变电站综合自动化概述资料

1、备要铁叁职业林东等龙早业做计（给题目：变电站综合自动化系统概述系别：专业（班级）：学生姓名：学号： 指导教师: 完成日期:摘要电网是一个不可分割的整体，对整个电网的一、二次设备信息进行综合利 用，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。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。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等 高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统， 已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检查、故障录波、事件记录、 运行监视和控制管理等更强健的功能。发展和完善变电

2、站综合FI动化系统，是电 力系统发展的新的趋势。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，随着电网改造的深入，鸡西电业局在2010年所有变电站均将完成综 自化改造，实现变电所的综合自动化，进而实施无人值班，减轻人员紧缺压力， 提高企业生产效益。但同样也不可避免地带来了一些问题，本文阐述了当前我局 变电站综自动化系统实际应用情况和存在的若干问题，并针对这些问题提出了一 些建议。本文介绍了变电站综合自动化的基本概念，以及变电站综合自动化有关的技术 要求和基本的功能配置，结合我国变电站自动化的研究及应用现状，对其在工程 应用中存在的问题进行了探讨，并提出相应的理解及

3、认识。关键词：变电站；综合自动化；数字化目 录 TOC o 1-5 h z 摘 要-1 - HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 目 录2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 引言-1 - HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1绪论-2- HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2变电站综合自动化的发展-3- HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 早期的远动设备-3-

4、HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 中期的变电站远动（监控）技术-3- HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 现在的变电站自动化技术-4-3变电站综合自动化系统的结构形式-5-变电站综合自动化系统的设计原则-5- HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 综合自动化系统的硬件结构-6-2. 1集中式的结构形式-6-2. 2分层分布式的机构形式-8 -2.3全分散式的结构形式-10- HYPERLINK l bookmark29 o Current Docume

5、nt 4变电站综合自动化系统应能实现的功能-11-微机保护-11- HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 数据采集-11- HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 事件记录和故障录波测距-11- HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 控制和操作闭锁-11- HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 5同期检测和同期合闸-12- HYPERLINK l bookmark39 o Current Document . 6电

6、压和无功的就地控制-12 - HYPERLINK l bookmark41 o Current Document .7数据处理-12- HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 8系统的自诊断功能-12- HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 9与远方控制中心的通信-12- HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 10防火、保安系统-12-5变电站综合白动化系统数据采集-13-模拟量输入及输出电路-13- HYPERLINK l bookmark52 o Curr

7、ent Document 开关量的检测-16-2. 1开关量的输入/输出控制方式-16-2.2开关量采集电路-18- HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 5.3脉冲量输入电路-20- HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 6变电站自动化系统存在的问题-22- HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 7变电站自动化系统的新发展-23- HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 智能化的一次设备-23- HYPERLIN

8、K l bookmark62 o Current Document 网络化的二次设备-23- HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 自动化的运行管理系统-23- HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 8结论-24- HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 致谢-25- HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 参考文献-26-引言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

9、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。现有的变电站有三种运行形式:一种是常规变电站;一种是部分实 现微机管理、具有一定自动化水平的变电站：再有另一种就是全面微机化的综合 自动化变电站。在常规变电站中，其继电保护、中央信号系统、变送器、远动及 故障录波装置等所有二次设备都是采用传统的分立式设备，且站内配置有大量 控制、保护、计量用屏盘。使设备设置复杂、重复。占地面积大，口常维护管理 工作繁重。这种常规变电站的一个致命弱点是不具有自诊断能力，对二次系统本 身的故障无法检测。为了预防这种故障，需要频繁地定期进行各种试验和调试, 而一旦出现了所料未及的设备故障，便会给整个变电

10、站的运行带来灾难性的后 果。所以变电站实现微机自动化是必然的选择。变电站是电力网中线路的连接点，承担变换电压、变换功率和汇集、分配 电能的作用，它的运行情况直接影响到整个电力系统的安全、可靠、经济运行。 然而一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上是取决于其二次设备的工作性 能。现有的变电站有三种形式：一种是常规变电站：一种是部分实现微机管理、 具有一定自动化水平的变电站：再有另一种就是全面微机化的综合自动化变电 站。对于常规变电站其致命弱点即不具有自诊断能力、故障记录分析、能力和资 源共享能力，对二次系统本身的故障无法检测，也不能全面记录和分析运行参数 和故障信息。而全面微机化的综合自动化变电

11、站，是以微机化的二次设备取代了 传统使用的分立式设备。集继电保护、控制、监测及远动等功能为一体，实现了 设备共享，信息资源共享，使变电站的设计简扰、布局紧凑，实现了变电站更加 安全可靠的运行。同时系统二次接线简单，减少了二次设备占地面积，使变电站 二次设备以崭新的面貌出现。1绪论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。近年来，随着电网运行水平的提高，各级调度中心要求更多的信息，以便及 时

