35kv变电站综合自动化监控系统设计

1、黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）题目 35kv变电站综合自动化监控系统设计专业班级 姓 名 学 号 目录一、绪论1（一） 发展变电所综合自动化系统的意义1（二） 变电所综合自动化系统的发展过程2（三） 课题来源及课题内容3二、变电站综合自动化系统的现状及其存在的问题4（一）技术标准问题4（二）组织模式选择的问题5（三）电力管理体制与变电站综合自动化系统关系问题6（四）运行维护人员水平不高的问题7三、变电所综合自动化系统的概述8（一）变电所综合自动化的基本原理8（二）变电所综合自动化系统的结构形式91集中式变电所综合自动化系统92. 分层分布结构集中组

2、屏的变电所综合自动系统103. 中、小型变电所的分层分布式集中组屏结构114. 大型变电所分层分布式集中组屏结构125. 新型的综合自动化系统结构126. 变电所综合自动化的系统要求及功能137. 变电所综合自动化系统应具有先进性。14四、变电所监控系统的总体设计原则15（一）主接线的选择151. 主接线的设计原则和要求152. 主接线的拟定153主接线的比较与选定17（二）系统主变压器容量、台数和备用方式的确立181压器台数和备用方式确定原则19235KV 变电站电气设备的选择193变电站监控系统的基本要求及设计原则19（三）主接线形式设计20110kV出线接线方式设计202. 35kV进线

3、方式设计203. 总主接线设计图21致 谢23参考文献24摘 要针对常规变电站系统运行安全性低、电能质量可控性不高、运行维护工作量大等问题,设计了一种基于智能控制的变电站综合自动化监控系统，用于对变电站实时运行情况进行监控变电所计算机监控系统是采用面向对象的设计思想，并依托计算机技术、网络通信技术、现代控制技术及图形显示技术等将变电所集控制、测量及现代综合管理等功能集为一体的综合自动化系统。 与常规的监控系统相比，运行人员通过主控室的人机接口装置便可实现对整个变电所运行数据的监控与记录，并将有关信息通过远动设备向各级调度中心传送，运行可靠性大大提高，综合效益显著。本论文针现场实际存在的问题和当

4、前变电站监控系统的发展趋势及变电所监控的特殊工艺，提出了35kv变电站综合自动化监控系统设计的基本特点及一些使用要求。本论文针现场实际存在的问题和当前变电站监控系统的发展趋势及变电所监控的特殊工艺，提出了35kv变电站综合自动化监控系统设计的基本特点及一些使用要求。电力行业是国家经济的大动脉，在我国的现代化建设中起着举足轻重的作用。国家投巨资完成了城网和农网两级电网的改造，为进入二十一世纪，实现"九五"期间的宏伟蓝图打下了基础。为此应采用先进高效的生产管理实现电力系统的全行业的遥控、遥测、遥调、遥信和遥视五遥管理，确保电网的长期高效安全运营。同时，随着无人值守变电站管理模式

5、的全面推广，在监控中心通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时视频监控、远程故障和意外情况告警接收处理，可提高变电站运行和维护的安全性及可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。关键词：变电站；监控系统；综合自动化；微机保护一、绪论随着我国电力建设的发展和城市、农村电网的改造及现代化矿井建设的需要，变电所数量的不断增加，变电所在供电系统中的地位也越来越重要，如何提高供电的质量和可靠性，以及供电系统运行的安全性和经济性，是一个非常迫切的问题。而变电站综合自动化是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的一项重要技术措施。

6、（一） 发展变电所综合自动化系统的意义变电所是电力生产过程的重要环节，作用是变换电压、交换功率和汇集、分配电能。变电所中的电气部分通常被分为一次设备和二次设备。属于一次设备的有不同电压等级的电力设备，包括电力变压器、母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等。有些变电站中还由要满足无功平衡、系统稳定和限制过电压等要求，装有同步调相机、并联电抗器、静止补偿装置、串联补偿装置等。 为了保证变电所电气设备安全、可靠、经济运行，装有一系列的辅助电气设备，如监视测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置等，上述这些设备被称为二次设备。常规变电所的二次系统主要由继电保护、就地监控、远动

7、装置、录波装置等组成。在实际应用中，是按继电保护、远动、就地监控、测量、录波等功能组织的，相应的就有保护屏、控制屏、录波屏、中央信号屏等。每一个一次设备，都与这些屏有关，因而，每个设备的电流互感器的二次侧，都需要分别引到这些屏上；同样，断路器的跳、合闸操作回路，也需要连到保护、控制屏、远动屏及其他自动装置屏上。此外，对同一个一次设备，与之相应就的各二次设备（屏）之间，保护与远动设备之间都有许多连线。由于各设备安装在不同地点，因而变电所内电缆错综复杂。由于常规变电所的上述情况，决定了常规变电所存在着不少缺点：1.传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集成电路，缺乏自检和自

