变电站自动化
一、变电站自动化系统的基本功能
变电站自动化是将变电站中的二次设备。包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等，经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，集成为一体化的自动化系统，实现对全变电站的主要设备和输配电线路的自动监视和测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合的自动化功能。
变电站自动化是多专业性技术的综合应用，国际大电网会议WG工作组在研究变电站的数据流时，分析了变电站自动化需要完成的功能大概有63种，归纳可分为以下几个功能组： 1)控制、监视功能; 2)自动控制功能；
3)测量表计功能； 4)继电保护功能； 5)与继电保护有关的功能; 6)接口功能； 7)系统功能。
结合我国情况，变电站自动化系统的基本功能体现如下。 1.监控子系统功能
在变电站自动化系统中，监控子系统完成常规的测量和控制系统
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的任务，取代指针仪表显示}取代常规的告警、报警、中央信号、光字牌等信号；取代控制屏操作；取代常规的远动装置等。其主要功能应有：
(1)数据采集，包括模拟量、开关量、电能量的采集； (2)事件顺序记录(SOE)，包括断路器跳合闸、保护动千乍顺序记录；
(3)故障记录、故障录渡和测距；
(4)操作控制，包括对断路器和隔离开关(如果允许电动操作)、变压器分接头位置、电容器投切等的就地和远方操作控制； (5)安全监视，例如电流、电压、频率、主变压器温度等的越限监视和越限报警，越限时间和越限值显示．装置工作正常监视； (6)人机联系、打印，包括显示运行状态信息、参数、记录等，打印记录。
2微机保护子系统功能
在变电站自动化系统中，微机保护子系统应包括全变电站主要设备和连接线路的全套保护：
1)线路的主保护和后备保护; 2)主变压器的主保护和后备保护； 3)无功补偿电容器组的保护； 4)母线保护；
5)非直接接地系统的单相接地选线。
微机保护是变电站自动化系统的关键环节，其功能和可靠性在很
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大程度上影响了整个自动化系统的性能。因此，要求微机保护子系统中的各保护单元，除了具有独立完整的保护功能外，还必须具备某些附加功能，例如：保护功能模块独立，工作不受监控系统和其他子系统影响；故障记录功能；统一时钟对时功能；储存多种保护定值，并能够当地显示、多处观察和授权修改定值；保护管理与通信功能；故障自诊断、闭锁和恢复功能。 3.自动装置子系统功能
自动装置对变电站的安全、可靠运行起着重要作用。是其他子系统无法取代的。在变电站自动化系统中，微机型自动装置取代常 规自动装置，就地实现控制。重要的自动装置有备用电源自动投入控制(其他自动装置设在系统综合功能中)，其作用和工作原理在下一章介绍。
4.系统综合功能
在变电站自动化系统中，系统综合功能指综合利用监控系统的监测功能，通过信息共享实现的功能。例如电压一无功综合控制、按频率降低自动减负荷、按电压降低自动减负荷、变压器经济运行控制等。
(1) 电压一无功综合控制。电压质量是衡量电能的主要质量指标之
一。电压质量对电网稳定、电力设备安全运行以及工农业生产具有重大影响。无功是影响电压质量的一个重要因素，而实现无功的分层、分区就地平衡是降低网损的重要手段. VQC装置主要的功能就是保证稳定的电压品质和较大的功率因数。它通过调节变压器的档位以及电容器的投切状态来实现。
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电压一无功综合控制的目的是保证系统安全运行、提高供电电压质量。对电压和无功的合理调节，不仅可以提高供电电压质量，保证电压合格率，而且还可以降低网损，提高电网运行的经济性。 运行经验和研究结果表明．造成系统电压下降的主要原因是系统的无功功率不足或无功功率分配不合理，因此，变电站的主要调压手段是调节有载调压变压器分接头位置和控制无功功率补偿电容器。有载调压变压器可以在带负荷情况下切换分接头位置，可以改变变压器变比，起到调节二次侧电压的作用；控制无功补偿电容器的投切，可以改变电网中无功功率的数值和分布，减少网损和电压损耗，改善用户侧电压质量。变电站有载调压变压器和补偿电容器示意图如图6-3所示。
(2)按频率降低自动减负荷和按电压降低自动减负荷。 按频率降低自动减负荷、按电压降低自动减负荷的目的是保证系统安全运行，作用和工作原理在下一章介绍。
(3)变压器经济运行控制(略)。 5.远动和通信功能
