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【摘 要】 变电站是电力系统中的一个重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。而一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上取决于其二次设备的工作性能。变电站综合自动化是指变电站二次系统通过利用计算机技术、现代控制技术、网络通信技术和图形显示技术，实现将常规变电站的控制、测量、信号、保护、计量、安全自动装置、远动等功能整合于一体的计算机监控系统，这项技术涉及多个技术领域，是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。本文探讨35KV变电站综合自动化系统运行维护。
【关键词】 35KV变电站；自动化系统；运行维护
一、变电站自动化系统的定义
变电站综合自动化是指变电站二次系统通过利用计算机技术、现代控制技术、网络通信技术和图形显示技术，实现将常规变电站的控制、测量、信号、保护、计量、安全自动装置、远动等功能整合于一体的计算机监控系统，这项技术涉及多个技术领域，是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。
变电站自动化系统较为严格的定义为：
1、远动功能（四遥功能）；
2、自动控制功能（如有载调压变压器分接头和并联补偿电容器的综合控制（VQC）。电力系统低频减载、静止无功补偿器控制、配网系统故障分段隔离/非故障段恢复供电与网络重组等）；
3、测量表计功能（如三相智能式电子电费计量表等）；
4、继电保护功能；
5、与继电保护有关的功能（如故障录波、故障测距、小电流接地选线等）；
6、接口功能（如与微机五防、继电保护、电能计量、全球定位系统（GPS）等IED的接口）；
7、系统功能（与主站通信，当地SCADA等）
所有能实现这些功能的设备，目前统称为智能式电子仪表（IED）。变电站自动化的目的，就是实现这些工ED的信息共享，由此可减少变电站使用的电缆数量和造价，提高变电站的运行和安全可靠性，并减少维护工作量和提高维护水平.
二、35kV变电站综合自动化系统的功能
变电站自动化系统的具体功能要求主要决定于变电站在电力系统中的地位、作用和变电站的规模、电压等级及一次设备状况。高压、超高压变电站自动化系统的主要功能要求，概括起来有3个方面①控制系统：运行人员监视与控制、自动控制、电力系统紧急控制与当地后备控制、故障录波与事件记录、测量与计量、自动数据分析；②保護系统：变压器保护、线路保护及自动重合闸、母线保护、电容器保护；③运行支持系统：设备维修支持、设备非正常状态的恢复支持、电力系统故障恢复支持、自动故障恢复。每个变电站自动化的功能将随原来系统的运行经验、成本和性能的要求不同而变化，但它们都要适应以下基本要求：
a.当电力系统发生故障时，继电保护系统准确检测故障，跳开相应开关，迅速切除故障，不造成故障连锁反应，使故障造成的影响限制在尽可能小的范围：
b.收集、处理各种设备的运行信息和数据，按要求发送到集控中心和远方调度控制中心，满足调度部门对电力系统的监视、控制和运行操作；
c.收集设备的状态数据，支持设备的状态维修和可靠性为中心的维修系统，提高设备可用率和使用寿命；
d.在集控中心或调度控制中心对变电站失去监控的情况下，变电站的后备控制能对变电站进行控制；
e.收集并及时传送电力市场实时交易所需的技术数据，促进安全交易，减少交易风险。
三、变电站综合自动化系统的网络结构
1、集中式结构
集中式的变电站综合自动化系统结构按信息类型划分功能。采用这类结构的系统其功能模块与硬件无关，各功能模块的连接通过模块化软件实现，信息是集中采集、处理和运算的。受计算机硬件水平的限制，该结构在早期自动化系统中应用较多，图1是一种较典型的集中式结构。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强。系统结构如图1所示：
图1 集中式结构
2、分布式结构
分布式结构则按功能设计，如按保护和监控等功能划分单元，分布实施。其结构采用主从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。分布式结构有助于其它模块正常运行。安装方式有集中组屏和分层组屏两种方式，较适合于中低压变电站。系统结构如图2所示。
图2 分布式结构
