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摘要：变电站自动化属于一种自动化系统，主要是利用自动控制原理、信息处理技术以及数据的传输技术，来提高变电站的运行和管理水平，除此之外，还利用计算机和相关的自动化设备来代替传统的人工作业对变电站进行管理。
关键词：变电站;自动化;设计
一、变电站自动化概述
变电站自动化通常指的是一种综合的自动化系统;变电站综合自动化指的是能够实现对变电站自动监视、测量、控制和协调其工作的一类系统，该类系统是利用微机技术，将传统的二次设备，经过重新的组合和优化而实现的，主要特点包括以下几方面：
（1）功能综合化
这里的“综合”指的是将变电站所具有的基本功能进行最优化处理，使得进行综合后，变电站不仅满足基本的要求，还能使系统的整体性能达到最优。概括来讲，功能综合化指的是将在新的系统设计和优化处理的技术方案指导下，满足系统的基本要求，将二次系统进行性能最优化处理。
（2）系统构成的数字化及模块化
将系统的控制、测量、协调设备进行数字化处理，一方面有利于把各功能模块通过通信网络连接起来，便于接口功能模块的扩充及信息的共享。另外方便模块的组态，适应工程的集中式、分布分散式和分布式结构集中式组屏等方式。
（3）操作监视屏幕化
对于变电站的监控是一般有两种状态：有人值班和无人值班。当监控室有人值班的时候，人机之间的联系是在当地监控系统的后台机，也就是通常所说的主机上来完成的。当变电站的监控室处于无人值班的状态，人机之间的联系功能是在远方的调度中心，也就是操作控制中心的主机上或操作控制中心工作站上来完成的。无论变电站监控室处于何种状态，值班维护人员所直接面对的对象是计算机屏幕，其操作工具则是键盘、鼠标。
（4）运行管理智能化
主要表现在无人值守，人机对话和屏幕的操作，制表，打印，“超限”监控及信息管理系统，建立实时数据库和历史数据库，开关操作和防误操作闭锁等，可以降低员工的劳动，以及工作人员无法完成的工作。
二、变电站综合自动化功能需求分析
1.监控系统
监控系统的功能应包括以下几部分内容：
1.1数据采集
变电站的数据包括模拟量、开关量和电能量。
（1）电能计量。数据采集系统能够利用交流采样得到的电流、电压值，通过一定的软件计算出有功电能和无功电能。
（2）模拟量的采集。变电站需采集的模拟量有：各段母线和线路的电压电流、有功、无功，主变、电容器以及各出线的电压、电流、功率、频率、相位和功率因数等。此外还有主变压器油温、站用变压器电压和直流电源电压等。
（3）开关量的采集。变电站的开关量包括断路器、隔离开关的状态、有载调压变压器分接头的位置、继电保护动作信号、同期检测状态和运行告警信号等，通过局域网络通信输入计算机。
1.2事件顺序记录
事件顺序记录（Sequence of Events，SOE），包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。微机保护或监控系统采集环节必须能存放足够容量的事件顺序记录，以确保当远方集中控制主站或后台监控系统通信中断时丢失事件信息，并在毫秒级记录事件发生的事件。
1.3故障录波和测距、故障记录
（1）故障录波与测距。变电站的故障录波和测距可采用两种方法实现，一种方法是采用专用的、具有串行通信功能的微机故障录波器，可以与监控系统通信;另一种是由微机继电保护装置兼作故障记录和测距，将结果送监控机存储打印输出或直接送调度主站。
（2）故障记录。记录继电保护动作前后母线电压以及故障有关的电流量，记录保护启动前2个周期和保护启动后10个周期以及重合闸等全过程的情况。
1.4操作控制功能
通过计算机实现对变压器分接位置调节、对断路器和隔离开关进行分、合操作，控制电容器投切;在设计时应保留人工直接拉、合闸方式以防止计算机系统故障时，无法操作被控设备，同时要能接受遥控操作命令，进行远方操作。
1.5安全监视功能
监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度和频率等量要不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值，另外，还要监视保护装置是否失电，自控装置工作是否正常等。
1.6人机联系功能。
变电站采用微机监控系统，在主控室内可对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作，彻底改变传统的依靠模拟屏或操作屏和指针式仪表等手段的操作方式。
2 CRT显示画面的要求
CRT显示画面的要求包括显示采集和计算的实时运行参数、保护定值和自控装置设定值显示、事件顺序记录显示、主变负荷曲线和母线电压曲线的历史趋势显示、显示实时主接线图、值班记录显示、越限报警显示以及故障记录显示和设备运行状况显示等。