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变电站自动化系统包含若干子系统，在实现变电站自动化时，必须将各个子系统以及单元控制装置集成为一体，同时变电站自动化系统还应实现与上级调度部门的通信。因此，需要远动和通信功能，通信方式包括变电站自动化系统内部的现场级通信、变电站自动化系统与上级调度通信。
变电站自动化系统内部的现场级通信．主要解决监控主机(上位机)与各子系统、各子系统之间的数据通信和信息交换。可以采用并行通信、串行通信、局域网、现场总线等多种通信方式。
变电站自动化系统与上级调度通信，主要解决变电站自动化系统将各种信息和记录等远传到调度，同时接收调度下达的各种操作、控制、修改定值等命令。常用有问答、循环等通信方式。
二、变电站自动化的特点
变电站自动化综合应用了计算机硬件和软件技术、数字通信技术，根据以上变电站自动化系统的基本功能，可概括变电站自动化的特点如下。
1.功能综合化
变电站自动化将传统变电站的监控、保护、自动控制等功能集成，综合了变电站内除一次设备和交、直流电源以外的全部二次系统，统，并通过信息交换和共享实现了某些综合控制功能，使变电站的监控监控、保护和控制整体功能明显提高。
2.系统结构微机化、网络化
变电站自动化系统内各子系统及各功能模块，均由不同配置的单
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片单片机或微型机系统构成，通过网络、总线将各子系统连接起来，实现实现变电站全部二次系统功能的微机化以及结构的网络化。
3.测量显示数字化
变电站自动化系统的微机化，使反应一次系统运行状态的信息全部数字化，彻底改变了原有的测量、显示手段。以数据采集系统代替传统的测量仪表和仪器．显示器代替传统的指针表盘，因而克服了模拟测量装置和显示的误差．提高了准确度，并且数字显示直观、明了，同时打印机代替了传统的人工抄表记录、报表。
4.操作监视屏幕化
变电站自动化系统，用彩色屏幕显示器代替了传统的庞大的模拟屏和诸多操作屏。操作人员通过显示器可以监视全变电站的实时运行情况；操作人员面对显示器，利用鼠标或键盘就可以完成断路器的跳合闸操作，中央信号全部为屏幕画面闪烁及文字或语音提示。 5.运行营理智能化
变电站运行管理智能化是通过一系列软件实现的，即通过计算机程序运行实现变电站的管理功能。例如实现变电运行班组管理、继电保护和自动装置定值管理、变电站故障诊断及故障恢复、变电站安全运行管理、变电站运行设备管理、变电站运行方式管理等。另外通过变电站仿真培训系统，操作人员可进行日常操作和事故处理等模拟训练。以上对提高变电站的运行管理水平和安全水平都有十分重要的意义。
三、变电站自动化的类型
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目前运行的变电站自动化按系统结构可分为集中式、分布式和分散分布式三种类型。
1.集中式变电站自动化系统结构
集中式指，集中采集信息、集中运算处理，微机保护与微机监控集成一体，实现对整个变电站设备的保护和监控。集中式变电站自动化系统结构框图如图6-4所示。
集中式变电站自动化系统通常为以监控主机为中心的放射形网络结构，但多数的微机保护功能、微机监控与调度通信两部分由分别的微机系统完成。特点是结构简单、价格低，但容易产生数据传输的瓶颈问题，扩展性和维护性较差，一般用于小型变电站。 2.分布式变电站自动化系统结构
分布式指，按功能模块设计，采用主从CPU协同工作方式，各功能模块之间无通信，而是监控主机与各功能子系统通信。集中组屏的分布式变电站自动化系统结构框图如图6-5所示，图中“总控”为通信控制器或通信扩展装置，总控A与总控B互为备用，切换使用。
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分布式结构的优点是系统扩展方便，局部故障不影响其他功能模块工作，数据传输的瓶颈问题得到解决，提高了系统实时性。但由于按功能组屏，屏内有不同间隔的装置，给维护带来不便，且连接电缆繁杂。
3.分散分布式变电站自动化系统
分散分布式变电站自动化系统，根据现场设备的分散地点分别安装现场单元，现场单元可以是微机保护和监控功能二合一的装置，也可以是微机保护和监控部分各自独立。分散分布式变电站自动化系统结构框图如图6-6所示，在各间隔(开关柜)按功能面向对象一体化组屏，独立完成保护和监控功能；在控制室或保护室按功能分别组屏。
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分散分布式结构的优点是明显压缩了二次设备及繁杂的二次电缆、节省占地，系统配置灵活、容易扩展，检修维护方便，经济效益好。适用于各种电压等级的变电站。
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