第6章 变电站综合自动化
6.1 综合自动化概述及其特点
现代变电站综合自动化是二次设备完全用计算机实现对一次设备的安全运行监视与记录、安全操作监视、系统故障记录、
故障分析、继电保护等多方面自动化的综合。其结构可以是一个功能一套设备，也可以是一体的或多机一体分层分布的。从某种角度上可以说，变电站的综合自动化由计算机继电保护和监控系统两大部分组成。
变电站综合自动化最明显的特征有以下四个方面：
(1)功能综合化.变电站综合自动化技术是从建立在计算机硬件技术、数据通信技术、模块化软件技术的基础上发展起来的。它综合了变电站内除交直流以外的全部二次设备。计算机保护代替了电磁式保护，监控装置综合了仪表屏、操作屏、模拟屏、变送器、远动装置、有载调压无功补偿、中央信号系统和光字牌；计算机保护和监控系统一起还综合了故障录波和故障测距、小信号接地等装置。
(2)结构电脑化。分布式、多CPU综合自动化系统内各主要插件全是计算机化的，采用分布式结构，网络总线连接。计算机保护、数据采集、监视控制等环节的CPU群构成了一个有机整体，以实现各种功能。一个系统往往有几个甚至几十个电脑同时并行运行。
(3)操作监视屏幕化。不管有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电站内就是在远方调度室或操作中心内面对屏幕显示器进行变电站的全方位监视与操作。常规方式下的指针仪表读数被屏幕数据所代替；常规庞大的模拟屏被CRT屏幕上的实时接线画面所取代；常规在操作屏上进行的跳合闸操作被计算机键盘或鼠标操作所取代；常规光字牌报警被CRT屏幕画面闪光和文字提示所取代。简而言之，面对计算机的彩色可以窥视若大变电站内的瞬变万化。
(4)运行管理智能化。变电站综合自动化另一个特征是运行管理智能化。智能化不仅表现在常规的自动化功能上，如自动报警、自动报报表、电压无功自动调节、小信号接地自动选线、事故判别与处理等方面，还表现在能够在线自诊断并不断将自诊断的结果送向远方的主控端。这是区别常规二次系统的重要特征。简言之，常规二次系统只能检测一次设备，而对自己本身的故障诊断困难，必须更多的靠维护人员去检查发现；综合自动化系统不仅检测一次设备还时刻检查自己是否有故障，
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这就充分体现了其智能化。
6.2变电站综合自动化的结构形式
归纳起来，变电站综合自动化系统的结构模式有集中式、分布分散式和分布式结构集中式组屏三种类型。
集中式的一般采用功能较强的计算机扩展其I/O及外围接口，集中采集信息、集中处理与计算，有的甚至将保护功能也做在一起，如下图所示。这种方式提出得较早，主要受条件限制，当时计算机技术、网络通信技术还没有发展，这种方式可靠性差，功能也有限，很难推广应用。
打印机
入 出 控制回路
变电站集中式综合自动化系统结构图
随着计算机特别是单片机技术、网络技术特别是位总线技术的问世，用于变电站所控制的分布式结构装置与系统相继出现，一般按回路进行设计。将数据采集、控制单元和计算机保护单元就地装在开关柜内或其他一次设备附近就地安装，相互之间有网络电缆或光缆连接起来，构成一个分布分散式的综合自动化系统，如下图所示。这种系统最大的优点就是节省电缆，并避免了电缆传送信息的电磁干扰，其次是最大限度地压缩了二次设备的占地面积。这种模式在高压变电站应用可能更为适合。
另一种形式是分布式结构集中式组屏，这种方式在中低压变电站用得最多，。这种系统具有分布式结构全部的优点，系统便于扩充、便于维护，一个环节故障不影
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人机联系 主计算机 I/O接口 调度所/控制操作中心
响其他部件的正常运行。考虑到中低压变电站的一次设备都比较集中，有不少是组合式设备，分布面不广，所用信号电缆不长，因而采取集中组屏方式，比分散式就地安装多不了多少电缆，优点在于集中组屏后便于设计、安装与维护管理。
打印机或
调度所/控制操作中心
主控机 (或双机) 人机联系 其它接口 光缆或电缆 线路开关柜 馈线开关柜 变压器保护 电容器保护 单 元 保护与控制 保护与监控 TV/TA 操作 TV/TA 操作 TV/TA 保护 TV/TA 保护 单 元 单 元 状态信号 回路 状态信号 回路单元 状态信号 出口 状态 出口 油
分布分散式综合自动化系统结构
6.3变电站综合自动化系统的主要功能
变电站综合自动化主要包括安全监控、计算机保护、开关操作，电压无功控制、远动、低频减载以及自诊断等功能。
1、监控系统功能
监控系统功能包括数据采集、安全监视、事件顺序记录、电能计算、控制操作、与计算机保护装置通信等。
(1)数据采集与显示。采集变电站电力运行实时数据和设备运行状态并通过当地或远方的显示器将运行工况以数据和画面两种方式反映给运行人员。其中，工频模
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拟量采用计算机交流采样，状态触点方式接入监控系统。
(2)安全监视。对采集的模拟量、状态量及保护信息进行自动监视。当有被测量越限、保护动作、非正常状态变化、设备异常时，能及时在当地或远方发出音响或语音报警、推出报警画面、显示异常区域，为运行人员提供处理故障所需的全部信息，事故信息还可存贮和打印记录，供事后分析故障原因用。
(3)事件顺序记录。变电站发生故障时，对异常状态变化的时间顺序进行自动记录、存贮、远传。时间顺序记录分析率一般小于5ms,高压变电站可提高到小于1ms.
