摘 要
变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。为了提高变电站安全稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务，变电站综合自动化技术开始兴起并得到广泛应用。
本文首先介绍了变电站综合自动化的概念、系统的主要功能、传统变电站综合自动化系统的结构。数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向，因此文中较为详细地介绍了数字化变电站的概念、特点及主要技术特征进行介绍。 关键词：变电站综合自动化 结构 功能 系统设计
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1 引言
变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。为了提高变电站安全稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务，变电站综合自动化技术开始兴起并得到广泛应用。
变电站综合自动化是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和数字信号处理(DSP)等技术，实现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。它综合了变电所内除交直流电源以外的全部二次设备功能。电力系统进行的农网改造、城网改造对于变电站二次系统的改造主要是以综合自动化系统替换原有的常规二次系统。变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着“两网”改造的深入和电网运行水平的提高，采用变电站综合自动化技术是计算机和通信技术应用的方向，也是电网发展的趋势。 1.1 变电站综合自动化概述
变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。因此，变电站综合自动化是自动化技术、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。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。
变电站综合自动化系统的出现是电网运行管理中的一次变革。它为变电站实现小型化、智能化、扩大监控范围以及为变电站的安全、可靠、合理、经济运行提供了数据采集及监控支持，同时为实现高水平的无人值班变电站管理打下了基础。此外，变电站综合自动化也是电网调度自动化基础，只有通过厂站自动化装置和系统向调度自
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动化系统提供电网中各个变电站完整可靠的信息，调度控制中心才可能了解和掌握整个电力系统的实时运行状态和变电站设备工况，也才能对其控制、调整做出决策；同样，也只有依靠变电站的自动化装置才能完成调度控制中心发出操作命令，实现远方控制。因此，可以说一个完整的、先进的、可靠的变电站综合自动化，是建立一个先进的、高水平的电网调度自动化的前提和基础。 1.2 变电站综合自动化现状
变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，随着电压等级的提高，供电范围的扩大，输电容量的增大，采用传统的变电站及其控制技术越来越难满足电力系统降低投资、提高效益的发展要求。研制和开发以计算机技术和网络通信技术为基础的、各种电压等级的变电站综合自动化系统，取代、更新和改造传统的变电站二次系统，逐步实现无人值班和调度自动化，以适应现代电力系统管理模式的需求。
60年代，由于远动技术的发展，在变电站开始应用遥测、遥信技术，从而进入了远方监视的无人值班阶段。但是，如果要对开关进行操作，还必须到变电站现场才行。国外变电站综合自动化的研究工作始于70年代。80年代以后，研究变电站综合自动化系统的国家和大公司越来越多。例如：西门子公司、ABB公司、AEG公司、GE公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有各自的综合自动化系统产品。我国对变电站综合自动化系统的研究工作起始于80年代中期。研究与开发的内容归纳起来有两个方面：其一是中低压变电站采用综合自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人增效的目的；其二是对高压大型枢纽变电站的建设和设计来说，采用新的控制方式，解决各专业在技术上保持相对独立而造成的互相脱节、重复投资，甚至影响运行可靠性的弊端。国内的变电站综合自动化系统在IlOKV或35KV系统的变电站中，目前已投入了相当数量，在电力系统中发挥了积极的作用，提高了安全运行水平和管理水平。
2 变电站自动化系统的基本结构
2.1 集中式系统结构
集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。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
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强，该结构在早期自动化系统中应用较多，目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式。
各种保护装置 调度中 监 控 主 机 遥信控制器 模入接口 开入接口 输出接口 A/D模块 输入接口 输出接口 主变压器TV TA 线
路TV TA 断路器分开状态 保护出口 模拟量输入 断路器和隔离开关状态输入 继电保护信息输入 出口继电器 图 2-1 集中式结构的综合自动化系统框图 2.2 分布式系统结构
按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。
其结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。但目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。 2.3 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
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路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O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系统装置及网络鲁棒性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台IED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。系统结构的特点是功能分散，管理集中。
分散(层)分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I/O单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布，如文献[2]所示的系统;其二，对于110kV及以上的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对独立，以方便各间隔单元相应的操作和维护。
3 变电站综合自动化系统应能实现的功能
3.1 微机保护
微机保护是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护实现故障记录、存储多套定值、适合当地修改定值等功能。 3.2 数据采集
数据采集分：①状态量采集：状态量包括：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。保护动作信号则采用串行口(RS-232或RS485)或计算机局域网通过通信方式获得。②模拟量采集：常规变电站采集的典型模拟量包括：各段母线电压，线路电压，电流和功率值。馈线电流，电压和功率值，频率，相位等。此外还有变压器油温，变电站室温等非电量的采集。模拟量采集精度应能满足SCADA系统的需要。③脉冲量：脉冲量主要是脉冲电度表的输出脉冲，也采用光电隔离方式与系统连接，内部用计数器统计脉冲个数，实现电能测量。 3.3 事件记录和故障录波测距
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