12、掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性，进而要求更多地采用远 方集中控制，操作，反事故措施等，即采用无人值班的管理模式，以提高劳动生 产率，减少人为误操作的可能，提高运行的可靠性。另一方面，当代计算机技术, 通讯技术等先进技术手段的应用，己改变了传统二次设备的模式，为简化系统， 信息共享，减少电缆，减少占地面积，降低造价等方面已改变了变电站运行的面 貌。基于上述原因，变电站自动化由“热门话题”已转向了实用化阶段，电力行 业各有关部门把变电站自动化做为一项新技术革新手段应用于电力系统运行中 来，以满足电力系统中的要求。90年代以来，世界各国新建变电站大部分采用了全数字化的二次设备：相 应

13、地采用了变电站自动化技术；我国开展变电站综合自动化的研究及开发相比世 界发达国家较晚，但随着数字化保护设备的成熟及广泛应用，调度自动化系统的 成熟应用，变电站自动化系统已被电力系统用户接受使用，但在电力部门使用过 程中大致有两方面的原则：(1)、中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人 增效的目的；(2)、对高压变电站(220kV及以上)的建设和设计来说，是要求用先进的 控制方式，解决各专业在技术上分散、自成系统，重复投资，甚至影响运行可靠 性。并且在实际的工程中尚存在以下主要问题：功能重复，表现在计量，远动和当地监测系统所用的变送器各H设置，加 大了 CT, PT负载，投

14、资增加，并且还造成数据测量的不一致性：远动装置和微 机监测系统一个受制于调度所，一个是服务于当地监测，没有做到资源共享，增 加了投资且使现场造成夏杂性，影响系统的可靠性； 缺乏系统化设计而是以一种“拼凑”功能的方式构成系统，致使整个 系统的性能指标不高,部分功能及系统指标无法实现。对变电站综合H动化系统的匚程设计缺乏规范性的要求，尤其是系统的各 部分接口的通信规约，如涉及到不同厂家的产品，则问题更多，从而导致各系统 的联调时间长.对将来的维护及运行都带来了极大的不便，进而影响了变电站自 动化系统的投入率。2变电站综合自动化的发展早期的远动设备早期的远动技术可以追溯到20世纪40年代至70年代期

15、间，是在自动电话 交换机和电子技术基础上逐步发展起来的，最早用于电力工业的远动设备便是由 电话继电器、步进器和电子管为主要元器件组成的。随着半导体技术的发展，60 年代开始出现晶体管无触点式远动设备，70年代出现集成电路远动设备。这一 阶段的远动设备有如下主要特点：不涉及软件，设备都是由硬件制造的，即非智 能硬线逻辑方式；核心硬件是晶体管以及中小规模集成电路芯片，其中晶体管开 始采用楮管，后来过渡到硅管，而集成电路芯片开始采用PM0S技术芯片，后来 采用CMOS技术和TTL技术；其设计理念是面向全站，而不是面向元件或者间隔， 因此都采用集中组屏方式：置.于厂站端的终端设备与置于远方控制中心或调

16、度中 心的接收设备均为一对一方式；远动设备内部各部分之间以并行接口技术为主， 很少或几乎不使用串行接口技术：与远方控制中心或调度中心之间的通信以电力 线载波技术为主，且多为复用；大部分远动设备只完成遥测与遥信二遥功能，少 部分具有遥控遥调的所谓四遥功能。早期的远动设备由被控站远动设备及厂站远动设备、控制站远动设备、远动 通道三部分组成：（1）被控站远动设备及厂站的远动设备包括远动主设备、调制解调器和过 程设备三部分。过程设备乂包括信息输入设备（如变送器等）、信息输出设备（如 执行盘等）以及调节器，人们习惯上又将被控站远动设备称为远动终端，即RTU。（2）控制站远动设备包括远动主设备、调制解调器

17、以及人机设备三部分。 人机设备有模拟屏、数字显示设备、打印机、记录仪表及控制操作台等。控制站 远动设备乂称主站，它接收被控站送来的遥测、遥信信息，经处理后反映到模拟 屏、数字显示设备、打印机、记录仪表上，让调度员通过操作控制台发出命令， 送往被控站，进行遥控、遥调操作。（3）远动通道包括控制站和被控站的调制解调器（MODEM）和传输线路。远 动通道又称数据电路，通常通过远程通信系统来实现。2中期的变电站远动（监控）技术20世纪80年代到90年代，由于微处理器芯片（CPU）和各种作为外围电路 的大规模集成电路的出现和应用，远动技术从早期方式进入了中期发展阶段。同 时它乂与个人计算机（PC）相结合

18、，出现了所谓数据采集与监控系统，即SCADA 系统。广义的SCADA系统不仅包括这里所述的远动设备，也包括调度自动化中完 整的主站系统。这意味着远动将向提高传输速度、提高编译码的检纠错能力、应 用智能控制技术对所采集的数据进行预处理和正确性检验等方向发展，这样远动 一词也逐渐为监控所取代。中期远动技术有如下主要特点：以单或多微处理芯片 CPU （8/16/32位）和嵌入式软件为核心：PC的应用提高了远动设备的应用水平, 拓宽了远动技术的应用空间；在采用多处理器设计时，设备内部逐渐从并行接口 转向串行接口技术；设计理念仍然面向全厂或全站，所以仍然采用集中组屏方式; 厂站端的终端设备与远方调度中心