(4)电能计算。系统可实现对采集的电能量分时统计，旁路代送时可自动实现电量的累加。
(5)控制操作。系统可实现对断路器、隔离开关的开、合控制和变压器分接头的调整控制，具有防误操作措施，为防止系统故障时无法操作被控设备，在设计上应保留人工直接跳合闸手段。
(6)与保护装置通信、交换数据。向保护装置发出对时、召唤数据命令，传送新的保护定值；保护装置向监控系统报告保护动作参数（动作时间、动作性质、动作值、动作名称等），响应召唤命令回报当前保护定值以及修改定值的返校信息等。
2、计算机保护功能
(1)变压器保护。利用二次谐波制动的电流差动保护、过电流保护、重瓦斯保护等。
(2)进线线路保护。一般按用户要求配置。
(3)馈电线路保护。一般有电流速断保护、定/反时限过电流保护、三相自动重合闸功能。
(4)母线保护。
(5)电容器保护。包括过压保护和欠压保护、过电流保护、电流差动保护。 (6)用户提出的其他合理的保护配置。 3、电压和无功综合控制
以保证电压合格和优化无功补偿为控制目标，实现对有灾调压变压器分接头和并联补偿电容器组的综合调节和控制，既可提高供电质量，又具有节能的功效，同时具有自动统计电压合格率的功能。
4、远动功能
综合自动化系统具有很强的远动功能，不仅具有实现常规的遥测、遥信遥控遥
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调、事件记录远传功能，而且还具有保护定值远方监视与修改、故障录波与测距的远方传输功能。一般综合自动化具有多个远方接口功能，必要时还可服从主站端的通信规约进行非常规的数据通信。
5、系统在线自诊断功能
系统的在线自诊断功能，能自诊断到各设备的插件级。
第7章 变电站监控系统
7.1 变电站监控系统系统的构成
电力远程监测系统采用电话线、CAN总线、以及RS-485总线几种通信信道。由于系统监测居民小区住户的用电信息，因此，采用电话线拨号的方式能够及时、方便地进行系统的远程监测管理，而参数信息在电话线上的顺利传输是通过MODEM的调制和解调功能完成的。为了节约MODEM资源，同时满足系统集中器通信距离和通信速率的要求，集中器的设计采用了CAN总线通信方式。在这种通信方式下，主集中器与从集中器都是CAN的节点，其中主集中器直接与MODEM相连，通过CAN与各从集中器进行通信。由于CAN总线的开支较大，因此系统从集中器的下行信道便采用了RS-485总线。
系统的构成如下图所示。电力远程监测系统是一个三级分布式通信系统，主要由主站、集中器、采集单元、通信信道、采集终端等六部分组成： （1）主站(Master station)
主站是指通过信道对集中器中的信息采集，并进行处理和管理的设备。主站是公用配电变压器远程集中抄表系统的核心，完成低压配电变压器实时监测和低压用户远程抄表后的信息分析与处理，完成监测信息输出、报警、控制等功能，管理系统设备，自动生成各种运行分析报表，记录观测与处理信息。系通过主站计算机操作，用电管理人员可以随时获取所需要的各种数据和信息。计算机主站是系统最主要的人机界面。
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