[align=left] 變電站是一個電磁能量轉換及能量再分配單元，電力系統中的許多保護裝置、檢測裝置、輔助裝置都是針對整個變電站設置的，因此變電站是輸配電系統中的重要環節，也是電網的主要控制點。　　隨著電壓等級和電網復雜程度的提高、供電半徑和輸配電容量的加大，采用傳統的變電站一次和二次設備已越來越難以滿足降低變電站造價、提高變電站運行安全可靠性兩方面的要求。為了滿足上述要求，必須大力發展和推廣變電站綜合自動化系統。變電站綜合自動化系統的概念及效益 　 1．1　概念 　　變電站綜合自動化系統是集保護、測量、控制、遠傳等功能為一體，采用微機和網絡技術，并充分利用數字通信的優勢來實現數據共享的一套電力系統二次設備的綜合自動化裝置。 　　變電站自動化的內容包括：電氣量的采集和電氣設備（如斷路器等）的狀態監視、控制和調節，實現變電站正常運行時的監視和操作，保證變電站的正常運行和安全；在發生事故時，瞬態電氣量的采集、監視和控制（由繼電保護、故障錄波等完成），迅速切除故障，以及在事故后完成恢復變電站正常運行的操作。從長遠的觀點看，還應包括高壓電氣設備本身的監視信息（如斷路器、變壓器、避雷器等的絕緣和狀態監視等），除需要將變電站的信息傳給調度中心、運行方式科、繼電保護工程師之外，還需要傳送到檢修和維修中心，為電氣設備的監視和維修計劃的制定提供原始數據。 　　綜上所述，變電站綜合自動化系統將至少影響三個方面，即變電所無人值班，電網調度自動化系統的實用化和供電的可靠性。它涉及供電企業各個專業和部門，包括自動化、遠動、通信、繼電保護、測量、計量等二次系統的運行裝置、工程及技術，甚至對一次設備也提出了新的要求。同時，它還涉及到包括變電檢修、運行、調度在內的各個部門，還廣泛涉及到規劃、設計、標準化、質檢、生產廠家、管理體制及其他相關部門和問題，是一項綜合且復雜的系統工程，是現代科技和管理在電力企業中的綜合應用。 　　1．2　效益 　　1．2．1　降低變電站工程造價。 [b]其主要途徑是： [/b]　　a）采用面向對象的分散分布式設計，用極少量的通信電纜所組成的通信網取代大量的點對點的長距離信號電纜，用軟件閉鎖取代或簡化二次硬件閉鎖回路，節約大量電纜和相應的施工、調試工作量。 　　b）由于采用分散分布式結構，可以取消傳統的大控制室設計，節約用地和建筑面積。 　　c）分散分布式結構及通信網使得綜合自動化系統將來的擴展非常方便、簡單，不需要對原系統進行多大的改動，充分利用了原有的技術設備，節省了系統擴展時的投資。 　　d）綜合自動化系統的軟件模塊化，使得傳統上大量復雜的現場點對點調試工作將主要由供應廠家的軟件組態來實現，此時現場基建和工廠驗收即可并行進行，以加快工程的整體進度。 　　1．2．2　提高變電站運行的安全可靠性 [b]其主要途徑是： [/b]　　a）基于微機的保護單元經常處于在線自檢狀態（包括監視溫度），一有異常立即報警，不象傳統保護裝置那樣，每年只校驗幾次，實際動作正確與否只有故障后才知道。 　　b）傳統的保護裝置一般只提供一套整定值，而基于微機的保護單元可以提供多套整定值，可供運行方式改變時遠方選用，并提供在動態過程中進行定值修改的可能性。 　　c）基于微機的保護單元較易實現小電流接地系統單相接地選線、故障測距、故障錄波等功能。 　　d）故障處理完之后，綜合自動化系統能使變電站恢復到事故前的原狀態運行。 　　e）綜合自動化系統應用了許多先進技術，提高了運行可靠性。如FACTS技術使電力系統動態性能得到很大改善，大幅度提高了輸電線路輸送能力和提高了電力系統穩定水平；GPS技術應用于 　　動態檢測和控制中，使原來不可能做到的控制和測量精度以及故障分析、裝置試驗、特殊參數的采集都得以實現。 　　 [b]2　現場總線技術 [/b]　　2．1　簡介 　　現場總線（Fieldbus）是近年在各自動化領域中發展很快的互連通信網絡，就其名稱含義它包括兩個方面的內容，“現場”是指工作環境中設備級（最低層）之間的聯系，“總線”是指這一通信聯系必須遵從統一的技術標準，可實現各設備間的互連、互操作。作為設備級間的基礎通信網絡，現場總線必須具有協議簡單、容錯能力強、安全性好、成本低的特點，具有較高的實時性，并能適于信息的頻繁交換，因而不同于上層高速數據通信網。