19、或控制中心的接收逐步从一对一方式发展为 一对N方式，即一台或两台前置接收设备可以接收多达32个以上厂站端设备： 与调度中心或远方控制中心之间的通信方式除了电力线载波之外还有了其它诸 如微波、特高频、邮电线路、光纤等多种方式；远动功能由二遥发展到四遥且增 加了若干附加功能。2.3现在的变电站自动化技术20世纪末到21世纪初，由于半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术飞 速发展，变电站自动化技术也己从早期、中期发展到当前的变电站自动化技术阶 段。其重要特点是：以分层分布结构取代了传统的集中式：把变电站分为两个层 次，即变电站层和间隔层，在设计理念上不是以整个变电站作为所要面对的目标, 而是以间隔和

20、元件作为设计依据，在中低压系统采用物理结构和电器特性完全独 立，功能上既考虑测控乂涉及继电保护这样的测控保护综合单元对应一次系统中 的间隔出线，在高压超高压系统，则以独立的测控单元对应高压或超高压系统中 的间隔设备；变电站层主单元的硬件以高档32位工业级模件作为核心，配大容 量内存、闪存以及电子固态盘和嵌入式软件系统；现场总线以及光纤通信的应用 为功能上的分布和地理上的分散提供了技术基础：网络尤其是基于TCP/IP的以 太网在变电站自动化系统中得到应用；智能电子设备（IED）的大量应用，诸如 继电保护装置、自动装置、电源、五防、电子电度表等可视为IED而纳入一个统 一的变电站自动化系统中：与继

21、电保护、各种IED、远方调度中心交换数据所使 用的规约逐渐与国际接轨。这个时期国内代表产品有CSC系列、NSC系列及BSJ 系列。3变电站综合自动化系统的结构形式3.1变电站综合自动化系统的设计原则近年来由于计算机技术和通信技术迅猛发展，变电站综合自动化系统的技术 水平有了很大的提高，体系结构也不断改进，目前已有不少变电站实现了不同程 度的自动化，也有不少高校、研究单位和制造厂投入到变电站综合自动化系统的 研究和制造工作中，对它的设计原则、要求和看法，也积累了不少成功的经验。为了达到变电站综合自动化的总目标，自动化系统应满足一下要求。（1）变电站综合自动化系统应能全面代替常规的二次设备。综合自

22、动化系统 应集变电站的继电保护、测量、监视、运行控制和通信于一个分级分布式的系统 中，此系统由多个微机保犷子系统、测量子系统、各种功能的控制子系统组成， 应能代替常规的继电保护、仪表、中央信号、模拟屏、控制屏和运行控制装置， 才能提高变电的技术水平和可靠性。（2）变电站微机保护的软、硬件设置既要与监控系统相对独立，乂要相互 协调。微机保护是综合自动化系统中很重要的关键环节，因此其软、硬件配置要 相对独立，即在系统运行中，继电保护的动作行为仅与保护装置有关，不依赖于 监控系统的其他环节，保证综合自动化系统中，任何其他环节故障只影响局部功 能的实现，不影响保护子系统的正常工作。但与监控系统要保持紧

23、密通信联系。（3）微机保护装置应具有串行接口或现场总线接口，向计算机监控系统或 RTU提供保护动作信息或保护定值等信息。（4）变电站综合自动化系统的功能和配置，应满足无人值班的总体要求。随 着我国电力工业进入大电网、大机组的时代，无人值班变电站的实施已成为电网 调度自动化深入发展的必然趋势，是电网调度管理的发展方向。传统的四遥装置, 无论从可靠性、测量精度、传输速率和技术水平等方面，都不能满足现代化电网 调度、管理的要求。变电站综合自动化系统的功能设计，要从电力系统的安全、 稳定运行、提高经济效益等综合指标和提高电网基础自动化水平的综合要求出 发，其软、硬件的配置必须考虑具备与上级调度通信的能

24、力，必须具备RTU的 全部功能，以便满足和促进变电站无人值班的实施。（5）有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。（6）必须保证综合自动化系统具有高的可靠性和强的抗干扰能力。变电站安 全运行是变电站设计的基本要求，为此，在考虑系统的总体结构时，要注意主、 次分清。对关键环节，要有一定的冗余。综合自动化系统中的各个子系统要相对 独立，一旦系统中某部分出现故障应尽量缩小故障影响的范围并能尽快修复故 障。为此，各子系统应具有独立的故障自诊断和自恢复功能，任一部分发生故障 时，应通知监控主机发出警告指示，并能迅速将自诊断信息送往控制中心。(7)系统的可扩展性和适应性要好。随着我国经济建设的发展，每年有