8、诊断能力，其结构复杂、可靠性低。 2.二次设备主要依赖大量电缆，通过触点、模拟信号来交换信息，信息量小、灵活性差、可靠性低。由于上述两个原因，传统变电所占地面积大、使用电缆多，电压互感器、电流互感器负担重，二次设备冗余配置多。远动功能不够完善，提供给调度z控制中心的信息量少、精度差，且变电所内自动控制和调节手段不全，缺乏协调和配合力量，难以满足电网实时监测和控制的要求。而变电所作为整个电网中的一个节点，担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务。在电网统一指挥和协调下，电网各节点（ 如变电所、发电厂）具体实施和保障电网安全、稳定、可靠运行。变电所综合自动化是电网自动系统的一个重要组成部分。作

9、为变电所自动系统，应该确保实现以下要求：(1).检测电网故障，尽快隔离故障部分。(2).采集变电所运行实时信息，对变电所运行进行监视、计量和控制。(3).采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考。(4).实现当地后备控制和紧急控制。(5).确保通信要求。因此，要求变电所综合自动化系统运行高效、实时、可靠，对变电站内设备进行统一监测、管理、协调和控制。同时，又必须与电网系统进行实时、有效的信息交换、共享，优化电网操作，提高电网安全稳定运行水平，提高经济效益，并为电网自动化的进一步发展留下了空间。（二） 变电所综合自动化系统的发展过程变电所综合自动化系统是80年代才开始应用的一个新课题。常规变电所

10、的二次部分主要由继电保护、故障录波、就地监控和远动装置所组成。在微处理器应用之前，这些装置不仅功能不同，实现的原理和技术也不同，80年代由于微处理器的普遍应用，因而长期以来形成了不同的专业和相应的技术管理部门。这些装置都开始采用微机技术而成为微机型继电保护装置、微机监控和微机远动装置。这些微机型的装置尽管功能不同，其硬件配置都大体相同，除微机系统本身外，无非是对各种模拟量的数据采集，以及输入输出接口电路，并且装置所采集的量和要控制的对象还有许多是共同的，因而显得设备重复，互连复杂。很自然的就提出了用综合自动化来优化设计全微机化的变电所二次部分。从控制、测量、信号及遥信角度考虑，要求微机控制管理

11、的集中性越高越好，数据事件信息的集中度、实时性越高越好，但从保护动作特性和快速维护角度来考虑，要求微机管理的独立性、物理空间单一性越明确越好，即微机出现故障时，影响面越小越好。变电所综合自动化系统的特点是:远动、保护、监控、安全自动装置和经济自动装置融为一体:控制集中、布置分散;控制方案灵活，由用户自行设计;硬件标准化;简化了变电站的运行操作。综合自动化系统对一些功能分散的过程，实行集中监视和控制。即以分散的控制适应分散的过程对象，以集中的监视、操作和管理达到掌握全局的目的。随着自动控制装置的和被控设备可靠性的提高，变电所的控制可由就地操作过渡到远方操作和自动操作。变电所综合自动化方式的特征，

12、就是将站内当地监控功能SCANDA信号采集、远动功能以及数字保护信息结合为一个统一的整体，以全微机化的新型二次设备取代传统的机电式的二次设备，用不同模块化软件实现机电式设备的各种功能，用计算机局部网络通信来替代大量信号的连接，通过人机设备，实现变电所的综合自动化管理、监视、测量、控制及打印记录等功能。由此取消了传统的集中控制屏。目前，变电所综合自动化技术发展迅速，已进入大面积推广应用阶段。各项新技术的发展为综合自动化系统的实现奠定了技术基础。目前，在变电站综合自动化系统中广泛使用的新技术主要有下述几个方面。1.数字信号处理（DSP）技术的应用20世纪80年代末90年代初，DSP技术的应用，使得

13、随一次设备布置的分散式测控单元很快发展起来，而且还提供了强有力的功能综合优化手段，如电压、功率和电能的测量，可以直接从输电线路、变压器等设备上直接交流采样，通过DSP得出各相电流、电压的数字波形，经过分析计算不仅可计算出各相电流、相电压的基波和谐波有效值，以及各相有功、无功、电压主、在功电量等测量的实时数据，还能进一步计算出功率因数入、频率以及零序、负序参数等值，并和有关的输入、输出触点一起集成在变电站综合自动化系统中。2.数字通信技术和光纤技术的应用20世纪80年代以来，数字通信设备的发展应用，大大提高了通信系统的通信容量和可靠。同时，通信技术中光纤通信技术正在迅速取代金属电缆和同轴电缆，并

14、用于远距离通信和短距离大容量信息的传输。光纤通信除具有频带宽、信道多和衰减小的特点外，还具有抗强电磁干扰的最大优点。由于光纤通信实际上几乎不受电磁干扰、浪涌、暂态分量和各端间地位差的影响，非常适用于变电站强电磁干扰的环境，是保护和监控装置最佳的通信信道。.3.计算机网络技术和现场总线技术的发展20世纪80年代以来计算机网络技术和现场总线技术得到了很大的发展，特别是局域网（LAN）技术的迅速发展和应用成为一种潮流。由于它们能很好地满足电力系统一些特殊要求，因此该项技术在变电站综合自动化中得到广泛的应用。随着计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术的不断提高和有机结合，变电所综合自动化系统正朝着功