目前，國際上現場總線技術發展很快，形成了多種總線標準，較有影響和代表性的有Lonworks、CANbus、FFbus、Profibus等等，但至今尚未形成統一的國際標準。 　　現場總線以其全新的結構體系給各種控制系統帶來了革命性的變革，由它構成的智能電器網絡也表現出強大的優勢。現場總線的網絡拓撲結構目前多采用總線型。 　　在變電站綜合自動化系統中，現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡，因此它是以智能電子設備（IED）的使用為前提的、現場通信網絡與控制系統的集成。 　　2．2　綜合自動化系統的意義 　　在變電站綜合自動化系統中，IED之間及其與主站之間的串行通信的物理層早期普遍采用了RS－232，隨后許多裝置采用了性能較好的RS－485（半雙工）及RS－422（全雙工）。在變電站層，有些系統采用了各種計算機局域網，如Novell網、以太網等。雖然硬件種類不多，但使用的通信協議很不一致，不同生產廠的設備一般不能互連及互操作，規約轉換和或者說網關成了網絡結構中最主要的設備，給用戶帶來極大不便。現場總線則不僅具有開放性和互操作性，而且具有控制功能分散和可靠性高的優點，因此在變電站綜合自動化系統中使用現場總線是必然趨勢。 [b]3　國內外變電站綜合自動化系統的現狀 [/b]　　3．1　國外 　　國外產品以ABB公司的SCS100／200和西門子公司的LSA678為代表。 　　a）信號采集方式：在間隔層終端一般采用多DSP結構，集保護、錄波、計量、遠動功能于一體，并使得信號采集完全分散分布和下放，簡化了二次回路。 　　b）數字通信方式：通信網主要以光纖為介質（如LSA678），光纖具有很高的通信速率和非常好的抗干擾能力。也有一部分變電站自動化系統的通信網采用了現場總線技術，如Lonworks及CAN總線。現場總線具有很高的抗干擾性能，網絡傳輸速度適中，成本低、施工方便。 　　c）控制系統：站控單元采用高性能工作站或專用硬件，處理和存儲能力較強，可靠性很高。監控保護單元均按一次設備安裝單位劃分，設于高壓斷路器附近和低壓開關柜上，站控單元和監控保護單元通過串行口或網絡連接。由于功能和組成分散，所以規模伸縮性好，能滿足不同電壓等級應用的需要。然而這些產品也存在價格昂貴、開放性不夠理想、功能上不能完全滿足國內對一次設備的使用及管理要求等問題。 　　3．2　國內 　　目前我國220～500 kV電壓等級的變電站基本上為有人值班運行方式，大多僅發遙測、遙信信息，但采用完全分散分布的變電站自動化系統仍是這類變電站自動化系統的發展方向。 　　110 kV及以下等級的變電站大多要求按無人值班運行方式設計，按實現的自動化水平可分為兩類：一種為遠動RTU方式，另一種為全新的綜合自動化方式。一般意義下的遠動RTU是集中式、單CPU的自動化設備，它具有“四遙”功能，而且也有統一的通信規約和技術標準，所有信號由RTU集中采集，遙控、遙調指令通過RTU裝置的硬接點輸出，由控制電纜引入二次控制回路。現在已經出現了多CPU協同工作的分散式遠動RTU，可按功能或電器單元劃分模塊，其物理結構根據需要可配置成集中式或分層配屏式，交流采樣技術業已廣泛應用于RTU之中。而且，遠動RTU模式也可通過串行口配置功能強大的人機聯系子系統，變電所內其他智能設備一般通過串行口接入RTU。遠動RTU一般不能與數字保護交換信息，保護動作信號仍需通過繼電器接點采集。 　　至于第二種方式在國內的使用情況如下： 　　a）信號采集方式：采用分散分布式交流采集系統，通過串行口或網絡與后臺監控主站相連。特別是10 kV變電站，將測控部分合并在10 kV保護裝置內，根據模擬量對采樣精度的不同要求，采用專用的電流輸入口以接測量用TA。 　　b）控制系統：站控單元多采用工業PC，其性能價格比不及計算機工作站和計算機服務器。監控系統大都保留有RTU裝置，將其作為信息采集和向各級調度傳遞信息，并通過它與監控系統交換信息。 　　c）數字通信方式：現場通信多采用RS串行通信總線，也有少數采用CAN、Lonw- orks現場總線，但是不同廠家設備的通信規約種類繁多，不僅浪費了大量的軟硬件開發人力，也給用戶的設備選型、運行維護等帶來諸多不便。