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【摘 要】 变电站微机综合自动化保护系统是电气自动化技术、计算机技术和通信网络技术等高技术在变电站领域的综合应用。本文针对变电站综合自动化微机保护监控系统的最新应用进行阐述。
【关键词】 变电站；综合自动化微机保护；监控系统；最新应用
前言
变电站综合自动化系统是应用控制技术、通信和信息处理技术，采用计算机软件与硬件，将微机保护、远动及自动装置重新组合，按照预先的程序和要求综合在一起形成一个具有远方功能的自动监控系统。最新的变电站综合自动化系统，采用了分层分布式结构，保证了系统整体的可靠性，也使得功能选择和配置更加灵活合理。利用组屏取代了常规的仪表屏柜以及一些中央信号装置，经过优化组合成为系统，节省了变电站、控制室和配电室的占地面积，提高了变电站的自动化水平，有利于电网安全稳定运行。目前电力系统相关部门己把变电站自动化作为一项新技术革新手段应用于电力电网，各大专业厂家亦把变电站自动化系统的开发作为重点研发项目，推出各具特色的变电站综合自动化系统，以满足电力系统发展的要求。
一、变电站综合自动化基本概念
变电站综合自动化系统（SubstationAutomationSystem-SAS），国际电工委员会解释为“在变电站提供包括通信基础设施在内的自动化系统”。变电站自动化系统就是指广泛采用微型计算机技术，对变电站的脉冲量、模拟量、开关状态量及一些非电量信号分别进行分析、采集，经过功能的重新组合，并按照预定的程序和要求对变电站实现自动化监视、测量、控制和协调的全部过程。它包括以下凡个主要功能组：继电保护功能，自动控制功能，测量表计功能，远动功能，接口通信功能。
二、结构形式及發展趋势
从变电站综合自动化系统的发展历程来看，其结构有集中式、分布集中式、分层分布式3种类型。目前集中式和分层分布式为主，由于分层分布式具有占用空间少，灵活，可靠性高等优点，是变电站综合自动化系统的发展趋势。
1、集中式结构
集中式结构是将采集到的模拟量、开关量和脉冲量等信息进行集中处理与计算，完成微机监控、保护和自动控制功能。各功能模块用模块化软件连接来实现，并且集中采集信息，集中处理运算。但是对计算机的性能要求高，存在着系统可扩性、可维护性较差，难以应用DSP技术的诸多缺点。这种结构主要应用在变电站综合自动化发展的初期。
2、分层分布式结构
分层分布式系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即站控层和间隔层。变电站自动化系统从功能上可以分为当地后台监控系统、远动通信系统、测控系统以及保护与控制系统四大部分。
3、分层分布式结构的优点
1）节省变电站的建筑面积
分层分布式综合自动化站可以取消常规变电站使用的控制屏、中央信号屏、中央继电器屏、集中同期屏等等。只须用以太网把它们与控制室的监控系统连接起来，最大限度地取消大量的高压室至控制室之间的控制信号电缆，节省了土建投资及占用面积。
2）提高工作效率及运行的可靠性
采用大屏幕彩色显示器代替常规的控制屏、中央信号屏等的当地监控系统，便于操作管理人员监视、分析和操作等各种信息画图。显示内容主要包括变电站的主接线、全部设备的位置状态、保护设备动作及复归、直流系统及所用电的信息、各种测量值的实时数据、各种告警信息，另外还有告警音响及语音系统。
3）开放性、可靠性强，扩建方便
分层分布综合自动化系统的各个子系统全部微机化，完全摒弃了常规变电站中各种机电式、机械式、模拟式设备，大大提高了二次系统的可靠性和电气性能。采用1对N的结构，N理论上可以无数个。因此，扩建一个间隔，只须把它的保护及测控装置挂在网上就可以了。
三、变电站综合自动化系统设计的原则
1、充分体现综合性。变电站自动化系统应能全面替代传统的二次设备，应集变电站的测量、保护、控制、监视等功能于一个分层分布式的系统中。
2、通信可靠、信息共享。各个功能模块、部件之间应采用网络方式，便于扩充接口的功能，要在全站内实现数据共享。
