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摘 要： 常规变电站的二次系统主要由继电保护、就地监控、远动装置、录波装置所组成，各通讯设备都是各自独立的。常存在着安全可靠性不高、电能质量及实时计算和控制性不高，且占地面积及维护工作量大，接线也复杂等问题。而现代变电站走向综合自动化，把二次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进技术实现全站的主要设备和输配电线路的自动测量，监控和微机保护及与调度通信等综合性的自动化功能。
关键词：变电站综合自动化 概念 功能 结构 通信
引言
由于常规变电站保护、自动、远动及通讯设备都是相互独立的，造成接线复杂。且常规站的二次设备中这些装置采用电磁型和晶体管式，结构复杂，占地面积大，实时监控计算功能差。随着计算机技术的发展，常规站基于上述状况，站内的装置变为采用微机保护，监控，远动，录波装置。微机化后的设备体积缩小，可靠性提高。这些微机化的模块功能不一样，但硬件结构基本一致，因站内各装置要采集的量和要控制的对象有许多是共同的，人们提出这样一个问题：在现有的技术条件下，从技术管理的综合自动化来考虑全微机化的变电站二次部分的优化设计，合理地共享软件资源和硬件资源。于是就有了变电站综合自动化的基本概念。
1.变电站综合自动化的概念
变电站综合自动化是将变电站的二次设备，包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动化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，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动化监视、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。
2.变电站综合自动化的功能
2.1数据采集
数据采集内容包括模拟量、开关量、事件顺序记录及电能量的采集。对于这些数据的采集要求，一般情况下，采样周期不大于1s，就能满足实时性的要求，采样周期越小，对原采集量来说就越不失真。为保证数据采集的可靠性，生产过程中采集数据往往会出现各种干扰信号，采集数据失真，要求对数据通道，接口设备和接地等硬件设备采取有效措施。除此之外还要求数据采集的准确性，包括数据状态输入变化稳定可靠，或是一些转模件的精度要求。简易性，包括模件类型或容量增减方便，以及维护测试方便。灵活性，有时数据采集功能可能有不同的要求或修改，例如改变采样周期，采样方式等。
2.2安全监控功能
2.2.1对采集的模拟量不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信息，同时记录和显示越限时间和越限值，并将越限情况远传给调度中心或控制中心。
2.2.2对微机保护装置和其他各种自动装置的工作状态进行监视。
2.2.3将监视结果及时传送给调度中心，并接收和执行调度中心下达的各种命令。
2.3操作与控制功能
可对断路器、隔离开关的分、合进行操作，对变压器分接头进行调节控制，对电容器组进行切换。无论当地操作或远方操作，都应有防误操作的闭锁措施。
例如，断路器的操作闭锁应包括以下内容：断路器操作时，应闭锁重合闸；当地进行操作和远方控制操作，要互相闭锁。根据实时信息，自动实现断路器与隔离开关必要的闭锁操作。
2.4人机联系功能
通过人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘等，显示采集和计算的实时运行参数、显示实时主接线图、事件顺序记录（SOE）、越限报警显示、值班记录显示、历史趋势显示、保护定值和自控装置的设定值显示。其他：故障记录显示、设备运行状况显示等。
2.5运行记录功能
对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，完成以下打印记录功能：
①定时打印报表和运行日志；
②开关操作记录打印；
③事件顺序记录打印；
④越限打印；
⑤召唤打印；
⑥抄屏打印；
⑦事故追忆打印。
对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行报表，集中在控制中心打印输出。
2.6保护功能
采用微机保护满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性的要求；软、硬件结构要相对独立；它的工作不受监控系统和其他子系统的影响；具有故障记录功能；查看和授权修改保护整定值方便；具有故障自诊断、自闭锁和自恢复功能；具有对时功能；具有通信功能和标准的通信规约。
2.7电压无功综合控制功能
在上级调度直接控制时，变压器分接头调整和电容器组的投切直接接受上级调度的控制；当给定电压曲线的情况下，则由变电站自动化系统紧系控制，按系统电压与功率因数变化自动调节变压器分接头位置或投切电容器，保证电压质量和优化无功补偿。
2.8备用电源自动投入功能
备用电源自投控制是当电力系统故障或其他原因导致工作电源消失时，将备用电源迅速投入，以恢复对系统的供电，因此备用电源自动投入是保证配电系统连续可靠供电的重要措施。在变电站中，常用的备自投控制有进线备自投、母联备自投和备用变压器自投等。
2.9系统自诊断功能
系统的各装置如保护装置、数据采集装置、控制装置等都具有自诊断功能，所以数据采集、控制、保护等主要单元模块故障，能自诊断出故障部位，具有失电保护、自检、自复位的能力。
2.10与远方调度中心通信
利用远动装置实现四遥功能，即遥测，遥控，遥信及遥调。将采集的参量实时送往调度中心，并接受上级调度中心的控制和调节操作命令。若有变位信息可以插入优先发送，及时向调度中心报警。同时接受调度中心发来的各种控制命令。传送通道可采用电力线载波、微波、光纤或专用通道。通信规约可采用远动标准规约。
2.11对时功能
配备GPS卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。
