变电站综合自动化系统结构设计(报告)

变电站综合自动化系统结构与功能综述

关键词：变电站综合自动化系统结构功能

---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、和全分散式等三种类型。

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，才开始发展以微处理器为核心的变电站自动化系统。

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或规模较少的变电站更为有利。

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，影响面打，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）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。

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。

变电站层的有关自动化设备一般安装于控制室，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，单元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

为了提高综合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；电容器保护单元；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

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互感器通过电缆连

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、测量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、电能脉冲量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.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。

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-2、BJ-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，