3、要满足系统安全性和技术先进性的要求。微机保护硬件和软件的设置，既要与监控系统相对独立又要相互协调。
4、结构灵活、运行模式适应性强，进行标准化工作和具有良好的开放性。能适应不同规模、电压等级的变电站对自动化系统的要求；所设计的系统必须符合国家和部颁标准，并使它的开放性能好，便于升级改造。
5、系统运行稳定可靠，具有较强的抗干扰能力。在考虑系统的总体结构时，对重要环节要采用冗余设计。综合系统的各个子系统要相对独立，要具有独立的故障自诊断和自恢复功能。任一部分发生故障时，应通知监控主机发出警告指示，并能迅速将自诊断信息送往控制中心。
四、系统硬件结构及配置
1、系统硬件结构
以RCS9700系统为例，变电站综合自动化微机保护监控系统采用分散分层分布式结构，系统从整体结构上分为三层：站控层、网络通信层、间隔层。站控层由本地后台服务器、保护工程师站、五防系统等构成。通信采用100M工业以太网。间隔层主要由保护单元、测控单元等组成。网络通信层应支持单网或双网，支持全以太网，也提供其它网络，通信方式采用WorldFIP现场总线，支持双网通讯，通信层由WorldFIP网关、保护管理机、规约转换器等组成。
微机监控系统：分为站级控制层和间隔级控制层，网络按双网配置。站级控制层设备按远期规模配置，采用基于TCP/IP协议的自适应10/100M双以太网结构（A、B网）。间隔级控制层设备配置双以太网接口，将采集和处理后的数据信号，经双绞线传输到站级控制层，各间隔级单元相互独立，不相互影响。应用层协议使用IEC61850国际标准。 视频监控装置：将变电站的视频信号与音频信号传输到监控中心，监控中心接收视频信号与音频信号后进行监控、存储、管理。主要监控、记录变电站的安全以及设备的运行情况，监测电力设备发热程度，及时发现、及时处理事故情况，有助于提高电力系统自动化的安全性和可靠性，并提供事后分析事故的有关图像资料。同时它还具有防火、防盗等功能。RCS9700设置串行通信口与视频监视系统连接，视频监视系统智能设备的通信规约符合IECC61850国际标准通信规约，完成各种通信协议的转换，使计算机监控系统获得所需数据。
系统通讯能力：系统具备为双串口、双网络通讯能力，系统配备相关通讯接口及通讯设备。监控系统与调度SCADA系统能同时实现以串口方式及网络方式同时进行通讯，选用的通讯规约为DL/T634-5-101-2002、DL/T634-5-104-2002和新部颁CDT。远动通道具备2路数字串口通讯、2路数字模拟通讯、2路网络通讯。通道具有防雷、过压保护装置。
2、系统硬件的配置
监控主机：用标准的、网络的、分布功能和系统化的开放式的硬件结构，满足IEEEPOSIX标准。测控装置面向对象设计，采用统一的硬件平台、统一的软件平台、统一的数据库管理。装置采用32位CPU和DSP硬件平台，14位以上高精度模数转换器，采用嵌入式实时操作系统。利用冗余硬件、自诊断和抗干扰等措施达到高可靠性。
操作员、工程师工作站：系统配置一台操作员工作站和继保工程师站。能在正常和电网故障时，采集、处理各种二次装置信息，并充分利用这些信息为继电保护运行、管理服务，为分析、处理电网故障提供支持。继保工程师站具备多路数据转发能力，能通过网络通道向调度中心进行数据转发。微机五防工作站：系统配置一台微机五防系统，防误操作功能比较完备。电源：系统站级控制层交流电源由在线式UPS供电。其他交流电源由站用变交流系统提供。二次设备室的设备由变电站直流系统220V电源供电。
五、微机保护监控系统的功能
1、实时数据采集及处理功能。遥测：变电站运行的各种实时数据，如母线电压、线路电流、主变温度、功率、频率等；遥信：开关、刀闸位置、分接头位置、各种设备状态、瓦斯、气压信号等。通过间隔层I/O单元进行实时数据的采集和处理。根据TA、TV的采集信号，计算每一个电气单元的电流、电压、有功、无功和功率因数及电度量等，显示在CRT上。
2、限值监视和报警处理功能：多种限值、多种报警级别、多种告警方式、告警闭锁和解除，遥信变位次数统计、变位告警。报警处理分两种方式：一种是事故报警；另一种是预告报警。