15、能综合化，结构微机化，操作监视屏幕化，运行智能化的方向发展，这必将使综合自动化系统进入新的起点。从变电所综合自动化系统的发展方向来看，它的最终目标是最大限度的提高变电所的自动化水平，利用计算机来代替人的手工操作，最终实现变电所无人值班。（三） 课题来源及课题内容本课题来源于绵山35KV变电所增容改造工程，研究对象为变电所综合自动化系统微机监控系统。随着经济的发展，我国用电量逐步的增大，负荷需求逐渐的加强，而以前的35kv 变电站仍用熔断器和多油断路器做保护，这些结构简单，操作维护不方便，开断容量小等缺陷，满足不了负荷的需求。 随着技术的改善，设备不断改善，我国的变电站由老设备向新设备转变，有人

16、值班向无人值班变电站转变，现在通过改善变电站的结构，提高变电站的可靠性，灵活性，经济性，来减少在网路的损耗，而且形成了变电站综合自动化系统取代以前的变电站二次系统的发展趋势。我国变电站自动化技术越来越成熟，以简单，经济的，可扩展性强等特点为用户所接受，并在一些大的变电站设计中得到充分的肯定。变电所综合自动化系统包括微机监控系统与微机继电保护系统两大部分，监控系统主要完成变电站内设备运行状态的信息采集、处理，从而实现监视控制与管理。微机保护系统主要根据采集到的系统运行参数，通过故障分析，从电网中迅速切除设备和线路。 变电所综合自动化系统的建立，涉及到方方面面的内容。本文主要针对35KV变电所在增

17、容改造的过程中，变电所的供电系统情况及有关要求。研究讨论分层分布式35KV变电所综合自动化系统，并着重研究35KV变电所综合自动化系统的电器主接线、变压器台数选择以及布置规则等要点。在监控系统中主要进行的研究工作和实现的目标如下：(1).分析当前变电所综合自动化系统研究现状，提出变电所综合自动化系统的体系结构及其能实现的功能。(2).分析牵引变电所的地理位置，所内设备的装配及控制手段。.(3).分析对实时监控系统的要求和其应具有的功能 。(4).通过观察主显示屏的参数及各高压开关电气的相关参数，完成主监控界面的绘制，实现变电所综合自动化系统实时监控。二、变电站综合自动化系统的现状及其存在的问题

18、（一）技术标准问题目前变电站综合自动化系统的设计还没有统一标准，因此标准问题（其中包括技术标准、自动化系统模式、管理标准等问题）是当前迫切需要解决的问题。1生产厂家的问题目前在变电站综合自动化系统选型当中存在着如所选系统功能不够全面，产品质量不过关，系统性能指标达不到要求等情况，主要有以下问题：由于变电站综合自动化设备的生产厂家过分重视经济利益，用户又过分追求技术含量，而不重视产品的性能及实用性，因而一批技术含量虽较高，但产品并不过关，甚至结构、可靠性很差的所谓高技术产品不断被使用。厂家只要有人买就生产，改进的积极性不高，甚至有些产品生产过程中缺乏起码的质量保证措施，有些外购部件更是缺乏管理，

19、因而导致部分投产的变电站问题较多；有些厂家就某产品只搞技术鉴定，没搞产品鉴定；另外，生产厂家对变电站综合自动化系统的功能、作用、结构及各项技术性能指标宣传和介绍不够，导致电力企业内部专业人员对系统认识不透彻，造成设计漏洞较多。2不同产品的接口问题接口是综合自动化系统中非常重要而又长期以来未得到妥善解决的问题之一，包括RTU、保护、小电流接地装置、故障录波、无功装置等与通信控制器、通信控制器与主站、通信控制器与模拟盘等设备之间的通信。这些不同厂家的产品要在数据接口方面沟通，需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通信规约等问题。当不同厂家的产品、种类很多时，问题会很严重。如果所有厂家的自动化产品的

20、数据接口遵循统一的、开放的数据接口标准，则上述问题可得到圆满解决，用户可以根据各种产品的特点进行选择，以满足自身的使用要求。3抗干扰问题关于变电站综合自动化系统的抗干扰问题，亦即所谓的电磁兼容问题，是一个非常重要然而却常常被忽视的方面。传统上的变电站综合自动化设备出厂时抗干扰试验手段相当原始，仅仅做一些开关、电焊机、风扇、手提电话等定性实验，到现场后往往也只加上开合断路器的试验，一直没有一个定量的指标，这是一个极大的隐患。变电站综合自动化系统的抗干扰措施是保证综合自动化系统可靠和稳定运行的基础，选择时应注意， 合格的自动化产品，除满足一般检验项目外，主要还应通过高低温试验、耐湿热试验、雷电冲击

