任务描述

图8-1所示为某公司供配电综合自动化系统。要求分析该供配电系统基本结构，总结出供配电系统的基本组成，能够叙述综合自动化系统的工作原理。

图8-1　某公司供配电综合自动化系统

任务分析

本任务的主要目的是熟悉现代供配电综合自动化系统的一些基本概念，掌握现代变电站综合自动化系统的基本结构及其组成。通过网络、图书馆查询等方式，认识工厂供配电综合自动化系统的基本组成，明白综合自动化系统为什么能够得到广泛的应用。

知识学习

8.1.1 变电站综合自动化系统概念

将变电站二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、通信技术，实现对全变电站主要设备和供配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。

从组成看，由多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统。从功能看，由继电保护、测量、控制、信号和远动等多个独立子系统，经过组合和优化设计为一套智能化的综合系统。

8.1.2 变电站综合自动化的结构模式

变电站综合自动化系统的结构模式主要有集中式、分布式和层式。

1.集中式结构

集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口，集中采集变电站的模拟量和数字量信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能，如图8-2所示。集中式结构也并非指只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、微机监控与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的，只是每台微型计算机承担的任务多些。例如监控机要担负数据采集、数据处理、断路器操作、人机联系等多项任务。担负微机保护的计算，可能一台微机要负责多回低压线路的保护等。

图8-2　集中式结构

2.分布式结构

该系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成，如图 8-3所示。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块（通常是多个CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地应用于中、低压变电站。

图8-3　分布式结构

3.层式结构

该系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层和间隔层，也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层，如图8-4所示。该系统的主要特点是按照变电站的元件、断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好地实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。

图8-4　层式结构

8.1.3 变电站综合自动化的基本功能

变电站综合自动化系统是一种包含多种专业技术的综合性技术，它以微机为基础来实现对变电站传统的继电保护、控制方式、测量手段、通信和管理模式的全面技术改造，实现对电网运行管理的变革。变电站从一次设备、二次设备、继电保护、自动装置、载波通信等与现代的计算机硬、软件系统和微波通信以及GIS组合电器等相结合，使变电站走向综合自动化和小型化。变电站综合自动化系统的基本功能主要体现在六个方面：

（1）监控子系统功能数据采集、事件顺序记录、故障测距和录波、控制功能、安全监视和人机联系功能。

（2）微机保护子系统功能通信与测控方面的故障应不影响保护正常工作。微机保护还要求保护的CPU及电源均保持独立。(www.daowen.com)

（3）自动控制子系统功能备用电源自动投入装置、故障录波装置等与微机保护子系统应具备各自的独立性。

（4）远动和通信功能变电站与各间隔之间的通信功能；综合自动化系统与上级调度之间的通信功能，即监控系统与调度之间通信、故障录波与测距的远方传输功能。

（5）变电站系统综合功能通过信息共享实现变电站VQC电压无功控制功能、小电流接地选线功能、自动减载功能、主变压器经济运行控制功能。

（6）系统在线自诊断功能系统应具有自诊断到各设备的插件级和通信网络的功能。

8.1.4 变电站综合自动化的特点

从变电站综合自动化系统基本功能的介绍可以看出，变电站综合自动化系统具有功能综合化、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。

（1）功能综合化。

① 微机监控系统综合了原来的仪表、控制屏、模拟屏、变送屏、运动装置、中央信号系统功能。

② 微机保护子系统综合了全部自动装置、故障录波、故障测距及小电流选线功能。

（2）结构微机化变电站综合自动化系统由各个不同的子系统组成，通过网络将微机监控、微机保护、自动装置等各子系统连接起来。

（3）测量显示数字化用CRT显示器表示仪表数字，或由计算机软件代替原来的常规仪表。

（4）操作监视屏幕化监视系统由CRT画面显示运行的实时数据的一次主接线图表示，设备异常或事故时用语音报警及文字提示。

（5）智能化运行管理采用的是计算机软件，对变电运行班组管理系统、继电保护、自动装置、定值管理系统、倒闸操作、模拟仿真系统、故障诊断及事故恢复的专家系统等实现了智能化的管理。

8.1.5 变电站综合自动化系统存在的问题

（1）目前，对变电站综合自动化系统还没有统一的规范性要求，例如，自动化系统的模式、设计管理标准等问题，尤其是系统各部分接口的通信规约，不同厂家的产品规格不一，这就给运行及维护带来极大不便。

（2）监控机后台的电源配备。在综合自动化变电站中，监控后台一旦失去电源，整个变电站就失去监控、失去控制，所以必须为监控机配置不间断电源。但在一些变电站中，后台监控机使用的是站用变的交流电源，当系统停电时，后台监控机失去电源，不能工作，存在极大的安全隐患。

（3）变电站综合自动化的抗干扰技术。经常有变电站出现后台监控机误发信号的情况，使得监控值班人员将大量的精力用在判断监控机所发信号的真伪上，影响监控人员正常的判断。因此，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，合格的自动化产品除满足一般检验项目外，还应通过抗干扰试验。

（4）后台监控机运行管理。监控机无法正常运行将严重影响变电站的安全运行，因此后台监控机的运行管理工作十分重要，要严防人为导致的系统瘫痪事件。比如，可以制定变电站后台监控机的运行和管理制度并严格执行，对值班人员进行约束，禁止使用后台监控机做任何与工作无关的事情，也不能随意进入操作系统和启动、停运监控软件。

（5）后台监控系统的事故和预告音响信号。在一些变电站，所有的事故和预告音响信号都从监控后台发出，当后台监控机不能工作时，如果发生开关跳闸或设备异常，信号则不能发出，值班人员无法及时知道，将会构成严重的安全隐患。因此，如果将事故和预告音响信号独立出来，发生异常情况时，及时发出音响信号，通知监控人员迅速处理。

8.1.6 变电站综合自动化系统的发展趋势

（1）保护监控一体化这种方式在35 kV及以下的电压等级中已普遍采用，今后在110 kV及以上的线路间隔和主变三侧中采用此方式也已是大势所趋，它的好处是功能按一次单元集中化，利于稳定地进行信息采集以及对设备状态进行控制，极大地提高了性能效率比。其目前的缺点也是显而易见的：此种装置的运行可靠性要求极高，否则任何形式的检修维护都将迫使一次设备的停役。可靠性、稳定性要求高，这也是目前110 kV及以上电压等级还采用保护和监控分离设置的原因之一。随着技术的发展，冗余性、在线维护性设计的出现，将使保护监控一体化成为必然。

（2）人机操作界面接口统一化、运行操作无线化，无人无建筑小室的变电站，变电运行人员如果在就地查看设备和控制操作，将通过一个手持式可视无线终端，边监视一次设备边进行操作控制，所有相关的量化数据将显示在可视无线终端上。

（3）就地通信网络协议标准化强大的通信接口能力，主要通信部件双备份冗余设计（双CPU、双电源等），采用光纤总线等，使现代化的综合自动化变电站的各种智能设备通过网络组成一个统一的、互相协调工作的整体。

（4）数据采集和一次设备一体化。除了常规的电流电压、有功无功、开关状态等信息采集外，对一些设备的在线状态检测量化值，如主变的油位、开关的气体压力等，都将紧密结合一次设备的传感器，直接采集到监控系统的实时数据库中。高技术的智能化开关、光电式电流电压互感器的应用，必将给数据采集控制系统带来全新的模式。

任务检查

按表8-1对任务完成情况进行检查记录。

表8-1　任务完成情况检查记录表