3、分散（层）分布式结构
分散（层）分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元（I/0单元）和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：①现在的IED设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等，虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的：②利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，成本低，运行维护方便；③系统装置及网络性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台工ED设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行可靠性有保证。系统结构如图3所示：
图3 分散（层）分布式结构
四、保护侧控一体化装置的典型硬件构成
目前的微机保护测控单元中，广泛采用插件式结构。这种结构把整个硬件逻辑网络按照功能和电路特点划分为若干部分，每个部分做在一块印刷电路插件板上，板上对外联系的引线通过插头引出。微机保护装有相应的插座，插件板可方便地插入和拔出。通过机箱插座间的连线将各个插件板连成整体并实现端子排的输入输出线的连接。硬件结构如图4所示。 图4 硬件结构示意图
1、信号输入电路
微机保护装置输入信号主要有两类，即开关量和模拟量信号。信号输入部分就是妥善处理这两类信号，完成单片微机输入信号接口功能。通常输入的开关量信号不满足单片微机系统输入信号电平要求，因此需要信号电平转换。为了提高保护的搞干扰性能，通常还需要经整形、延时、光电隔离等处理。
输入的电压和电流信号是模拟量信号。由于微机是一种数字电路设备，只能接受数字脉冲信号，所以就需要将这一类模拟信号转换为数字信号，称为模数变换，输入模拟量信号的模数变换电路也称作输入信号调理电路。
2、单片微机系统
微机保护装置的核心是单片微机系统，它是由单片微机和扩展芯片构成的一台小型工业控制微机系统，除了硬件之外，还有存储在存储器里的软件系统。这些硬件和软件构成的整个单片微机系统主要任务是完成数值测量、逻辑运算及控制和记录等智能化任务。除此之外，还应具备各种远动功能。包括发送保护信息并上传给变电站微机监控系统，接收集控站、调度所的控制和管理信息。
这种单片微机系统可以是单CPU或采用多CPU系统。一般为了提高装置的容错水平，目前大多数装置已采用多CUP系统，尤其是较复杂的保护装置，其主要保护和后备保护都是相互独立的微机保护系统。它们的CPU是相互独立的，任何一个保护的CPU或芯片损坏均不影响其他保护。除此之外，各保护的CPU总线均不引出，输入及输出的回路均经光隔离处理，能将故障定位到插件或芯片。从而大大提高了保护装置运行的可靠性。
3、人机接口
在许多情况下，单片微机系统必须接受操作人员的干预，如整定值输入、工作方式变更，对单片机微机系统状态的检查等都需要人机对话。这部分工作在CPU控制下完成。
微机保护的人机接口回路是指键盘、显示器及接口CPU插件电路。人机接口的主要作用，是通过键盘和显示器完成人机对话任务，时钟校对及与各保护CPU插件通信和巡检任务。在单CPU结构的保护中，接口CPU由保护CPU兼任。为了减轻保护CPU的负担，可由可编键盘、显示器专用接口芯片来完成键盘、显示器与保护CPU的接口任务。
在多CPU结构的保护中，另设有专用的人机接口CPU插件。接口CPU除了要完成人机接口的任务外，还要完成与各CPU通信管理、巡检及时间校对、程序出格自复位等多项任务。
人机接口与系统机的通信，用于向RTU设备或系统机传送数据，为设备的集中管理提供了方便，并与变电站综合自动化相配套。由于该通信线路较长，因此有必要采用光电隔离，以防千扰。
4、输出通道
输出通道部分是对控制对象实现控制操作的出口通道，通常这种通道主要任务是将小信号转換为大功率输出，满足驱动输出的要求。在出口通道里还要防止控制对象对微机系统的反馈干扰，因此出口通道也需要光隔离。显然输出通道仍然是一种被控对象与微机系统之间的接口电路。
五、35kV变电站综合自动化系统维护的策略
1、加强维护技术的统一管理