21、电压试验、动模试验，而且还要重点通过四项电磁兼容试验，分别是：1MHz脉冲干扰试验、静电放电干扰试验、辐射电磁场干扰试验、快速瞬变干扰试验。4传输规约和传输网络的选择问题变电站和调度中心之间的传输规约。目前国内各个地方情况不统一，变电站和调度中心之间的信息传输采用各种形式的规约，如部颁CDT、SC-1801、DNP3.0等。1995年IEC为了在兼容的设备之间达到互换的目的，颁布了IEC 60870-5-101传输规约，为了使我国尽快采用远动传输的国际标准，1997年原电力部颁布了国际101规约的国内版本DL/T 634-1997，并在1998年的桂林会议上进行了发布。该规约为调度端和站端之间

22、的信息传输制定了标准，今后站端变电站综合自动化设备与远方调度传输协议应采用101规约。站内局域网的通信规约。目前许多生产厂家各自为政，造成不同厂家设备通信连接的困难和以后维护的隐患。1997年IEC颁布了IEC 60870-5-103规约，国家经贸委在1999年颁布了国际103规约的国内版本DL/T 667-1999，并在2000年的南昌会议上进行了发布，103规约为继电保护和间隔层（IED）设备与变电站层设备间 的数据通信传输规定了标准，今后变电站综合自动化系统站内协议要求采用103规约。电力系统的电能计量传输规约。对于电能计量采集传输系统，IEC在1996年颁布的IEC 60870-5-1

23、02标准，即我国电力行业标准DL/T 719-2000，是我们在实施变电站电能计量系统时需要遵守的。上述的三个标准即常说的101、102、103协议，运用于三层参考模型（EPA）即物理层，是我们在实施变电站电能计量系统时需要遵守的。上述的三个标准即常说的101、102、103协议，运用于三层参考模型（EPA）即物理层、链路层、应用层结构之上，是相当一段时间里指导变电站综合自动化技术发展的三个重要标准。这些国际标准是按照非平衡式和平衡式传输远动信息的需要制定的，完全能满足电力系统中各种网络拓扑结构，将得到广泛应用。IECTC57即将制定无缝远动通信体系结构，具有应用开放和网络开放统一的传输协议

24、IEC 61850.该协议将是变电站（RTU或者变电站综合自动化系统）到控制中心的唯一通信协议，也是变电站综合自动化系统，甚至控制中心的唯一的通信协议。目前各个公司使用的标准尚不统一，系统互联和互操作性差，因此，在变电站综合自动化系统建设和设备选型上应考虑传输规约问题，即在变电站和控制中心之间应使用101规约，在变电站内部应使用103规约，电能量计量计费系统应使用102规约。新的国际标准IEC 61850颁布之后，变电站综合自动化系统从过程层到控制中心将使用统一的通信协议。5开放性问题变电站综合自动化系统应能实现不同厂家生产的设备的互操作性（互换性）；系统应能包容变电站自动化技术新的发展要求；

25、还必须考虑和支持变电站运行功能的要求。而现有的变电站综合自动化系统却不能满足这样的要求，各厂家的设备之间接口困难，甚至不能连接，从而造成各厂家各自为政，重复开发，浪费了大量的财力物力。另外，各种屏体及设备的组织方式不尽相同，给维护和管理带来许多问题。在我们现有的综合自动化设备中，厂家数量较多，各厂不同系列的产品造成产品型号复杂，备品备件难以实现，设备运行率低的问题。（二）组织模式选择的问题变电站综合自动化系统实现的方案随着变电站的规模、复杂性、变电站在电力系统的重要地位、所要求的可靠性以及变电层和过程层总线的数据流率的不同而变化。如果一个变电站综合自动化系统模式选择合适的话，不仅可以节省投资、

26、节约材料，而且由于系统功能全、质量高、其可靠性高、可信度大，更便于运行操作。因此，把好变电站综合自动化系统的选择关，意义十分重大。目前应用较广泛的变电站综合自动化系统的结构形式主要有集中式、分散与集中相结合和全分散式三种类型。现将三种结构形式的特点简述如下。1.集中式：集中式结构的变电站综合自动化系统是指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机控制、微机保护和一些自动控制等功能。这种系统结构紧凑、体积小、可减少占地面积、造价低，适用于对35 kV或规模较小的变电站，但运行可靠性较差，组态不灵活。2.分散与集中相结合

27、：分散与集中相结合的变电站综合自动化系统是将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内，而高压线路和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构。此结构形式较常用，它有如下特点：1035 kV 馈线保护采用分散式结构，就地安装，可节约控制电缆，通过现场总线与保护管理机交换信息。高压线路保护和变压器保护采用集中组屏结构，保护屏安装在控制室或保护室中，同样通过现场总线与保护管理机通信，使这些重要的保护装置处于比较好的工作环境，对可靠性较为有利。其他自动装置中，如备用电源自投控制装置和电压、无功综合控制装置采用集中组屏结构，安装于控制室或保护室中。全分散式：全分散式的变电站综合自动化系统是以一次主设备如

