变电站综合自动化系统

变电站综合自动化技术是随着现代科学技术进步而发展起来的一门新型交叉学科。它利用先进的计算机技术、控制技术、信息处理技术、网络通信技术，对变电站内的继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等二次设备的功能进行优化重组，通过其内部通信网络相互交换信息，共享数据，实现对变电站内电气设备及线路等运行状况的监视、测量、控制及保护。
变电站综合自动化系统是以组成全站的各控制单元微机化为基础，加上相互之间的通信联络，构成的全站二次控制整体自动化系统。它改变了变电站传统的二次系统模式，实现了信息共享，可以简化二次系统，减少电缆，节省占地面积，降低造价，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。
传统变电站二次系统的设备是按功能分别组织和设置的，主要包括继电保护、自动装置、测量仪表、控制系统和信号系统以及远动装置等，相应的有中央信号屏、控制屏、保护屏、录波屏等。这些二次设备不仅功能不同，实现的原理和技术也不同，它们之间互不兼容，彼此独立且自成体系。因此，逐步形成了自动、远动和保护等不同的专业和相应的技术部门。这种传统的变电站主要有以下缺点：
(1)电能质量难以控制。只有及时掌握系统的运行工况，才能采取迅速、有效的控制和调节措施，消除不利因素，保证电力系统优质、安全、经济的运行。但常规变电站的远动功能不够完善，提供给调度中心的信息量少、精度差，而且变电站内自动控制和调节手段不全，远方集中控制、操作的手段较少，不能远方修改保护及自动装置的定值和检查其工作状态，可控性不高，难以满足电网实时监测和控制的要求，不利于电网的优质、安全、稳定运行。
(2)安全性、可靠性不高。传统的变电站二次系统中的继电保护、自动装置和远动装置等大多为晶体管或小规模集成电路形式，结构及接线复杂，二次设备主要依靠电缆，主要通过模拟信号来交换信息，信息量小，可靠性不高。而且这种二次系统是一个被动系统，没有自检和自诊断的能力，不能及时发现自身的故障，因此需定期进行测试和校验，增加了工作量，若两次校验之间出现了故障而没有发现，则系统不能安全可靠地工作，例如可能会造成保护拒动或误动等。
(3)监控以人为主。传统的变电站二次系统中，主要由人来处理信息，人处于核心位置，但人在处理大量信息时的准确性和可靠性不高，尤其是传统的变电站二次系统提供给人的关于事故发生情况的具体信息不全面，往往要靠人的经验来判断，这不利于正确处理事故。
(4)电缆用量多，调试和维护工作量大。传统变电站的控制、保护、测量等都是由电缆连接的，功能受到限制，扩展困难，标准也很难统一。每个一次设备都与所有这些二次设备有关，因而每个一次设备的电流互感器的二次侧．都需要分别引到这些屏上，断路器的跳、合闸回路也需要连到保护屏、控制屏、远动屏及其他自动装置屏上，因此变电站内的电缆错综复杂。这既增加了投资，又要花费大量的人力去从事众多装置之间的连接设计、配线、安装、调试、维护等工作。
(5)二次设备冗余配置多，占地面积大。传统变电站的二次设备冗余配置多，体积大，笨重，因此主控室、继电保护室等占地面积大。
随着电力系统规模的日益扩大，现代化水平不断提高，常规变电站二次系统越来越难以满足提高变电站运行的安全性、经济性、可靠性的要求。
20世纪80年代以来，由于集成电路技术和微机技术的发展，微机监控、微机继电保护、微机故障录波和微机远动等微机型二次设备开始逐步推广应用。这些微机型装置尽管功能不同，但其硬件结构大同小异，都包括中央处理单元、模拟量数据采集单元、数字量输入及输出单元、人机联系单元、电源等部分，而且其所采集的数据和所控制的对象有许多是共同的，因而显得设备重复，投资增加，接线复杂。如微机监控、微机远动等系统都需要变送器采集电压、电流等数据，而且有时还都要控制断路器的分、合，若它们分别设置，则不但设备重复，而且加大了电流互感器和电压互感器的负荷和投资。
变电站综合自动化系统正是在此基础上，从变电站的全局出发，利用先进的计算机技术、控制技术、通信技术和信号处理技术，对微机化的变电站的二次设备进行功能的组合和优化设计，以实现对变电站内电气设备及线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性的自动化功能。它是由多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，在二次系统具体装置和功能实现上，微机化的二次设备代替和简化了非计算机设备，在信号传递上，数字化信号传递代替了电压、电流等模拟信号传递，数字化的处理和逻辑运算代替了模拟运算和继电器逻辑。综合自动化系统集测量、监视、控制、保护于一体，采用信息共享代替硬件重复配置，可以全面替代常规的二次设备，具有功能综合化、结构分层分布化、测量显示数字化、操作显示屏幕化、通信手段多元化、运行管理智能化等特征。与传统变电站二次系统相比，它数据采集更精确、信号传递更方便、处理方式更灵活、运行维护更可靠、扩展更容易。它的出现提高了变电站运行的安全性、可靠性、经济性以及电能质量，为实现变电站的小型化、智能化、无人值班提供了强有力的技术支持。其实，变电站综合自动化系统是它的习惯说法，国际电工委员会称之为变电站自动化系统。