35kV变电站综合自动化系统维护的策略之一是加强维护技术的统一管理。维护技术的统一管理从完善技术规范书和制定检验规程入手。首先，就完善技术规范书，提高变电站系统的可靠性以及技术资料的完整性，这样才能更利于综合自动化系统设备的统一，促进系统的维护，提高系统的安全运行。其次，制定检验规程是变电站能否正常运行的依据。制定检验规程的内容包括检验综合自动化的产品、检验间隔设备、检验通讯设备以及检验方法。合理地制定检验规程可以加强设备质量监管，保证设备的安全运行。
2、加强主站系统的检查工作
35kV变电站综合自动化系统维护的策略之二是加强主站系统的检查工作。加强主站系统的检查工作，首先对监控系统进行检查，查看35kV变电系统运行参数是否正常。其次对变电站的通道进行检查，及时处理通道错码现象。再次对测控装置进行检查，有效解决通讯中断情况，切实地维护了VQC程序顺利运行，保证绕组温度的正常，有利于35kV变电站信号准确无误。加强主站系统的检查工作，可以有效规避35kV变电站综合自动化系统的异常，为主站系统管理提供了更好的服务。
3、加强综合自动化的站端维护
35kV变电站综合自动化系统维护的策略之三是加强综合自动化的站端维护。在站端综合自动化系统的维护中，要不断完善系统的维护工作，可以减少不安全因素带来的影响，切实加强对监控后台的维护。在检查设备信息时，应该观察电源指示灯、报警指示灯等是否正常运行，并对其它的系统元件进行查看，看是否有异常、接线是否存在过热等迹象。就这些问题应该给予日常维护，与此同时，需要用万用表设备对测控装置进行回路检测，必须使用电压档来进行测量，提高35kV变电站综合自动化系统的有效运行。
4、加强变电站的系统保护
35kV变电站综合自动化系统维护的策略之四是加强变电站的系统保护。变电站综合自动化保护系统，它将原有的传统变电站各个系统分立的自动装置组合在一个综合系统里，这样可以具有运行上的综合管理功能，为调度中心调度人员、变电站值班人员提供了一个良好的操作平台。变电站综合自动化保护系统的功能主要包括：显示一次设备状态、安全运行监视、显示保护事件信息、列表、进行人工置数、进行报警确认操作、监视系统报文、分析统计、防误操作等，因此加强35kV变电站的系统保护工作尤为重要。启动保护系统，在综合自动化时，继电保护宜相对独立，除输入量和跳闸独立外，保护的启动、测量和逻辑功能也应独立，此时，保护装置通过串行通信接口送出某些保护动作的指示信号或记录数据，也可通过通信接口进行保护定值的上装和下载，实现远方改变保护定值。
六、结语
变电站是电力系统不可或缺的一个环节，如何更好地维护35kV变电站综合自动化系统运行，是本文阐述的重点内容。维护好35kV变电站综合自动化系统运行，有利于变电技术的统一管理，有利于主站系统的检查工作的管理，有利于加强综合自动化的站端维护，有利于加强变电站的系统保护，减少不安全因素对35kV变电站设备的影响。由此不难看出，35kV变电站综合自动化系统的安全运行，对当代的电力事业发展有着重要的意义。
参考文献：
[1]申旭晨.变电站综合自动化系统问题研究[J].无线互联科技，2011，07.
[2]许素玲.浅析变电站综合自动化系统[J].德宏师范高等专科学校学报，2008，02.
[3]肖本锋.35kV变电站综合自动化系统的实现[J].铜业工程，2011，01.
【关键词】 35KV变电站；自动化系统；运行维护
一、变电站自动化系统的定义
变电站综合自动化是指变电站二次系统通过利用计算机技术、现代控制技术、网络通信技术和图形显示技术，实现将常规变电站的控制、测量、信号、保护、计量、安全自动装置、远动等功能整合于一体的计算机监控系统，这项技术涉及多个技术领域，是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。
变电站自动化系统较为严格的定义为：
1、远动功能（四遥功能）；
2、自动控制功能（如有载调压变压器分接头和并联补偿电容器的综合控制（VQC）。电力系统低频减载、静止无功补偿器控制、配网系统故障分段隔离/非故障段恢复供电与网络重组等）；
3、测量表计功能（如三相智能式电子电费计量表等）；
4、继电保护功能；
5、与继电保护有关的功能（如故障录波、故障测距、小电流接地选线等）；
6、接口功能（如与微机五防、继电保护、电能计量、全球定位系统（GPS）等IED的接口）；
7、系统功能（与主站通信，当地SCADA等）
所有能实现这些功能的设备，目前统称为智能式电子仪表（IED）。变电站自动化的目的，就是实现这些工ED的信息共享，由此可减少变电站使用的电缆数量和造价，提高变电站的运行和安全可靠性，并减少维护工作量和提高维护水平.