并且，因受制于通信規約及調度主站功能的不完備，綜合自動化系統用作無人值班分站時不能實現其所能提供的豐富的變電站運行監控功能，浪費了用戶的投資費用。 　　就總體而言，國內的變電站綜合自動化系統主要是從國外購買硬件設備，系統軟件的集成則由國內的科研開發單位提供，這樣可以節省投資。 [b]4　綜合自動化系統的功能及構成 [/b]　　4．1　功能 　　基于現場總線技術的變電站綜合自動化系統具有以下主要功能： 　　a）控制、監視功能。承擔數據采集（模擬量、開關量及脈沖量）和設備監視、操作控制功能（可由上級調度或當地通過鍵盤自動操作或選擇操作，只有在返校無誤后方可執行），并能實現“四遙”。 　　b）自動控制控能。如主變壓器有載自動調壓、電力電容器組自動投切、低頻減載、備用電源自動投入接地自動檢測等。 　　c）測量表計功能。向電網控制中心傳送變電站的運行測量值，采用脈沖電度表累計電量。 　　d）繼電保護功能。實現對變電所內各元件、線路、母線等的安全保護，并能與監控系統通信。 　　e）其他安全監控功能。通過操作與閉鎖功能有效地防止電氣誤操作；當系統故障時，能完成事件順序記錄、事故追憶和故障錄波；具有越限報警和異常狀態報警功能。 　　f）接口功能。承擔系統中各層之間的連接功能。 　　g）系統功能。實現變電站級的協調、優化控制，并實現與遠方調控中心的通信。 　　4．2　硬件系統設計 　　變電站綜合自動化系統采用完全分散分布的系統，結構可分為三層即變電站層、間隔（單元）層和設備層，通信系統擬采用CAN總線技術，如圖1所示。 [img=604,391]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/gddl/2000-2/31-1.jpg[/img] 　　設備層包括開關、變壓器、TA／TV等一次設備。隨著技術的發展，變電站的一次設備因帶有電子設備的智能傳感器和執行器而成為智能電子設備（IED），這些設備不僅把現場的數據數字化，同時具有計算機數據通信接口，可以自由地同其它設備交換信息。此外它還能根據直接測量的結果計算分析出很多其它難以直接測量的數據，如諧波分量、序電流、序電壓；利用計算機的儲存能力，智能設備還可以完成統計記錄功能。 　　間隔單元層包括保護設備、數據采集及控制設備、指示儀表等，在分散式變電站綜合自動化系統中由獨立的保護及I／O單元組成。 　　變電站層通常是指站級計算機，可以采用基于工程工作站及TCP／IP網絡的多功能SCADA系統，完成數據收集及處理、數據庫管理、異常檢測與告警、優化控制、人機接口等功能。 　　4．3　通信方式的選擇 　　分散式變電站綜合自動化系統的總體結構主要取決于通信系統的選擇，系統的總體性能在很大程度上也由通信系統的優劣來決定。變電站層與間隔單元層之間的通信網之所以采用基于CAN網絡的總線型技術方案，是因為這種方案具有以下特點： 　　a）易于實現雙網備用，易于通過多網絡提高性能； 　　b）易于同I／O單元、保護單元集成，易實現高速數據交換； 　　c）網絡仲裁效率高，信息優先級別豐富，可以確保緊急信息的實時性； 　　d）抗干擾能力強； 　　e）成本低，施工簡便。 　　與遠方調度自動化系統及集控中心的通信采用串行通信總線或專用遠動通道，與遠方診斷計算機通信可以通過MODEM與電話網的連接來實現。因此整個系統的通信系統是混合型的，能夠為不同對象提供最合適的通信方式。 　　4．4　軟件系統設計 　　系統的軟件由兩大部分組成：PC機軟件部分和模塊軟件部分。 　　PC機軟件部分運行在Windows系統平臺上，由設備組態工具、網卡驅動程序以及人機界面（MMI）組成。設備組態工具用于對現場設備的組態及下裝；網卡驅動程序是設備組態工具、人機界面與IED設備之間通信的橋梁；人機界面則使用戶可以形象、實時地觀察和控制現場設備的信息和狀態。 [b]5　結束語 [/b]　　由于國際電工委員會（IEC）同美國電氣與電子工程師協會（IEEE）協商確定，為了電力工業的利益，《變電站通信網絡和系統》標準將作為變電站內通信的唯一的國際標準，我國也將其已經制訂了的IEC60870－5－103繼電保護設備信息接口配套標準的傳輸規約等同采用，所以在設計時盡量采用符合此標準的設備，以實現變電站自動化設備在全性考慮，基于現場總線技術的變電站綜合自動化系統將成為變電站自動化的長期方向。[/align]