3、事件顺序记录和事故追憶功能：开关和保护信号的动作顺序以ms级进行记录。SOE分辨率为2ms。能够在CRT上显示动作顺序，及时在打印机上打印。
控制功能：能通过当地或测度端微机的键盘或鼠标输入操作命令，对变电站的控制对象进行操作。包括开关及刀闸的分合、变压器分接头调节、他TV并列信号复归等。为了防止误操作，在任何控制方式下都必须采用分步操作，即选择、校核、执行，并设置操作员和线路代码口令。
4、管理功能：对一些设备工况报告、设备档案的编制和调用。运行人员或工程师可以进行修改、检索、显示、打印设备工况报告；对各种运行记录及设备的资料进行档案管理；对于不同性质的工作人员，系统具有管理权限、操作权限分类设置的功能。
5、在线统计计算功能：具有统计计算和报表统计功能、用户自定义报表工具。根据采样的TA、TV实时数据，能够计算每一电气单元的有功、无功功率；各相电流、电压；功率因数；电压、功率因数合格率的分时段统计、变压器负荷率及损耗所用电率、开关正常及事故跳闸次数、变压器的停用时间及次数等。
6、画面显示和打印功能：在CRT上显示主接线图、直流系统图、站用电系统图、监控系统运行工况图、系统网络结构图、开关量状态表、各种实时测量值表、历史事件及某些重要数据表、主要设备参数表、继电保护定值表、有功、无功、电流、电压、频率、主变分接头、潮流方向、电压棒图、110kV母线相电压及3U0电压、10kV母线接地时电压3U0及母线相电压的趋势曲线等。能储存某些历史负荷曲线及包括某些历史事件画面。
结论
随着无人值班变电站的日益增多及旧站综自改造的逐步实现，综合自动化系统在电力系统中将起着越来越重要的作用。但在现实应用中仍存在着管理分工难于明确，导致缺陷不能得到最快处理；运行人员对系统认识不足，从而造成缺陷处理不及时等问题。随着通信技术和计算机技术的迅猛发展，变电站综合自动化技术水平不停地提高，向着智能化、网络化的方面发展，笔者相信综合自动化系统将不断进步，以保证电网安全、经济、优质地运行。
参考文献：
[1].王明俊等.配电系统自动化及其发展.中国电力出版社.2000
[2].郭培源编著.电力系统自动控制新技术.科学出版社，2001
[3].张惠刚编著.变电站综合自动化原理与系统.中国电力出版社，2004.12
【关键词】 变电站；综合自动化微机保护；监控系统；最新应用
前言
变电站综合自动化系统是应用控制技术、通信和信息处理技术，采用计算机软件与硬件，将微机保护、远动及自动装置重新组合，按照预先的程序和要求综合在一起形成一个具有远方功能的自动监控系统。最新的变电站综合自动化系统，采用了分层分布式结构，保证了系统整体的可靠性，也使得功能选择和配置更加灵活合理。利用组屏取代了常规的仪表屏柜以及一些中央信号装置，经过优化组合成为系统，节省了变电站、控制室和配电室的占地面积，提高了变电站的自动化水平，有利于电网安全稳定运行。目前电力系统相关部门己把变电站自动化作为一项新技术革新手段应用于电力电网，各大专业厂家亦把变电站自动化系统的开发作为重点研发项目，推出各具特色的变电站综合自动化系统，以满足电力系统发展的要求。
一、变电站综合自动化基本概念
变电站综合自动化系统（SubstationAutomationSystem-SAS），国际电工委员会解释为“在变电站提供包括通信基础设施在内的自动化系统”。变电站自动化系统就是指广泛采用微型计算机技术，对变电站的脉冲量、模拟量、开关状态量及一些非电量信号分别进行分析、采集，经过功能的重新组合，并按照预定的程序和要求对变电站实现自动化监视、测量、控制和协调的全部过程。它包括以下凡个主要功能组：继电保护功能，自动控制功能，测量表计功能，远动功能，接口通信功能。
二、结构形式及發展趋势
从变电站综合自动化系统的发展历程来看，其结构有集中式、分布集中式、分层分布式3种类型。目前集中式和分层分布式为主，由于分层分布式具有占用空间少，灵活，可靠性高等优点，是变电站综合自动化系统的发展趋势。
1、集中式结构