2.12同期操作功能
变电站的自动同期装置，使待并的两个系统在电压、频率、相位角都能满足条件的情况下能够进行并列操作，分为手动和自动化两种方式实现。
3变电站综合自动化的结构
变电站综合自动化的结构大体可分为三种结构：集中式、分布式及分布分散式。
3.1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量等信息，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。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、微机监控和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。
3.2分布式
该机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。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，较多地使用于中、低压变电站。
3.3分布分散式
该结构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（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。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，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，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。
4.变电站综合自动化的通信
4.1综合自动化系统的现场级
变电站综合自动化系统一般都是分层分布的。现场一次设备与间隔层间的信息传输，间隔层之间的信息交换，如在一个间隔层内部相关的功能模块间，即继电保护，监视控制，测量等间的数据交换。间隔层与变电站层的信息交换，即各子系统与上位机（监控主机）间的数据通信和信息交换问题。
4.2自动化系统与上级调度通信
综合自动化系统必须兼有RTU的全部功能，应该能够将所采集的模拟量和开关状态信息，以及事件顺序记录等远传至调度端；同时应该能接收调度端下达的各种操作、控制、修改定值等命令。即完成新型RTU等全部四遥功能。
通信规约必须符合部颁的规定。目前最常用的有IEC60870 101/103/104和CDT等规约。
结语
变电站综合自动化系统是一门综合多专业、多学科的综合性技术，对变电站的运行，监视，控制和保护等各项功能提供了可靠的技术保证。伴随着电网规模日新月异的发展，以及计算机等先进技术的进步，自动化设备性能的完善和提高，变电站综合自动化必将是变电站今后发展应用的主要模式。
参考文献：
［1］崔明.变电站与水电站综合自动化［M］.中国水利水电出版社.
［2］黄益庄.变电站新型综合自动化系统设计［J］.中国机电工程学报，1996.16.
［3］张玉芬.对变电站综合自动化系统的几点理解［J］.水利采煤与管道运输，2010.3，（1）.
［4］肖隆君，孙国凯.变电站综合自动化系统的探讨［J］.农业科技与装备，2010.2，（2）.
［5］隗蓉.35KV变电站综合自动化系统的设计与研究.山东大学.
关键词：变电站综合自动化 概念 功能 结构 通信
引言
由于常规变电站保护、自动、远动及通讯设备都是相互独立的，造成接线复杂。且常规站的二次设备中这些装置采用电磁型和晶体管式，结构复杂，占地面积大，实时监控计算功能差。随着计算机技术的发展，常规站基于上述状况，站内的装置变为采用微机保护，监控，远动，录波装置。微机化后的设备体积缩小，可靠性提高。这些微机化的模块功能不一样，但硬件结构基本一致，因站内各装置要采集的量和要控制的对象有许多是共同的，人们提出这样一个问题：在现有的技术条件下，从技术管理的综合自动化来考虑全微机化的变电站二次部分的优化设计，合理地共享软件资源和硬件资源。于是就有了变电站综合自动化的基本概念。
1.变电站综合自动化的概念
变电站综合自动化是将变电站的二次设备，包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动化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，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动化监视、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。
2.变电站综合自动化的功能
2.1数据采集
数据采集内容包括模拟量、开关量、事件顺序记录及电能量的采集。对于这些数据的采集要求，一般情况下，采样周期不大于1s，就能满足实时性的要求，采样周期越小，对原采集量来说就越不失真。为保证数据采集的可靠性，生产过程中采集数据往往会出现各种干扰信号，采集数据失真，要求对数据通道，接口设备和接地等硬件设备采取有效措施。除此之外还要求数据采集的准确性，包括数据状态输入变化稳定可靠，或是一些转模件的精度要求。简易性，包括模件类型或容量增减方便，以及维护测试方便。灵活性，有时数据采集功能可能有不同的要求或修改，例如改变采样周期，采样方式等。
2.2安全监控功能
2.2.1对采集的模拟量不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信息，同时记录和显示越限时间和越限值，并将越限情况远传给调度中心或控制中心。
2.2.2对微机保护装置和其他各种自动装置的工作状态进行监视。
2.2.3将监视结果及时传送给调度中心，并接收和执行调度中心下达的各种命令。
2.3操作与控制功能
可对断路器、隔离开关的分、合进行操作，对变压器分接头进行调节控制，对电容器组进行切换。无论当地操作或远方操作，都应有防误操作的闭锁措施。
例如，断路器的操作闭锁应包括以下内容：断路器操作时，应闭锁重合闸；当地进行操作和远方控制操作，要互相闭锁。根据实时信息，自动实现断路器与隔离开关必要的闭锁操作。