28、开关、变压器、母线等为安装单位，将控制、I/O、闭锁、保护等单元分散，就地安装在一次主设备屏（柜）上。站控单元通过串行口与各一次设备相连，并与管理机和远方调度中心通信。它有如下特点：简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。减少了施工和设备安装工程量。由于安装在开关柜的保护和测控单元在开关柜出厂前已由厂家安装和调试完毕，再加上铺设电缆的数量大大减少，因此现场施工、安装和调试的工期随之缩短。简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。3.全分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便，且抗干扰能力强，可靠性高。上述三种变电站综合自动化系统的推出，虽有时间先后，但并不存在前后替代的情

29、况，变电站结构形式的选择应根据各种系统特点和变电站的实际情况，予以选配。如以RTU为基础的变电站综合自动化系统可用于已建变电站的自动化改造，而分散式变电站综合自动化系统，更适用于新建变电站。由于微处理器和通信技术的迅猛发展，变电站综合自动化系统的技术水平有了很大的提高，结构体系不断完善，全分散式自动化系统的出现为变电站综合自动化系统的选型提供了一个更广阔的选择余地。伴随着变电站综合自动化系统应用的增多，无论是新建、扩建或技改工程，其综合自动化系统的选型都应该严格执行有关选型规定，力求做到选型规范化。经选用的变电站自动化系统不仅要技术先进、功能齐全、性能价格比高，系统的可扩展性和适用性好，而且要

30、求生产厂家具有相当技术实力，有一定运行业绩和完整的质量保证体系、完善的售后服务体系。（三）电力管理体制与变电站综合自动化系统关系问题变电站综合自动化系统的建设，使得继电保护、远动、计量、变电运行等各专业相互渗透，传统的技术分工、专业管理已经不能适应变电站综合自动化技术的发展，变电站远动与保护专业虽然有明确的专业设备划分，但其内部联系已经成为不可分割的整体，一旦有设备缺陷均需要两个专业同时到达现场检查分析，有时会发生推诿责任的情况，造成极大的人力资源浪费，而且两专业衔接部分的许多缺陷问题成为“两不管地带”，不利于开展工作。在专业管理上，变电站综合自动化设备的运行、检修、检测，尤其是远动系统的实时

31、性、遥测精度、遥信变位响应速度、信号复归和事故总信号等问题仍需要规范和加强；对传动实验及通道联测的实现、软件资料备份等问题提出了新的课题内容。（四）运行维护人员水平不高的问题解决好现行的变电站综合自动化系统管理体制和技术标准等问题的同时，还要培养出一批高素质的专业队伍。目前，变电站综合自动化系统绝大部分设备的维护依靠厂家，在专业管理上几乎没有专业队伍，出了设备缺陷即通知相应的厂家来处理，从而造成缺陷处理不及时等一系列问题。要想维护、管理好变电站综合自动化系统，首先要成立一只专业化的队伍，培养出一批能跨学科的复合型人才，加宽相关专业之间的了解和学习。其次，变电站综合自动化专业的划分应尽快明确，杜

32、绝各基层单位“谁都管但谁都不管”的现象。变电站综合自动化专业的明确，对于加强电网管理水平，防止电网事故具有重大意义。三、变电所综合自动化系统的概述（一）变电所综合自动化的基本原理变电所综合自动化是将变电所的二次设备（包括测量仪表、控制系统、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）经过功能组合和优化设计，利用先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信号处理技术实现对全变电站电气设备输配电线路的自动控制、自动监视、测量和保护，以及实现与运行和调度通信相关的综合性自动化功能。变电综合自动化系统是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，替代了常规的控制设备、远动设备、信号设备和测量监视仪表。

33、变电所综合自动化系统具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特点。简言之，变电所综合自动化是集保护、测量、控制、远运等为一体通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。1.功能综合化变电所综合自动化系统是各技术密集，多种专业技术相互交叉、相互配合的系统。它是建立在计算机硬件和软件技术、数据通信技术的基础之上发展起来的。它综合了变电所内除一次设备和交、直流电源以外的全部二次设备。微机监控子系统综合了原来的仪表屏、操作屏、模拟屏和变送器柜、远动装置、中央信号系统等功能；微机保护子系统代替子电磁式或晶体管式的保护装置；微机保护子系统和监控

34、系统相结合，综合了故障录波、故障测距、无功电压调节和中性点非直接接地系统等子系统的功能。2.结构分布、分层化综合自动化系统是一个分布式系统，其中微机保护、数据采集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计的，每个子系统可能有多个 CPU同时并列运行，以实现变电站自动化的所有功能，这样一个由庞大的CPU群构成了一个完整的、高度协调的有机综合（集成）系统。这样的综合系统往往有几十个甚至更多的CPU同时并列运行，以实现变电站自动化的所有功能。另外，按照变电站物理位置和各子系统功能分工的不同，综合自动化系统的总体结构又按分层原则来组织。典型的分层原则是将变电站自动化系统分为两层，即变电层和间隔