3输入数据
变电站投入运行后，对着送电量的变化，保护定值、越限值等需要修改，必须能够输入TA和TV变比、保护定值和越限报警定值自控装置的设定值等。
三、综合自动化系统设计结构
1）系统结构：采用开放式分层分布结构，由站控层、间隔层以及网络设备构成。网络结构采用以太网单网连接，连接结构采用间隔层的测控单元直接上站控层网络，测控装置直接与站控层通信。在站控层及网络失效的情况下，间隔层仍能独立完成间隔的监测和断路器控制功能。远动与计算机监控系统分别通讯于测控单元。
系统软件：主机应采用安全操作系统，如基于UNIX或LINUX的操作系统，或经过软件加固的WINDOWS等安全性能较高的操作系统。
2）电源：为保证远动系统可靠供电，考虑配置1台台逆变电源装置逆变电源装置的直流电源取自站内220伏直流系统。
3）GPS对时系统：站内配置一套独立的GPS同步时钟系统，用于实现变电站内计算机监控系统、保护装置、故障录波器、自动化装置等设备的时间同步，保证各装置同步对时精度和对时接口要求。
4）调度数据网接入设备：为了就近接入地区电网调度数据网，本变电站应配置一套调度数据网接入设备，包括交换机、路由器设备等。
5）二次系统安全防护装置：为保障本站的安全稳定运行，防范实时系统因网络攻击及由此引起的电力系统事故，应建立相应的安全防护体系。故在站内配置二次系统安全防护装置一套，包括专用安全隔离防护装置、硬件防火墙和网络安全管理软件，并配置相应IP认证加密装置，从而有效保证调度自动化信息的实时性、安全性、可靠性。
6）电能计量装置的配置：计量用电压互感器准确度等级为0.2级;电流互感器准确度等级为0.2S级。电能表应选用电子式多功能表，有功准确度等级0.2S级，无功准确度等级2.0级，失压计时功能满足DL/T566-1995《电压失压计时器技术条件》。
7）微机五防闭锁功能：本站通过微机监控的逻辑闭锁软件实现全站的五防操作闭锁功能，同时在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回路，此种方案是数字化变电站技术发展的必然趋势。
四、结束语
变电站自动化的设计方案和远动及自动化系统配置目标进行了概述。从自动化功能要求及设计机构两个方面，对变电站综自实现的功能、设计原则作简要的介绍。结合一次系统方案，根据地区电网调度自动化系统对本站的要求以及远动综合自动化的各种条件，确定了变电站综自系统的设计方案。
作者简介：
许良（1985.12-），男，本科，工程师，主要研究方向：电力系统自动化。
关键词：变电站;自动化;设计
一、变电站自动化概述
变电站自动化通常指的是一种综合的自动化系统;变电站综合自动化指的是能够实现对变电站自动监视、测量、控制和协调其工作的一类系统，该类系统是利用微机技术，将传统的二次设备，经过重新的组合和优化而实现的，主要特点包括以下几方面：
（1）功能综合化
这里的“综合”指的是将变电站所具有的基本功能进行最优化处理，使得进行综合后，变电站不仅满足基本的要求，还能使系统的整体性能达到最优。概括来讲，功能综合化指的是将在新的系统设计和优化处理的技术方案指导下，满足系统的基本要求，将二次系统进行性能最优化处理。
（2）系统构成的数字化及模块化
将系统的控制、测量、协调设备进行数字化处理，一方面有利于把各功能模块通过通信网络连接起来，便于接口功能模块的扩充及信息的共享。另外方便模块的组态，适应工程的集中式、分布分散式和分布式结构集中式组屏等方式。
（3）操作监视屏幕化
对于变电站的监控是一般有两种状态：有人值班和无人值班。当监控室有人值班的时候，人机之间的联系是在当地监控系统的后台机，也就是通常所说的主机上来完成的。当变电站的监控室处于无人值班的状态，人机之间的联系功能是在远方的调度中心，也就是操作控制中心的主机上或操作控制中心工作站上来完成的。无论变电站监控室处于何种状态，值班维护人员所直接面对的对象是计算机屏幕，其操作工具则是键盘、鼠标。
（4）运行管理智能化
主要表现在无人值守，人机对话和屏幕的操作，制表，打印，“超限”监控及信息管理系统，建立实时数据库和历史数据库，开关操作和防误操作闭锁等，可以降低员工的劳动，以及工作人员无法完成的工作。
二、变电站综合自动化功能需求分析
1.监控系统
监控系统的功能应包括以下几部分内容：
1.1数据采集
变电站的数据包括模拟量、开关量和电能量。
（1）电能计量。数据采集系统能够利用交流采样得到的电流、电压值，通过一定的软件计算出有功电能和无功电能。
（2）模拟量的采集。变电站需采集的模拟量有：各段母线和线路的电压电流、有功、无功，主变、电容器以及各出线的电压、电流、功率、频率、相位和功率因数等。此外还有主变压器油温、站用变压器电压和直流电源电压等。
