实时性好，易于掌握输入信号间的幅频、相位等动态关系，此外交流采样所用的传感器简单，价格相对较低。交流采样技术的采用，使人们可以简单地通过数字手段获得各序谐波分量，使得一些新的保护原理能方便地移植到微机保护中。
6.2 开关量开出和开关量输入的抗干扰措施
为了防止开出和开入回路引入的各种现场电磁干扰窜进计算机系统，一般要在开入与开出回路中加入光电隔离措施。在二次回路中的跳合闸线圈并接反向二级管，消除火花带来的电磁干扰
6.3 良好的接地措施
通常变电站综合自动化系统中有模拟地、数字地、屏蔽地等，如果地线系统接地有误，那么现场的各种干扰源很容易通过地线窜进计算机系统，危及系统的安全运行。一般而言，屏蔽地、机壳等与大地相连，接地电阻应小于4Ω，该接地网若与变电站的接地系统相连，接地电阻应小于1Ω。而模拟地与数字地为悬浮地。
7、结束语
变电站综合自动化系统是实现电网自动化的主要基础之一，是满足现代化供用电的实时、可靠、安全、经济运行管理的需要，它已通过计算机网络与企业全厂信息管理系统实现了数据资源的共享。利用计算机强大的制表与分析统计能力，进行生产的成本核算，综合利用电能计费时的峰谷差，降低生产成本，提高经济效益。工矿企业变电站采用综合自动化系统取代常规二次系统已成为必然趋势。