35、层，也可分为三层，即变电站层、通信层、和间隔层。由此可构成分散（分布）式综合自动化系统。3.操作监视屏幕化变电所实现综合自动化后，不论是有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电所内就是在主控室或调度室，面对彩色显示器，对变电站的设备和输电线路进行全方位的监视与操作。常规庞大的模拟屏被显示器屏幕上的实时主接线画面取代；常规的在断路器安装处或控制屏进行的跳、合闸操作，被显示器屏幕上的鼠标操作或键盘操作所取代；常规的光字牌报警信号，被显示器屏幕画面闪烁和文字提示或语言报警所取代，即通过计算机的显示器屏幕显示，可以监视全变电站的实时运行情况和对各开关设备进行操作控制。4.通信系统网络化、光缆化计算机局

36、域网络技术、现场总线技术及光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍应用。因此，系统具有较高的抗电磁干扰的能力，能够实现高速数据传送、满足实时性要求，容易扩展，可靠性大提高，而且大大简化了常规变电站繁杂的各种电缆连接，方便施工。5.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、自动报表、电压无功自动调节、小电流接地选 线、事故判别与处理方面，还表现在能够在线自诊断，并不断将诊断的结果送往远方的主控端。这是区别与常规二系统的重要特征。简而言之，常规二次系统只能监测一次设备，而本身的故障必须靠维护人员去检查、去发现；而综合自动化系统不仅能监测一次设备，还能每时每刻检测自己是否有故障，充

37、分体现了其智能性。综合自动化系统打破了传统二次系统各专业界限和设备划分原则，改变了常规保护装置不能与调度中心通信的缺陷。6.测量显示数字化长期以来，变电所采用指针式仪表作为测量仪器，其准确度低、读数不方便。采用微机监控系统后，彻底改变了原来的测量手段，常规指针式仪表全被显示器上的数字显示所代替，直观、明了。而原来的人工抄表记录则完全由打印、报表所代替。这不仅减轻了值班人员的劳动，而且提高了测量精确度和管理的科学性。正是由于变电所综合自动化系统具有的上述明显特征，使其发展具有强劲的生命力。因此，变电所综合自动化将成为今后新建变电主导技术，同时也是变电所改造的首选产品。（二）变电所综合自动化系统的

38、结构形式从变电所综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分层分布式、分散集中式、完全分散分布式；从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔上安装等形式。1集中式变电所综合自动化系统集中式结构的变电所综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电所的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能，集中结构也并非指由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微机完成的，只是每台微机承担的任务多一些。例如监控机要负担数据采集、数据处理、

39、开关操作、人机联系等多项任务；担任微机保护的计算机，可能一台微机要负责几回低压线路的保护等。这种结构形式主要出现在变电所系统问世的初期，如图2-1所示。这种结构形式是按变电所的规模配置相应容量、功能的微机保护装置和监控主机及数据采集系统，它们安装在变电所主控室内。主变压器、各种进出线路及所内所有电气设备的运行状态经电缆传关到主控制室的保护装置或监控计算机上，并与调度中心的主计算机进行数据通信。当地监控计算机完成当地显示、控制和制表打印等功能。集中式综合自动化系统的缺点是(1)计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。(2)集中式结构，软件

40、复杂，修改工作量大，调试难度大。(3)动态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电所，软、硬件都必须另行设计，工作量大，因此影响了批量生产，不利于推广。(4)集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观、不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦。因此，集中式综合自动化系统，适合于小型变电所的新建或改造。2. 分层分布结构集中组屏的变电所综合自动系统随着微机技术和通信技术的发展，特别是在20世纪80年代后期，单片机的性能价格比越来越高，给变电站综合自动化系统的研究和开发工作注入了新的活力，使研制者有条件将微机保护单元和数据采集单元按一次回路进行设计。所谓分布式结构，是在结构

41、上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力、解决了集中式结构独立CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。按照IE61850变电所通信网络和系统协议，变电所能通信体系分为三层：变电站层、间隔层、设备层：这就是所谓的分层式结构。在变电所综合自动系统中，通常把继电保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能综合在一起的装置称为保护单元，而把测量和控制功能综合在一起的装置称为保护单元，两者通称为间隔单元。设备层主要是指变电所内的变压器和断路器、隔离开关及辅助触点，电流互感器、电压互感器等一

42、次设备，图22是变电所综合自动化系统的分层构示意图 间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，包括测量、控制和继电保护部分。测量、控制部分负责单元的测量、监视、断路器的操作控制和连锁及事件顺序记录等；保护部分负责该单元线路或变压器或电容器的保护、各种录波等。因此，间隔层本身是由各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过总线接到变电站层。变电所层由一台或多台微机组成，这种微机操作简单方便、界面汉化。3. 中、小型变电所的分层分布式集中组屏结构分层分布式系统集中组屏结构是把整套综合自动化系统按其功能组装成多个屏（或称柜），例如主变压器保护屏（柜）、线路保护屏、数据采集屏、出中屏等。一般