25、不少 新建变电站要设计、建设和投产，它们需要有技术先进、功能齐全、性能价格比 高的自动化系统提供选用。止匕外，每年有大量各式各样的老站需要改造，这些老 站由于其投资水平不同，在系统中的地位和原来采用的设备以及基础各不相同， 因此要求自动化设备应能根据变电站不同的要求，组成不同规模和不同技术等级 的系统。(8)系统的标准化程度和开放性能要好。研究新产品时，应尽量符合国家或 部频标准，使系统开放性能好，也便于升级。(9)必须充分利用数字通信的优势，实现数据共享。数据共享应该是综合自 动化系统发展的趋势，只有实现数据共享，才能简化自动化系统的结构，减少设 备的重复，才能降低造价。(10)变电站综合自

26、动化系统的研究和开发工作，必须统一规划，统一指挥。 变电站综合自动化系统是一项技术密集，涉及面广、综合性很强的基础自动化工 程。在研究、开发和应用过程中，各专业要互相配合，避免各自为战，整个系统 才能协调工作，对系统的信息才能集中管理和共享，避免不必要的重复和相互的 干扰。3.2综合自动化系统的硬件结构变电站综合自动化系统的发展过程与集成电路技术、微计算机技术、通信技 术和网络技术密切相关。随着这些高科技的不断发展，综合自动化系统的体系结 构也不断发生变化，其性能和功能以及可靠性等也不断提高。从国内外变电站综 合H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、和全分散式 等三种类型。

27、3. 2.1集中式的结构形式集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口 电路，集中采集变电站的模拟量、开关俩个和数字量等信息，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，集中式结构也并非指 由一天计算机完成保护、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卫星计算机完成的，只是每台微计算机承 担的任务多些。例如监控机要负担数据采集、数据处理、开关操作、人机联系等 多项任务：担负微机保护的计 算机，可能一台微机要负责几回低压线路的保护 等。随着微处理器的发展、微型计算机的性能价格比迅速优于小型机后，才开始

28、发展以微处理器为核心的变电站自动化系统。线 路 TV TA断 路 器 分 开 状保 护 出 U模 拟 最 输 入断路器 和隔离 开关状 态输入继电 保护 信息 输入输出接II模入接口.遥信控制器主 变 压 器TV TA各种保护装置监控主机出口继电器图2.1集中式结构的综合自动化系统框图这种集中式的结构式更具变电站的规模，配置相应容量的集中式保护装置和 监控主机及数据采集系统，它们安装在变电站中央控制室内。主便延期和各进出线及站内所有电器设备的运行状态，通过TA、TV经电缆 传送到忠言控制室的保护装置和监控主机。继电保护动作信息往往是取保护装置 的信号继电器的辅助触点，通过电缆送给监控主机。这种

29、系统的主要功能即特点是：(1)能实时采集变电站中各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和 实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。(2)完成对变电站主要设备和进出线的保护任务。(3)集中式结构紧凑、体积小、可大大减少占地面积。(4)造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电站更为有利。集中式结构最大的缺点是：(1)每台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，软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦。(3)组态不灵活，对不同主线或规模不同的变电站，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)

30、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，只适合于保护算法比 较简单的情况。3. 2. 2分层分布式的机构形式在分层分布式结构的变电站综合自动化系统中，将整个变电站的一次、二次 设备分为3层，即变电站层、间隔层、和设别层。在所分的3层中，变电站层称 为2层，间隔层为1层，设备层位0层。每一层由不同的设备或不同的子系统组 成，完成不同的功能。图2.2所示为变电站一、二次设备分层结构示意图。设备层主要指变电站内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，也包括 电流互感器、电压幅干起等一次设备。间隔层一般按断路器间隔来划分，具有

31、测量、控制部件或继电保护部件。测 量、控制部分完成该单元的测量、监视、操作控制、联锁及事件顺序记录等功能: 保护部分完成该单元线路或变压器或电容器的保护、故障记录等功能。因此，间 隔层本身是由各种不同的单元装置组成的，这系统独立的单元装置直接通过局域 网络或串行总线与变电站层联系；也可能设有数采管理机或保护管理机，分别管 理各测量、监视单元和各保护单元，然后集中由数采管理机和保护管理机与变电 站层通信。间隔层本身实际上就是两级系统的结构。变电站层包括站级监控主机、远动通信机等。变电站层设现场总线或局域网, 供各主机之间和监控主机与间隔层之间交换信息。变电站综合自动化系统主要位 于1层和2层。变

32、电站层的有关自动化设备一股安装于控制室，而单元层的设备 宜安装于靠近现场，以减少控制电缆长度。至现场通信技术在变电站的成熟使用 前，单兀层的设备仍宜安装在变电站控制室，从而形成了分层分布是系统集中组 屏的机构。分层分布式系统集中组屏结构的变电站综合自动化系统有特点如下：(1)分层分布式的配置为了提高综介自动化系统整体的可靠性，系统采用按功能划分的分布式多 CPU系统。系统的功能单元包括：各种高低压线路保护单元：电容裾保护单元: 主变压器保护单元；备用电源自投控制单元；低频减负荷控制单元：电压无功控 制单元：数据采集与处理单元；电能计量单元等等。每个功能单元基本上由一个 CPU组成，多数CPU采