（3）开关量的采集。变电站的开关量包括断路器、隔离开关的状态、有载调压变压器分接头的位置、继电保护动作信号、同期检测状态和运行告警信号等，通过局域网络通信输入计算机。
1.2事件顺序记录
事件顺序记录（Sequence of Events，SOE），包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。微机保护或监控系统采集环节必须能存放足够容量的事件顺序记录，以确保当远方集中控制主站或后台监控系统通信中断时丢失事件信息，并在毫秒级记录事件发生的事件。
1.3故障录波和测距、故障记录
（1）故障录波与测距。变电站的故障录波和测距可采用两种方法实现，一种方法是采用专用的、具有串行通信功能的微机故障录波器，可以与监控系统通信;另一种是由微机继电保护装置兼作故障记录和测距，将结果送监控机存储打印输出或直接送调度主站。
（2）故障记录。记录继电保护动作前后母线电压以及故障有关的电流量，记录保护启动前2个周期和保护启动后10个周期以及重合闸等全过程的情况。
1.4操作控制功能
通过计算机实现对变压器分接位置调节、对断路器和隔离开关进行分、合操作，控制电容器投切;在设计时应保留人工直接拉、合闸方式以防止计算机系统故障时，无法操作被控设备，同时要能接受遥控操作命令，进行远方操作。
1.5安全监视功能
监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度和频率等量要不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值，另外，还要监视保护装置是否失电，自控装置工作是否正常等。
1.6人机联系功能。
变电站采用微机监控系统，在主控室内可对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作，彻底改变传统的依靠模拟屏或操作屏和指针式仪表等手段的操作方式。
2 CRT显示画面的要求
CRT显示画面的要求包括显示采集和计算的实时运行参数、保护定值和自控装置设定值显示、事件顺序记录显示、主变负荷曲线和母线电压曲线的历史趋势显示、显示实时主接线图、值班记录显示、越限报警显示以及故障记录显示和设备运行状况显示等。
3输入数据
变电站投入运行后，对着送电量的变化，保护定值、越限值等需要修改，必须能够输入TA和TV变比、保护定值和越限报警定值自控装置的设定值等。
三、综合自动化系统设计结构
1）系统结构：采用开放式分层分布结构，由站控层、间隔层以及网络设备构成。网络结构采用以太网单网连接，连接结构采用间隔层的测控单元直接上站控层网络，测控装置直接与站控层通信。在站控层及网络失效的情况下，间隔层仍能独立完成间隔的监测和断路器控制功能。远动与计算机监控系统分别通讯于测控单元。
系统软件：主机应采用安全操作系统，如基于UNIX或LINUX的操作系统，或经过软件加固的WINDOWS等安全性能较高的操作系统。
2）电源：为保证远动系统可靠供电，考虑配置1台台逆变电源装置逆变电源装置的直流电源取自站内220伏直流系统。
3）GPS对时系统：站内配置一套独立的GPS同步时钟系统，用于实现变电站内计算机监控系统、保护装置、故障录波器、自动化装置等设备的时间同步，保证各装置同步对时精度和对时接口要求。
4）调度数据网接入设备：为了就近接入地区电网调度数据网，本变电站应配置一套调度数据网接入设备，包括交换机、路由器设备等。
5）二次系统安全防护装置：为保障本站的安全稳定运行，防范实时系统因网络攻击及由此引起的电力系统事故，应建立相应的安全防护体系。故在站内配置二次系统安全防护装置一套，包括专用安全隔离防护装置、硬件防火墙和网络安全管理软件，并配置相应IP认证加密装置，从而有效保证调度自动化信息的实时性、安全性、可靠性。
6）电能计量装置的配置：计量用电压互感器准确度等级为0.2级;电流互感器准确度等级为0.2S级。电能表应选用电子式多功能表，有功准确度等级0.2S级，无功准确度等级2.0级，失压计时功能满足DL/T566-1995《电压失压计时器技术条件》。
7）微机五防闭锁功能：本站通过微机监控的逻辑闭锁软件实现全站的五防操作闭锁功能，同时在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回路，此种方案是数字化变电站技术发展的必然趋势。
四、结束语
变电站自动化的设计方案和远动及自动化系统配置目标进行了概述。从自动化功能要求及设计机构两个方面，对变电站综自实现的功能、设计原则作简要的介绍。结合一次系统方案，根据地区电网调度自动化系统对本站的要求以及远动综合自动化的各种条件，确定了变电站综自系统的设计方案。
作者简介：
许良（1985.12-），男，本科，工程师，主要研究方向：电力系统自动化。