自20世纪70年代末，日本研制出变电站综合自动化系统以来，国内外对于变电站综合自动化的研究取得了令人瞩目的进展，使其性能不断完善。我国自20世纪80年代后期开始，有不少高等院校、研究单位和生产厂家投入到变电站综合自动化的研究中，出现了多种结构、功能不一的变电站综合自动化系统。目前变电站综合自动化技术在我国的应用范围，由电力系统的主干网、城市供电网、农村供电网扩展到了企业供电网；其电压等级由当初的35～110kV变电站，向上扩展到220～500kV变电站，向下延伸到10kV及以下配电网络，覆盖范围非常广，技术涉及自动控制、继电保护、在线监测、远动、通信、测量、计量、信号等各方面。
变电站实现综合自动化的基本目标是提高变电站的技术水平和管理水平，保证电网和设备能安全、可靠、稳定地运行，降低运行维护成本，提高供电质量，同时减轻运行人员的劳动强度。通过变电站综合自动化系统可实现变电站的各种监视、控制、操作、保护等功能，其主要内容包括：
(1)实时采集、在线监视变电站的运行参数及设备运行状态，自检、自诊断设备本身的异常运行，发现变电站设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警并闭锁相应的出口，以防止事态扩大。而且从综合自动化系统的发展趋势看，设备的状态监测也将纳入其中，即监视高压电气设备本身的信息，如断路器、变压器和避雷器等的绝缘状况等，并将变电站所采集的这些信息传送到调度中心，必要时还须传送给运行方式部门和检修中心等，为状态检修提供原始数据。
(2)对变电站内的电气设备进行操作、控制、调节，并要有必要的安全闭锁措施，保证变电站的安全可靠运行。
(3)电网发生事故时，快速判断、决策，迅速隔离和消除事故，将故障限制在最小范围，完成事故后的恢复操作。
(4)完成变电站运行参数的在线计算、存储、统计、分析，历史数据的保存和查询，各种报表的统计、查询和打印，实时曲线和历史曲线的查询和打印。
(5)通过远方通信，将数据远传到调度或集控中心，并接受其发送的命令，以便能够遥控调整电能质量。
变电站综合自动化包括横向综合和纵向综合两个方面。横向综合是指利用先进的计算机和通信手段将不同的保护、控制及其他设备连在一起，互相交换信息。纵向综合是指提供信息优化、信息综合分析处理等功能，以提高变电站内部和控制中心间的协调能力，如利用人工智能技术，在控制中心可实现对变电站控制和保护系统进行在线诊断和事件分析，或在变电站自动化功能的协调下，完成电网故障后的自动恢复。
经过多年的研究和实践，变电站综合自动化系统的技术水平有了很大的提高，体系结构也得到了不断的改进。综合来看，对变电站综合自动化系统的基本要求有以下几点：
(1)可靠性高。保证系统的安全可靠运行是变电站综合自动化系统设计的基本要求。为此要采取各种措施，例如对关键环节要有一定的冗余；软、硬件上要采取各种抗干扰措施；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，并能迅速将自诊断信息送往调度或集控中心。变电站综合自动化系统内的各部分之间以及自动化系统与调度或集控中心之间，有许多信息需要通过通信网络进行快速交换，因此要有可靠先进的通信网络和合理的通信协议。各部分之间一般采用网络方式，便于接口功能的扩充。网络可选用星形、总线形或环形等结构。网络介质一般采用电缆或光缆，尤其是采用光缆，可大大提高通信的可靠性。
(2)技术先进。随着我国电力工业的快速发展，传统变电站二次系统已不能满足现代化电网安全稳定可靠运行的要求。变电站综合自动化系统要把微机保护、自动控制、信息处理、数据通信等领域内的最先进的研究成果应用到二次系统中，使这些高科技在变电站中得到综合应用，以全面提高变电站的技术水平和运行管理水平。
(3)充分体现综合性。综合自动化系统应将变电站的继电保护、自动控制、测量、监视、远动、信号和通信等功能融于一体，通过数据通信，形成一个由微机保护子系统、测量子系统、各种功能的控制子系统、通信子系统等组成的综合系统。变电站综合自动化系统应能全面代替常规的二次设备，并提供各种灵活的操作控制功能。
(4)系统的标准化程度和开放性要好。生产研制的综合自动化系统应符合国家或部颁标准，尽量做到标准化，例如不同类型的装置开关、电源插件、输入模件、继电器输出模块等硬件完全相同，使模块种类尽量减少，以便于维护，同时还要使系统具有良好的开放性，能与其他智能设备互相连接，与不同厂家的产品具有互操作性，便于系统以后升级。
(5)系统的可扩展性和适应性要好。在电力系统中，不同的变电站对综合自动化系统的要求不尽相同。根据变电站在电网中的地位、作用以及实际情况的不同，可选择不同规模和不同技术等级的性价比较高的变电站综合自动化系统，以与之相适应，并能根据要求进行扩展，如当变电站规模扩大时，可在其上加装相应的监控、保护装置。
(6)信息共享。必须充分利用数字通信手段，实现数据共享。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，从根本上解决信息多重测量的问题，降低造价。
(7)人机交互方式丰富，操作使用和运行维护方便。在变电站综合自动化系统中，人机交互的方式要丰富，方便运行人员接受信息，进行分析判断，完成有关操作。