33、用单片机。主变压器保护等少数功能单元由多个CPU完 成。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。监控主机远动主机故障滤波保 护 单 元保 护 单 元TV/TA高压设备TV/TA高压设备TV/TA断路器 TV/TA断路器图2. 2变电站一、二次设备的分层结构(2)继电保护相对独立继电保护装置是电力系统中可靠性要求非常高的设备。根据国际大电网会议 要求，在综合自动化系统中，继电保护单元宜相对独立，其功能不依赖于通信网 络或其他设备。在分层分布式系统集中组屏结构的变电站综合自动化系统中，各 保护单元由独立的电源，保护的输入仍由电流互感器和电压

34、互感畏通过电缆连接，输出跳闸命令也通 过常规的控制电缆送至断路器的跳闸线圈，保护的启动、测最和逻辑功能独立实 现，不依赖通信网络交换信息。保护装置通过通信网络与保护管理机传输的只是 保护工作信息或记录数据。为了无人值班的需要，也可通过通信接口实现远方读 取和修改保护整定值。(3)具有与控制中心通信功能合自动化系统本身已具有对模拟量、开关量、电能脉冲曷进行数据采集和数 据处理的功能，也具有收集继电保护动作信息、事件顺利记录等功能，因此，不 需要独立的RTU装置为调度中心采集信息，而将综合自动化系统采集的信息直 接传送给调度中心，同时也可接受调度中心下达的控制、操作命令和在线修改保 护定值命令，并

35、加以执行。(4)可靠性高由于采用模块化结构，各功能模块都由独立的电源供电，输入/输出回路都相互独立，任何一个模块故障，只影响局部功能的实现，不影响全局，系统的可 靠性得到提高。（5）维护管理方便分层分布式系统采用集中组屏机构，全部安装在控制室内，工作环境较好， 电磁干扰相对开关柜附近较弱，维护和管理方便。（6）需要电缆较多对于规模较大的变电站，由于设备分布较广，安装时需要的控制电缆相对较 多，增加了电缆投资。3. 2. 3全分散式的结构形式硬件结构为完全分散式的综合自动化系统，是指以变压器、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 在一次主设备的开

36、关屏上，安装在主控制室内的主控单元通过现场总线与这些分 散的单元进行通信，主控单元通过网络与监控主机联系，如图2.3所示。图2.3完全分散式变电站综合自动化系统结构这种完全分散式结构的综合自动化系统在实现模式上可分为两种：一种是保 护相对独立，测量和控制一体，例如SIEMENS的LSA678,国内的DISA-2BJ-F3 型等系统：另一种是保护、测量、控制完全合一，实现变电站自动化的高度综合, 例如ABB公司的SCSI00. SCSS200等系统。这种完全分散型结构的综合自动化系统的主要特点是：（1）系统部件完全依主设备分散安装。（2）节约控制室面积。（3）节约二次电缆。（4）综合性强。4变电

37、站综合自动化系统应能实现的功能4.1微机保护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。4.2数据采集（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（1-232或1485） 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

38、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偷出脉冲，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事件记录和故障录波测距事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳台记录。其SOE分辨率一般在 110ms之间，以满足不同电压等级对S0E的要求。变电站故障录波可根据需要 采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另 一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测 距结果送监控系统由监控系统存储和分析。4.4控制和操作闭锁操作

39、人员可通过CRT屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投 切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留 人工直接跳合闸手段。操作闭锁应具有以下内容：（1）电脑五防及闭锁系统（2）根据实时状态信息，自动实现断路器，刀闸的操作闭锁功能。（3）操作出口应具有同时操作闭锁功能。（4）操作出口应具有跳合闭锁功能。5同期检测和同期合闸该功能可以分为手动和自动两种方式实现。可选择独立的同期设备实现，也 可以由微机保护软件模块实现。4.6电压和无功的就地控制无功和电压控制一般采用调整变压器分接头，投切电容器组，电抗器组，同 步调相机等方式实现O操作方式可手动可自动，人工操作可

40、就地控制或远方控制O 无功控制可由专门的无功控制设备实现，也可由监控系统根据保护装置测量 的电压，无功和变压器抽头信号通过专用软件实现。7数据处理记录历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中 心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：（1）断路器动作次数（2）断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数（3）输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最 大，最小值及其时间。（4）独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间（5）控制操作及修改整定值的记录，根据需要，该功能可在变电站当地全部 实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。4. 8系统的自诊断功能系统

41、内各插件应具有自诊断功能，自诊断信息也象被采集的数据一样周期性 地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心。4. 9与远方控制中心的通信本功能在常规远动“四遥”的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录 波与测距信号的远传等，其信息量远大于传统的远动系统。根据现场的要求，系 统应具有通信通道的备用及切换功能，保证通信的可靠性，同时应具备同多个调 度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM应相互独立。保护和故障录波 信息可采用独立的通信与调度中心相连。4.10防火、保安系统从设计原则而言，无人值班变电站应具有防火、保安措施。变电站综合自动化系统数据采集模拟输入及输出电路变电站综合自动化系统采