43、来说，这些屏都集中安装在主控室中，我们把这种结构称为“分布集中式结构”，其系统结构如图2-3所示：图2-3所示的系统采用按功能划分的分布式多CPU系统，每个功能单元基本上由一个CPU组成，也有一个功能单元由多个CPU完成的，例如主变压器保护，在主保护和多种后保护，因此由2个或2个以上CPU完成不同的保护功能，这种按功能设计的分散模块化结构具有软件相对简单、调试维护方便、组态灵活、系统整体可靠性高等特点。由图2-3可知，在综合自动化系统的管理上，采取分层（级）管理的模式，即各保护功能单元由保护管理机直接管理。一台保护管理机可以管理多个单元模块。它们之间可以采用总连接，如RS-485总线、CAN总

44、线等；而交流采样，由数采控制机负责管理；开关屏和控制屏分别处理开入/开出的信息。保护管理机和数采控制机以及控制处理机等是处于单元层的第二层结构。正常运行时，保护管理机监视各保护单元的工作情况，一旦发现某一保护单元本身工作不正常，立即报告监控机，并报告调度中心。如果某一保护单元有保护动作信息，也通过保护管理机，将保护动作信息送往监控机，再送往调度中心。调度中心或监控机也可通过保护管理机下达修改保护定值等命令。数采控制机和开关量采集处理机则将数采单元和开关单元采集的数据和开关状态送给监控机和送往调度中心，并接受由调度或监控机下达的命令。总之，这第二层管理机的作用是可明显减轻监控机的负担，协助监控承

45、担对间隔层的管理。变电所的监控主机或称上位机，通过局域网络与保护管理机和数采控制机以及控制处理机通信。监控机在无人值班变电站，主要负责与调度中心的通信，使变电站综合自动化系统具有RTU的功能，完成四遥的任务；在有人值班的变电站，除了仍然负责与调度中心通信外，还负责人机联系，使综合自动化系统通过监控机完成当地显示、制表打印、开关操作等功能。4. 大型变电所分层分布式集中组屏结构用于大型变电所的综合自动化系统则在变电站管理层可能没有通信控制机，专门负责与调度中心通信，并设有工程师机，负责软件开发与管理功能，另外在功能间隔层可能还有各种录波装置等。5. 新型的综合自动化系统结构分散分布式与集中相结合

46、的综合自动化系统结构，目前国内外最为流行、结构最为合理的、比较先进的一种综合自动化系统。它是采用“面向对象”即面向电气一次回路中各数据或电气间隔（如一条出线、一台变压器、一组电容器等）的方法进行设计的，间隔层中各数据采集、监控单元和保护单元做在一起，设计在同一机箱中，并将这种机箱就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近。这样各间隔单元的设备相互独立，仅通过光纤或电缆网络由站控机对它们进行管理和交换信息，这是将功能分布和物理分散两者有机结合的结果。通常，能在间隔层内完成的功能一般不依赖通信网络，如保护功能本身不依赖于通信网络，这就是分散式结构。而完全分散式的综合自动化系统结构是另一种正在发展的新

47、技术，硬件结构为完全分散式的综合自动化系统，是指变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位，将保护、控制、输入/输出、闭锁等单元就地分散安装在主设备的开关柜上，安装在主控制室的主控单元通过现场总线与分散的单元进行通信，主控单元通过网络与监控主机联系，其结构示意图如图2-4所示。这种完全分散式结构的综合自动化系统在实现模式上强分为两种：一种是保护相对独立、测量和控制合二为一；另一种是保护、测量是、控制完全合一，实现变电所自动化的高度综合。目前变电所综合自动化系统的功能和结构都在不断地向前发展，全分散式的结构一定是今后发展的方向，主要是因为：(1).分层分散式的自动化系统有突出的优点。(2).随着

48、新设备、新技术的进展如电光传感器和光纤通信技术的发展，使得原来只能集中组屏的高压线路保护装置和主变压器保护也可以考虑安装于高压设备附近，并利用是益发展的光纤技术和局域网技术，将这些分散在开关柜的保护和集成功能模块联系起来，构成一个全分散化的综合自动化系统，这变电所实现高水平、高可靠性和低造价的无人值班创造更有利的技术条件。6. 变电所综合自动化的系统要求及功能根据变电所综合自动化系统的特点，变电所综合自动化系统应满足以下要求:(1)变电所综合自动化系统与其它自动化系统间应有接口。变电所内反映系统运行状况的实时信息应能通过变电所综合自动化系统采集并传送到调度自动化系统，调度中心要向变电所发遥控和

49、遥调命令以及修改各种定值。都要求变电所综合自动化系统与其它自动化系统建立通信.(2)变电所综合自动化系统应能采集多种类型的信息。包括:正常运行和操作时供操作人员了解的一些稳态信息，它反映的是工频量的有效值，采样周期相对较长;继电保护，用于事故分析和故障检测需要的暂态信息，它反映的是工频量的波形变化和瞬时值，其中含有负序、零序和高次谐波分量，采样频率和精度高;另外，还有一些温度、瓦斯、压力、流量等信号。(3)变电所综合自动化系统应能简化运行操作。通过变电站综合自动化系统简化控制命令，识别必要条件从而实现闭锁、连续和顺序等协调操作，减少误操作，加速和简化事故处理，提高运行的安全性和可靠性。(4)变