二、35kV变电站综合自动化系统的功能
变电站自动化系统的具体功能要求主要决定于变电站在电力系统中的地位、作用和变电站的规模、电压等级及一次设备状况。高压、超高压变电站自动化系统的主要功能要求，概括起来有3个方面①控制系统：运行人员监视与控制、自动控制、电力系统紧急控制与当地后备控制、故障录波与事件记录、测量与计量、自动数据分析；②保護系统：变压器保护、线路保护及自动重合闸、母线保护、电容器保护；③运行支持系统：设备维修支持、设备非正常状态的恢复支持、电力系统故障恢复支持、自动故障恢复。每个变电站自动化的功能将随原来系统的运行经验、成本和性能的要求不同而变化，但它们都要适应以下基本要求：
a.当电力系统发生故障时，继电保护系统准确检测故障，跳开相应开关，迅速切除故障，不造成故障连锁反应，使故障造成的影响限制在尽可能小的范围：
b.收集、处理各种设备的运行信息和数据，按要求发送到集控中心和远方调度控制中心，满足调度部门对电力系统的监视、控制和运行操作；
c.收集设备的状态数据，支持设备的状态维修和可靠性为中心的维修系统，提高设备可用率和使用寿命；
d.在集控中心或调度控制中心对变电站失去监控的情况下，变电站的后备控制能对变电站进行控制；
e.收集并及时传送电力市场实时交易所需的技术数据，促进安全交易，减少交易风险。
三、变电站综合自动化系统的网络结构
1、集中式结构
集中式的变电站综合自动化系统结构按信息类型划分功能。采用这类结构的系统其功能模块与硬件无关，各功能模块的连接通过模块化软件实现，信息是集中采集、处理和运算的。受计算机硬件水平的限制，该结构在早期自动化系统中应用较多，图1是一种较典型的集中式结构。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强。系统结构如图1所示：
图1 集中式结构
2、分布式结构
分布式结构则按功能设计，如按保护和监控等功能划分单元，分布实施。其结构采用主从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。分布式结构有助于其它模块正常运行。安装方式有集中组屏和分层组屏两种方式，较适合于中低压变电站。系统结构如图2所示。
图2 分布式结构
3、分散（层）分布式结构
分散（层）分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元（I/0单元）和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：①现在的IED设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等，虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的：②利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，成本低，运行维护方便；③系统装置及网络性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台工ED设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行可靠性有保证。系统结构如图3所示：
图3 分散（层）分布式结构
四、保护侧控一体化装置的典型硬件构成
目前的微机保护测控单元中，广泛采用插件式结构。这种结构把整个硬件逻辑网络按照功能和电路特点划分为若干部分，每个部分做在一块印刷电路插件板上，板上对外联系的引线通过插头引出。微机保护装有相应的插座，插件板可方便地插入和拔出。通过机箱插座间的连线将各个插件板连成整体并实现端子排的输入输出线的连接。硬件结构如图4所示。 图4 硬件结构示意图
1、信号输入电路
微机保护装置输入信号主要有两类，即开关量和模拟量信号。信号输入部分就是妥善处理这两类信号，完成单片微机输入信号接口功能。通常输入的开关量信号不满足单片微机系统输入信号电平要求，因此需要信号电平转换。为了提高保护的搞干扰性能，通常还需要经整形、延时、光电隔离等处理。
输入的电压和电流信号是模拟量信号。由于微机是一种数字电路设备，只能接受数字脉冲信号，所以就需要将这一类模拟信号转换为数字信号，称为模数变换，输入模拟量信号的模数变换电路也称作输入信号调理电路。
2、单片微机系统
微机保护装置的核心是单片微机系统，它是由单片微机和扩展芯片构成的一台小型工业控制微机系统，除了硬件之外，还有存储在存储器里的软件系统。这些硬件和软件构成的整个单片微机系统主要任务是完成数值测量、逻辑运算及控制和记录等智能化任务。除此之外，还应具备各种远动功能。包括发送保护信息并上传给变电站微机监控系统，接收集控站、调度所的控制和管理信息。