42、集的电流、电压、有功功率、无功功率、温度等都 属于模拟量。模拟量的输入电路是综合自动化系统中很重要的电路，综合自动化 装置的动作速度和测量精度等性能都与该电路密切相关。模拟量输入电路的主要 作用是隔离、规范输入电压及完成模/数变换，以便于CPU接口，完成数据采集 任务。根据模/数变换原理的不同，综合自动化装置中模拟量的输入电路有两种方 式：一是基于逐次逼近型AD转换方式（ADC）,直接将模拟量转换为数字量的 变换方式；二是利用电压/频率变换（VFC）原理进行模/数变换方式，将模拟量电 压先转换为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量的一种变换形式。计算机输出的信号以数字的形式给出，而有的执行元件

43、要求提供模拟的电流 或电压，因此采用模拟量输出通道来实现。（1）基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入电路一个模拟量从变电站的主回路到微机系统的内存，中间要经过多个转换环节 和滤波环节。模拟量输入电路的结构框图如图4.1所示。主要包括电压形成电路、 低通滤波电路、采样保持电路、多路转换开关及A/D变换芯片五部分。下面分 别介绍这五部分的工作原理及作用。总线图4.1逐次逼近式模拟量输入电路框图（2）电压形成电路综合自动化装置要从电流互感器（TA）和电压互感器（TV）取得信息，但 这些互感器的二次侧电流或电压不能适应模/数变换器的输入范围要求，故需对 它们进行变换。一般采用中间的变换器将一次设备电压

44、互感器二次侧引来的电 压进一步降低，电流互感器二次侧引来的电流变成交流电流。经低通滤波器及双 向限幅电路，将通过中间变换器降低或转换后的电压变成后面环节中AQ转换芯片所允许的电压范围。一般模/数转换芯片要求输入信号电压为5V或10V,由此可以决定上述各种 中间变换的变比。电压形成电路不仅起电量变换作用，还将一次设备的电流互感 器TA、电压互感器TV的二次回路与微机AD转换系统完全合理，提高抗干扰 能力。图3.3中的稳压管组成双向限幅，使电路后面环节的采样保持器、A/D变 换芯片的输入电压限制在峰一峰值10V或(5V)以内。(3)低通滤波器与采样定理连续时间信号的采样。微机处理的都是数字信号，因

45、此需将随时间连续 变化的模拟量变成数字信号，对模拟量进行采样，将一连续的时间信号x(t)变 成离散的时间信号/(t)o采样时间间隔由采样控制脉冲S(t)来控制，相邻两 个采样的时间间隔称为采样周期，通常用TsL来表示。采样仅是每隔Ts时间久 取一次模拟信号的即时幅值，显然它在每隔采样点上(0, ITs, 2Ts,)的幅 值与输入的连续信号x(t)的幅值是相同的。在变电站综合自动化系统中，对电 压、电流量的采样是以采样周期间隔来表示的。采样周期Ts的倒数是采样频率 fso在综合自动化装置中，被采样的信号x(t)主要是工频50Hz模拟信号，通常 以工频每个周期的采样点数来间接定义采样周期Ts或采样

46、频率fs例如，工频 每个周期采样点数为12次，采样周期Ts=20/12=5/3(ms),采样频率 fs=50*12=600(Hz)o采样定理采样是否成功，主要表现在采样信号x(t)能否真是的反映出原始的连续时 间信号中所包含的重要信息，采样定理就是回答这个问题。变电站综合自动化系 统中小电流接地系统检测装置，要采样的信号时5倍频的电流信号，即 0=5*50=250 (Hz),采样频率至少应选02*250 (Hz)才能保证采样的5倍频 电流信号不失真地还原。低通滤波器的设置电力系统在故障的暂态期间，电压和电流含有较高的频率成分，对所有的高 次谐波成分均不失真地采样，频率需取得很高，这对硬件速度提

47、出很高要求，成 本增高，实际中，大多数综合自动化原理反映工频分量，或者反映某种高次谐 波，因此，在采样之前将最高信号频率分量限制在一定频带内，即限制输入信号 的最高频率。降低采样频率fs, 一方而降低了对硬件的速度要求，另一方面对 所需的最高频率信号的采样不易发生失真。(4)采样保持器数据采集模块中采用等时间间隔采样，实现连续信号采样形成离散时间信 号。在采样过程中需考虑以下几个问题。采样频率的选择方式。根据模拟输入信号中的基波频率与采样频率之间的 关系，采样方式可分为异步采样方式和同步采样方式两种。异步采样：异步采样也称为定时采样，即采样周期Ts,采样频率fs永远 地保持固定不变。在这种采样