50、电所综合自动化系统应能灵活地改变控制策略。由于一次设备或二次设备的变更，运行方式发生变化，需要改变操作规则和保护配置方案等。(5)变电所综合自动化系统的某些环节故障对变电站进行有效控制的影响程度要小。设计控制方案应顾及某个环节失效而自动采取相应对策，允许人工干预。7. 变电所综合自动化系统应具有先进性。基本功能应能满足现场提出的检测、控制及通信的要求，在确定功能时要结合需要与可能两个方面，在技术容许的条件下力求达到先进水平，充分发挥微机的作用和潜力。变电所综合自动化系统应具有以下功能:(1).微机保护功能包括馈线保护、母线保护、变压器保护、备用电源自投等等。这是变电站综合自动化首要实现的功能，

51、对于保证变电站正常运行起着重要的作用。(2).数据采集包括状态量、模拟量和脉冲量的采集。状态量包括断路器的状态、隔离开关的状态和接地刀闸的状态。模拟量包括各段母线的各相电压，各进线出线回路的电流值、功率值、频率与相位等电量参数以及变压器的瓦斯值、温度、压力等非电量参数。脉冲量指的是电度量的采集。(3).事故记录和故障录波事故记录包括保护动作的序列记录SOE（Sequence of event）开关跳合记录，时间分辨率一般都是毫秒级。当出现电网故障时（如接地短路故障），能记录故障前后的一段时间的电流、电压波形，供事故分析。(4).远方整定保护定值对各种微机保护装置，可在当地或者远方设置一组或多组

52、保护定值，并可在当地或者远方显示、切换整定值。(5).控制和操作可对断路器和隔离开关的分、合进行操作，对变压器分接头进行调节控制，对电容器组进行切换。(6).与远方调度中心通信实现远动装置的常规遥测、遥信、遥控功能，即将采集的模拟量、状态量以及脉冲量实时的传送到调度中心，并接受上级调度中心的控制和调节操作命令。若有事故发生，如发生开关变位事故或数字量越限时则插入优先发送，及时向调度中心报警。此外还将故障录波和其它继电保护信息送往调度中心，同时接受调度中心发来的修改继电保护整定值的修改命令等。(7).用微机保护装置替代了由分列元件组成的继电保护屏，取消了常规的控制屏、远动屏和中央信号系统，变电站

53、的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所的综合应用，变电所的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，方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。四、变电所监控系统的总体设计原则（一）主接线的选择1. 主接线的设计原则和要求发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 电气主接线的设计原则：应根据发电厂和变电所所在电力系统的地位和作用。首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求，根据规则容量，本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要

54、性，保证供需平衡，电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规则与要求等条件确定，应满足可靠性、灵活性和经济型的要求。电气主接线的主要要求： （1）可靠性：可靠性的客观衡量标准时运行实践主接线的可靠性是其组合元件（包括一次不分和二次部分）在运行中可靠性的综合，因此要考虑一次设备和二次部分的故障及其对供电的影响，衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是： 断路器检修时，是否影响供电、停电的范围和时间 线路、断路器或母线故障以及母线检修时，停电出线回路数的多少和停电时间长短，能否保证对重要用户的不间断供电。 发电厂、变电所全部停电的可能性。、（2）灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可

55、靠方便，调度灵活，电气主接线的灵活性要求有以下几方面： 调度灵活、操作方便，应能灵活地投切某些元件，调配电源和负荷能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调整要求。 检修安全，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时使一次和二次设备等所需的改造最少。（3）控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资，要适当限制经济型：通过优化比选，应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少，在满足技术要求的前提下，要做到经济合理。 投资省，电气主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资，要使短路电流，一边选择价格合理的电气设备。 占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创

56、造条件，以便节约地和节省架构、导线、绝缘小及安装费用，在运输调节许可的地方都应采用三相变压器。 电能损耗少，经济合理的选择变压器的型式、容量和台数，避免因两次变压而增加投资。2. 主接线的拟定待设计变压所为一座35KV降压变电所，以10KV电缆线各车间供电，距改变电所6KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线向待设计的变电所供电，在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA，待设计变电所的高压部分为二进二出回路，为减少断路器数量及缩小占地面积，可采用内桥接线和外桥接线，变电所的低压部分为二进八处回路，同时考虑以后装设两组电容量要预留两个出线间隔，故10KV回路应至少设有

57、10回出线，其中，一车间和二车间为类负荷，其余为类负荷，其主接线可采用单母不分段接线，单母分段接线和单母分段带旁路接线，综上所述，该变电所的主接线形式初步拟定为6种，如下图2-1所示图2-1（a）方案一 单母线接线图2-1（b）方案二 单母线分段接线图2-1（c）方案三 单母线分段接线带旁路母线3主接线的比较与选定 内桥线路的特点： 线路操作方便 正常运行时变压器操作复杂 桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元间失去联系。内桥接线试用于两回进线两回出线且线路较长，故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的发电厂和变电站中。（2）外桥接线的特点： 变压器操作方便 线路投入与切除时，操作复杂 外桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系。外桥接线适用于两