2.4人机联系功能
通过人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘等，显示采集和计算的实时运行参数、显示实时主接线图、事件顺序记录（SOE）、越限报警显示、值班记录显示、历史趋势显示、保护定值和自控装置的设定值显示。其他：故障记录显示、设备运行状况显示等。
2.5运行记录功能
对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，完成以下打印记录功能：
①定时打印报表和运行日志；
②开关操作记录打印；
③事件顺序记录打印；
④越限打印；
⑤召唤打印；
⑥抄屏打印；
⑦事故追忆打印。
对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行报表，集中在控制中心打印输出。
2.6保护功能
采用微机保护满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性的要求；软、硬件结构要相对独立；它的工作不受监控系统和其他子系统的影响；具有故障记录功能；查看和授权修改保护整定值方便；具有故障自诊断、自闭锁和自恢复功能；具有对时功能；具有通信功能和标准的通信规约。
2.7电压无功综合控制功能
在上级调度直接控制时，变压器分接头调整和电容器组的投切直接接受上级调度的控制；当给定电压曲线的情况下，则由变电站自动化系统紧系控制，按系统电压与功率因数变化自动调节变压器分接头位置或投切电容器，保证电压质量和优化无功补偿。
2.8备用电源自动投入功能
备用电源自投控制是当电力系统故障或其他原因导致工作电源消失时，将备用电源迅速投入，以恢复对系统的供电，因此备用电源自动投入是保证配电系统连续可靠供电的重要措施。在变电站中，常用的备自投控制有进线备自投、母联备自投和备用变压器自投等。
2.9系统自诊断功能
系统的各装置如保护装置、数据采集装置、控制装置等都具有自诊断功能，所以数据采集、控制、保护等主要单元模块故障，能自诊断出故障部位，具有失电保护、自检、自复位的能力。
2.10与远方调度中心通信
利用远动装置实现四遥功能，即遥测，遥控，遥信及遥调。将采集的参量实时送往调度中心，并接受上级调度中心的控制和调节操作命令。若有变位信息可以插入优先发送，及时向调度中心报警。同时接受调度中心发来的各种控制命令。传送通道可采用电力线载波、微波、光纤或专用通道。通信规约可采用远动标准规约。
2.11对时功能
配备GPS卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。
2.12同期操作功能
变电站的自动同期装置，使待并的两个系统在电压、频率、相位角都能满足条件的情况下能够进行并列操作，分为手动和自动化两种方式实现。
3变电站综合自动化的结构
变电站综合自动化的结构大体可分为三种结构：集中式、分布式及分布分散式。
3.1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量等信息，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。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、微机监控和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。
3.2分布式
该机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。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，较多地使用于中、低压变电站。
3.3分布分散式
该结构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（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。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，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，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。
4.变电站综合自动化的通信
4.1综合自动化系统的现场级
变电站综合自动化系统一般都是分层分布的。现场一次设备与间隔层间的信息传输，间隔层之间的信息交换，如在一个间隔层内部相关的功能模块间，即继电保护，监视控制，测量等间的数据交换。间隔层与变电站层的信息交换，即各子系统与上位机（监控主机）间的数据通信和信息交换问题。
4.2自动化系统与上级调度通信
综合自动化系统必须兼有RTU的全部功能，应该能够将所采集的模拟量和开关状态信息，以及事件顺序记录等远传至调度端；同时应该能接收调度端下达的各种操作、控制、修改定值等命令。即完成新型RTU等全部四遥功能。
通信规约必须符合部颁的规定。目前最常用的有IEC60870 101/103/104和CDT等规约。
结语
变电站综合自动化系统是一门综合多专业、多学科的综合性技术，对变电站的运行，监视，控制和保护等各项功能提供了可靠的技术保证。伴随着电网规模日新月异的发展，以及计算机等先进技术的进步，自动化设备性能的完善和提高，变电站综合自动化必将是变电站今后发展应用的主要模式。
参考文献：
［1］崔明.变电站与水电站综合自动化［M］.中国水利水电出版社.
［2］黄益庄.变电站新型综合自动化系统设计［J］.中国机电工程学报，1996.16.
［3］张玉芬.对变电站综合自动化系统的几点理解［J］.水利采煤与管道运输，2010.3，（1）.
［4］肖隆君，孙国凯.变电站综合自动化系统的探讨［J］.农业科技与装备，2010.2，（2）.
［5］隗蓉.35KV变电站综合自动化系统的设计与研究.山东大学.