48、方式下，采样频率fs不随模拟输入信号的基波频 率变化调整，人为地认为模拟输入信号的基波频率保持不变。在此条件下，通常 采样频率fs为电力系统正常运行时匚频50Hz的整数倍N,即fs=50X （Hz）o也 就是工频50Hz每周期采样的点数为No同步采样：同步采样也称为跟踪采样即保证采样频率fs始终与系统实际运 行频率fl保持固定比例关系N=fs/fL使用采样频率随系统运行的频率变化而 实时调整。这种同步采样方式实施的技术保障通常可利用硬件测频设备或软件计 算频率方法来配合实现。采样同步采样技术后，在数字滤波器和微型机系统算法 上能彻底地消除因电力系统频率偏离50Hz运行所带来的计算误差。同步采样

49、方 式，相邻两个采样时刻的电角度始终360 /Nc多个模拟输入信号的采样方式在变电站综合自动化原理中，通常基于多个模拟输入信号（如三相电压、三 相电流、零序电流和零序电压）等电气量采样值进行计算。根据多个模拟输入信 号在采样时刻上的对应关系，分别采用三种采样方法：同时采样、顺序采样、分 组同时采样。采样信号的保持连续时间信号的采样及其保持是指在采样时刻上，把输入模拟信号的瞬时值 记录下来，并按所需的要求准确地保持一段时间，供模/数转换器A/D使用。对 于采用逐次逼近式模/数转换器A/D的数据采集系统，因模/数转换器A/D的工作 需要一定的转换时间，因此，需要使用采样保持器。（5）模拟量多路转换

50、开关在实际的数据采集模块中，被测量往往可能是几路或几十路，对这些回路的 模拟量进行采样和A/D转换时，为了共用A/D转换器而节省硬件，可以利用多路 开关轮流切换各种被测量与A/D转换电路的通路，达到分时转换的目的。在模拟 输入通道中，其各路开关是“多选一”，即其输入是多路待转换的模拟量，每次 只选通一路，输出只有一个公共端接至A/D转换器。在实际中，采样的多路开关有双四选一模拟开关,如美国RCA公司的CD4052、 AD公司的AD7052：有八选一多路开关，如CD1051、AD7051、AD7053等；有16 路选一多路开关如CD4067和AD7506等。（6）模/数变换（A/D）微机型系统只

51、能对数字量进行运算或逻辑判断，而电力系统中的电流、电压 等信号均为模拟量。因此，必须用模/数变换器（ADC）将连续变化的模拟信号转 换为数字信号，以便于微机系统或数字系统进行处理、存储、控制和显示。A/DB变换器主要有以下几种类型：逐次逼近型、积分型、计数型、并行比较性等。5. 2开关的检测在变电站综合自动化系统中数据采集的另一个重要方面就是开关量的监测 与识别。变电站的开关量包括断路器、隔离开关的位置状态、继电保护、自动装 置的动作状态以及系统、设备等运行状态。这些状态都只取两种状态。如开关状 态“分”或“合，因此，可用一位二进制数就可以传送一个装置的状态。5. 2,1开关的输入/输出控制方

52、式综合自动化系统中要输入/输出的参量如模拟量、开关量、脉冲量等很多， 各种量性质不同，对速度、可靠性要求也不一样，因此输入输出控制方式很多种， 主要有以下几种。（1）同步传递方式同步传递方式只适合于CPU与比较简单而且数据状态变化速度缓慢或变化 速度是固定的外设交换信息时采用，例如：7段数据显示器、开关、接地开关、 继电器、断路器、隔离开关、发光二极管、机械传感器等，都属于数据状态变化 缓慢的外设。这类设备作输入时，其数据保持时间相对于CPU的处理速度缓慢 得多，可以认为其数据时准备好的，CPU要读其状态数据时，随时对它执行输 入指令，把状态数据读入，不必事先查询它的工作状态。CPU的数据总线

53、变化速度快，如果CPU要输出数据给数据状态变化缓慢的 外设时，输出的数据需在接口电路的输出端保持一段时间，保持时间的长短与外 部接受设备的动作时间相适应，外设才能接受到稳定的数据。因此，同步传递方 式中输出的接口电路往往需通过锁存器。（2）查询传递方式同步传递方式优点是程序简单、硬件接口简单、可节省端口，缺点是执行输 入指令时，外设一定是准备好的：执行输出操作时，外设一定是空的，即CPU 与外设传递数据时必须保证完成。如CPU不与外设同步，传递数据便出错。用 查询传递方式可解决此问题。查询传递方式的特点是CPU在对输入/输出传递数据前，先输入外设的状态, 并测试其是否“准备好”，只有在测试输入

54、/输出设备已准备就绪后，CPU才对输 入/输出设备传递数据。输入/输出设备所谓“准备好”，对输入设备来说，即输入 寄存器已满一一已准备好新数据供CPU读取；对输出而言，即输出寄存器已空 （原有数据已被读取），可以接受CPU送来的数据。查询方式传递数据的优点在于简化硬件接口的情况下，以无条件程序传递更 容易实现数据的准确传递，控制程序也比较容易编制：其缺点是CPU需要不断 查询外设的状态，这就占用了 CPU的工作时间，尤其是在于中、慢速的外设交 换信息时，CPU真正用在传递数据的时间相对时很少的，大部分时间消耗在查 询。所以这种查询方式，大多数用于CPU与单个或较少个外设交换信息的情况。（3）中