集中式结构是将采集到的模拟量、开关量和脉冲量等信息进行集中处理与计算，完成微机监控、保护和自动控制功能。各功能模块用模块化软件连接来实现，并且集中采集信息，集中处理运算。但是对计算机的性能要求高，存在着系统可扩性、可维护性较差，难以应用DSP技术的诸多缺点。这种结构主要应用在变电站综合自动化发展的初期。
2、分层分布式结构
分层分布式系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即站控层和间隔层。变电站自动化系统从功能上可以分为当地后台监控系统、远动通信系统、测控系统以及保护与控制系统四大部分。
3、分层分布式结构的优点
1）节省变电站的建筑面积
分层分布式综合自动化站可以取消常规变电站使用的控制屏、中央信号屏、中央继电器屏、集中同期屏等等。只须用以太网把它们与控制室的监控系统连接起来，最大限度地取消大量的高压室至控制室之间的控制信号电缆，节省了土建投资及占用面积。
2）提高工作效率及运行的可靠性
采用大屏幕彩色显示器代替常规的控制屏、中央信号屏等的当地监控系统，便于操作管理人员监视、分析和操作等各种信息画图。显示内容主要包括变电站的主接线、全部设备的位置状态、保护设备动作及复归、直流系统及所用电的信息、各种测量值的实时数据、各种告警信息，另外还有告警音响及语音系统。
3）开放性、可靠性强，扩建方便
分层分布综合自动化系统的各个子系统全部微机化，完全摒弃了常规变电站中各种机电式、机械式、模拟式设备，大大提高了二次系统的可靠性和电气性能。采用1对N的结构，N理论上可以无数个。因此，扩建一个间隔，只须把它的保护及测控装置挂在网上就可以了。
三、变电站综合自动化系统设计的原则
1、充分体现综合性。变电站自动化系统应能全面替代传统的二次设备，应集变电站的测量、保护、控制、监视等功能于一个分层分布式的系统中。
2、通信可靠、信息共享。各个功能模块、部件之间应采用网络方式，便于扩充接口的功能，要在全站内实现数据共享。
3、要满足系统安全性和技术先进性的要求。微机保护硬件和软件的设置，既要与监控系统相对独立又要相互协调。
4、结构灵活、运行模式适应性强，进行标准化工作和具有良好的开放性。能适应不同规模、电压等级的变电站对自动化系统的要求；所设计的系统必须符合国家和部颁标准，并使它的开放性能好，便于升级改造。
5、系统运行稳定可靠，具有较强的抗干扰能力。在考虑系统的总体结构时，对重要环节要采用冗余设计。综合系统的各个子系统要相对独立，要具有独立的故障自诊断和自恢复功能。任一部分发生故障时，应通知监控主机发出警告指示，并能迅速将自诊断信息送往控制中心。
四、系统硬件结构及配置
1、系统硬件结构
以RCS9700系统为例，变电站综合自动化微机保护监控系统采用分散分层分布式结构，系统从整体结构上分为三层：站控层、网络通信层、间隔层。站控层由本地后台服务器、保护工程师站、五防系统等构成。通信采用100M工业以太网。间隔层主要由保护单元、测控单元等组成。网络通信层应支持单网或双网，支持全以太网，也提供其它网络，通信方式采用WorldFIP现场总线，支持双网通讯，通信层由WorldFIP网关、保护管理机、规约转换器等组成。
微机监控系统：分为站级控制层和间隔级控制层，网络按双网配置。站级控制层设备按远期规模配置，采用基于TCP/IP协议的自适应10/100M双以太网结构（A、B网）。间隔级控制层设备配置双以太网接口，将采集和处理后的数据信号，经双绞线传输到站级控制层，各间隔级单元相互独立，不相互影响。应用层协议使用IEC61850国际标准。 视频监控装置：将变电站的视频信号与音频信号传输到监控中心，监控中心接收视频信号与音频信号后进行监控、存储、管理。主要监控、记录变电站的安全以及设备的运行情况，监测电力设备发热程度，及时发现、及时处理事故情况，有助于提高电力系统自动化的安全性和可靠性，并提供事后分析事故的有关图像资料。同时它还具有防火、防盗等功能。RCS9700设置串行通信口与视频监视系统连接，视频监视系统智能设备的通信规约符合IECC61850国际标准通信规约，完成各种通信协议的转换，使计算机监控系统获得所需数据。