这种单片微机系统可以是单CPU或采用多CPU系统。一般为了提高装置的容错水平，目前大多数装置已采用多CUP系统，尤其是较复杂的保护装置，其主要保护和后备保护都是相互独立的微机保护系统。它们的CPU是相互独立的，任何一个保护的CPU或芯片损坏均不影响其他保护。除此之外，各保护的CPU总线均不引出，输入及输出的回路均经光隔离处理，能将故障定位到插件或芯片。从而大大提高了保护装置运行的可靠性。
3、人机接口
在许多情况下，单片微机系统必须接受操作人员的干预，如整定值输入、工作方式变更，对单片机微机系统状态的检查等都需要人机对话。这部分工作在CPU控制下完成。
微机保护的人机接口回路是指键盘、显示器及接口CPU插件电路。人机接口的主要作用，是通过键盘和显示器完成人机对话任务，时钟校对及与各保护CPU插件通信和巡检任务。在单CPU结构的保护中，接口CPU由保护CPU兼任。为了减轻保护CPU的负担，可由可编键盘、显示器专用接口芯片来完成键盘、显示器与保护CPU的接口任务。
在多CPU结构的保护中，另设有专用的人机接口CPU插件。接口CPU除了要完成人机接口的任务外，还要完成与各CPU通信管理、巡检及时间校对、程序出格自复位等多项任务。
人机接口与系统机的通信，用于向RTU设备或系统机传送数据，为设备的集中管理提供了方便，并与变电站综合自动化相配套。由于该通信线路较长，因此有必要采用光电隔离，以防千扰。
4、输出通道
输出通道部分是对控制对象实现控制操作的出口通道，通常这种通道主要任务是将小信号转換为大功率输出，满足驱动输出的要求。在出口通道里还要防止控制对象对微机系统的反馈干扰，因此出口通道也需要光隔离。显然输出通道仍然是一种被控对象与微机系统之间的接口电路。
五、35kV变电站综合自动化系统维护的策略
1、加强维护技术的统一管理
35kV变电站综合自动化系统维护的策略之一是加强维护技术的统一管理。维护技术的统一管理从完善技术规范书和制定检验规程入手。首先，就完善技术规范书，提高变电站系统的可靠性以及技术资料的完整性，这样才能更利于综合自动化系统设备的统一，促进系统的维护，提高系统的安全运行。其次，制定检验规程是变电站能否正常运行的依据。制定检验规程的内容包括检验综合自动化的产品、检验间隔设备、检验通讯设备以及检验方法。合理地制定检验规程可以加强设备质量监管，保证设备的安全运行。
2、加强主站系统的检查工作
35kV变电站综合自动化系统维护的策略之二是加强主站系统的检查工作。加强主站系统的检查工作，首先对监控系统进行检查，查看35kV变电系统运行参数是否正常。其次对变电站的通道进行检查，及时处理通道错码现象。再次对测控装置进行检查，有效解决通讯中断情况，切实地维护了VQC程序顺利运行，保证绕组温度的正常，有利于35kV变电站信号准确无误。加强主站系统的检查工作，可以有效规避35kV变电站综合自动化系统的异常，为主站系统管理提供了更好的服务。
3、加强综合自动化的站端维护
35kV变电站综合自动化系统维护的策略之三是加强综合自动化的站端维护。在站端综合自动化系统的维护中，要不断完善系统的维护工作，可以减少不安全因素带来的影响，切实加强对监控后台的维护。在检查设备信息时，应该观察电源指示灯、报警指示灯等是否正常运行，并对其它的系统元件进行查看，看是否有异常、接线是否存在过热等迹象。就这些问题应该给予日常维护，与此同时，需要用万用表设备对测控装置进行回路检测，必须使用电压档来进行测量，提高35kV变电站综合自动化系统的有效运行。
4、加强变电站的系统保护
35kV变电站综合自动化系统维护的策略之四是加强变电站的系统保护。变电站综合自动化保护系统，它将原有的传统变电站各个系统分立的自动装置组合在一个综合系统里，这样可以具有运行上的综合管理功能，为调度中心调度人员、变电站值班人员提供了一个良好的操作平台。变电站综合自动化保护系统的功能主要包括：显示一次设备状态、安全运行监视、显示保护事件信息、列表、进行人工置数、进行报警确认操作、监视系统报文、分析统计、防误操作等，因此加强35kV变电站的系统保护工作尤为重要。启动保护系统，在综合自动化时，继电保护宜相对独立，除输入量和跳闸独立外，保护的启动、测量和逻辑功能也应独立，此时，保护装置通过串行通信接口送出某些保护动作的指示信号或记录数据，也可通过通信接口进行保护定值的上装和下载，实现远方改变保护定值。
六、结语
变电站是电力系统不可或缺的一个环节，如何更好地维护35kV变电站综合自动化系统运行，是本文阐述的重点内容。维护好35kV变电站综合自动化系统运行，有利于变电技术的统一管理，有利于主站系统的检查工作的管理，有利于加强综合自动化的站端维护，有利于加强变电站的系统保护，减少不安全因素对35kV变电站设备的影响。由此不难看出，35kV变电站综合自动化系统的安全运行，对当代的电力事业发展有着重要的意义。
参考文献：
[1]申旭晨.变电站综合自动化系统问题研究[J].无线互联科技，2011，07.
[2]许素玲.浅析变电站综合自动化系统[J].德宏师范高等专科学校学报，2008，02.
[3]肖本锋.35kV变电站综合自动化系统的实现[J].铜业工程，2011，01.