55、断控制方式系统中的某些信号，如包括保护动作信号、断路器位置信号、故障信号等， 当系统运行正常时，很少发生开关量变位，而当发生变位时乂需要系统立即进行 处理，因此对这类信号采用中断输入的通信方式。采用中断方式输入开关量时， 每当中断监测电路检测到开关量变位时，才向CPU发出中断请求，CPU响应中 断，从中断监测电路读入开关量状态，进行信号处理。中断时通过硬件来改变CPU程序运行的方式。微机系统在执行程序的过程 中，由于CPU以外的某种原因，被停止执行当前程序而执行相应的处理程序， 待处理结束后，再回来继续执行被终止了的原程序。这种程序在执行过程中由于 外界的原因而被中断打断的情况称为中断。上面介

56、绍的同步传递方式虽然简单，但只适合于变化速度缓慢的外设，应用 范用有限：查询传递方式虽然解决了 CPU可与各种速度的外设配合工作的问题， 但CPU必须不断查询外设的状态，占用了 CPU大量的时间；在查询方式中，CPU 一直处于主动地位，而外设时被动待查，如果有多个外设同时工作，都要等待 CPU去查询，势必造成有些已准备好的外设或有紧急情况需要CPU立刻处理时， 由于CPU还没查询到，而得不到及时处理：另一方面，当CPU查询到的外设没 准备好时，CPU 乂必须花时间去等待它，不能干别的工作，降低了 CPU的工作 效率。为了提高CPU的工作效率和及时处理外设的请求，可采用中断控制方式, 即当CPU

57、需要与外设交换信息时，若外设要输入CPU的数据已准备好，存放于 输入寄存器中或在输出时，若外设己把数据取走，即输出寄存器己空，则由外设 向CPU发出中断申请，CPU接到外设的申请后，若没有更重要的处理，CPU就 暂停当前执行的程序，转去执行输入或输出操作，待输入或输出操作完成后即返 回，CPU再继续执行原来的程序，这就大大提高了 CPU的效率，同时是外设发 生的事件能及时得到处理，因此有了中断控制方式后，CPU就可以与多个外设 同时工作。（4）直接存储器存取方式中断控制方式在一定程度上实现了 CPU与外设并行工作，但是在外设与内 存之间或外设与外设之间进行数据传送时，还需经过CPU中转，这对高

58、速外设 在进行大批量数据传送时，会造成中断次数过于频繁，影响传送 速度，耗费CPU 的时间。因此，采用直接存储器存取方式，使CPU不参加数据的传送工作，由 直接存储器的存取方式DMA控制器来实现内存与外设，或外设与外设之间的直 接快递传送，来减轻CPU的负担。这种方式使微机系统硬件结构发生了变化， 信息传送从以CPU为中心变为以内存为中心。若采用高速存储器，则可使外设 与CPU分时访问内存得以实现。DMA方式实际上把输入/输出过程中外设与内存交换信息的那部分操作及 控制给了 DMA控制器，简化了 CPU对输入/输出的控制。这对高速大批量数据 传送特别有用。但这种方式要求设置DMA控制器，电路结

59、构复杂，硬件开销大。一个变电站综合自动化系统中根据不同的硬件结构及接口功能，上述四种控 制方式可能被选用在不同的信息传递过程中，也可能只选用其中的二、三种。在系统正常运行时采用定期巡查方式检测开关量变位，读取开关量状态。而 对于故隙报警、断路器位置变化、保护动作等信息，采用中断输入方式，由中断 检测电路检测开关量变位。由于采用单独的间隔层单元完成开关量的采集和处 理，CPU以循环的方式对开关量进行更短周期的采集，这有利于提高逼信变位 的分辨率。5. 2, 2开关置采集电路在变电站中，除模拟信号外，还有大量的以二进制数字变化为特点的信号, 如断路器、隔离开关的状态，某些数值的限内或越限、断路器的

60、触点以及人机联 系的功能键的状态等。开关量输入电路的基本功能就是将变电站内需要的状态信 号引入微机系统，如输电线路断路器状态、继电保护信号等。输出电路主要是将 CPU送出的数字信号或数据进行显示、控制或调节，如断路器跳闸命令和光子牌、 报警信号等。图4. 2是开关量输入电路的一个配置图。由图4. 2可知，开关量输入电路由信号调节电路、控制逻辑电路、驱动电路、 地址译码电路、隔离电路等组成。开关量输出电路与输入电路基本一样。 开关量信号都是成组并行输入（出）微型机系统的，每组一般为微型机系统的字 节，即8位、16位或32位，对于断路器、隔离开关等开关量的状态，体现在开 关量信号的每一位上，如断路