系统通讯能力：系统具备为双串口、双网络通讯能力，系统配备相关通讯接口及通讯设备。监控系统与调度SCADA系统能同时实现以串口方式及网络方式同时进行通讯，选用的通讯规约为DL/T634-5-101-2002、DL/T634-5-104-2002和新部颁CDT。远动通道具备2路数字串口通讯、2路数字模拟通讯、2路网络通讯。通道具有防雷、过压保护装置。
2、系统硬件的配置
监控主机：用标准的、网络的、分布功能和系统化的开放式的硬件结构，满足IEEEPOSIX标准。测控装置面向对象设计，采用统一的硬件平台、统一的软件平台、统一的数据库管理。装置采用32位CPU和DSP硬件平台，14位以上高精度模数转换器，采用嵌入式实时操作系统。利用冗余硬件、自诊断和抗干扰等措施达到高可靠性。
操作员、工程师工作站：系统配置一台操作员工作站和继保工程师站。能在正常和电网故障时，采集、处理各种二次装置信息，并充分利用这些信息为继电保护运行、管理服务，为分析、处理电网故障提供支持。继保工程师站具备多路数据转发能力，能通过网络通道向调度中心进行数据转发。微机五防工作站：系统配置一台微机五防系统，防误操作功能比较完备。电源：系统站级控制层交流电源由在线式UPS供电。其他交流电源由站用变交流系统提供。二次设备室的设备由变电站直流系统220V电源供电。
五、微机保护监控系统的功能
1、实时数据采集及处理功能。遥测：变电站运行的各种实时数据，如母线电压、线路电流、主变温度、功率、频率等；遥信：开关、刀闸位置、分接头位置、各种设备状态、瓦斯、气压信号等。通过间隔层I/O单元进行实时数据的采集和处理。根据TA、TV的采集信号，计算每一个电气单元的电流、电压、有功、无功和功率因数及电度量等，显示在CRT上。
2、限值监视和报警处理功能：多种限值、多种报警级别、多种告警方式、告警闭锁和解除，遥信变位次数统计、变位告警。报警处理分两种方式：一种是事故报警；另一种是预告报警。
3、事件顺序记录和事故追憶功能：开关和保护信号的动作顺序以ms级进行记录。SOE分辨率为2ms。能够在CRT上显示动作顺序，及时在打印机上打印。
控制功能：能通过当地或测度端微机的键盘或鼠标输入操作命令，对变电站的控制对象进行操作。包括开关及刀闸的分合、变压器分接头调节、他TV并列信号复归等。为了防止误操作，在任何控制方式下都必须采用分步操作，即选择、校核、执行，并设置操作员和线路代码口令。
4、管理功能：对一些设备工况报告、设备档案的编制和调用。运行人员或工程师可以进行修改、检索、显示、打印设备工况报告；对各种运行记录及设备的资料进行档案管理；对于不同性质的工作人员，系统具有管理权限、操作权限分类设置的功能。
5、在线统计计算功能：具有统计计算和报表统计功能、用户自定义报表工具。根据采样的TA、TV实时数据，能够计算每一电气单元的有功、无功功率；各相电流、电压；功率因数；电压、功率因数合格率的分时段统计、变压器负荷率及损耗所用电率、开关正常及事故跳闸次数、变压器的停用时间及次数等。
6、画面显示和打印功能：在CRT上显示主接线图、直流系统图、站用电系统图、监控系统运行工况图、系统网络结构图、开关量状态表、各种实时测量值表、历史事件及某些重要数据表、主要设备参数表、继电保护定值表、有功、无功、电流、电压、频率、主变分接头、潮流方向、电压棒图、110kV母线相电压及3U0电压、10kV母线接地时电压3U0及母线相电压的趋势曲线等。能储存某些历史负荷曲线及包括某些历史事件画面。
结论
随着无人值班变电站的日益增多及旧站综自改造的逐步实现，综合自动化系统在电力系统中将起着越来越重要的作用。但在现实应用中仍存在着管理分工难于明确，导致缺陷不能得到最快处理；运行人员对系统认识不足，从而造成缺陷处理不及时等问题。随着通信技术和计算机技术的迅猛发展，变电站综合自动化技术水平不停地提高，向着智能化、网络化的方面发展，笔者相信综合自动化系统将不断进步，以保证电网安全、经济、优质地运行。
参考文献：
[1].王明俊等.配电系统自动化及其发展.中国电力出版社.2000
[2].郭培源编著.电力系统自动控制新技术.科学出版社，2001
[3].张惠刚编著.变电站综合自动化原理与系统.中国电力出版社，2004.12