變電站是一個電磁能量轉(zhuǎn)換及能量再分配單元，電力系統(tǒng)中的許多保護置、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(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，也是電網(wǎng)的主要控制點?！　‰S著電壓等級和電網(wǎng)復雜程度的提高、供電半徑和輸配電容量的加大，采用傳統(tǒng)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(fā)展和推廣變電站綜合自動化系統(tǒng)。 [b]1　變電站綜合自動化系統(tǒng)的概念及效益 [/b]　　[b]1．1　概念 [/b]　　變電站綜合自動化系統(tǒng)是集保護、測量、控制、遠傳等功能為一體，采用微機和網(wǎng)絡技術，并充分利用數(shù)字通信的優(yōu)勢來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的一套電力系統(tǒng)二次設備的綜合自動化裝置。 　　變電站自動化的內(nèi)容包括：電氣量的采集和電氣設備（如斷路器等）的狀態(tài)監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)變電站正常運行時的監(jiān)視和操作，保證變電站的正常運行和安全；在發(fā)生事故時，瞬態(tài)電氣量的采集、監(jiān)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(jiān)視信息（如斷路器、變壓器、避雷器等的絕緣和狀態(tài)監(jiān)視等），除需要將變電站的信息傳給調(diào)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(jiān)視和維修計劃的制定提供原始數(shù)據(jù)。 　　綜上所述，變電站綜合自動化系統(tǒng)將至少影響三個方面，即變電所無人值班，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的實用化和供電的可靠性。它涉及供電企業(yè)各個專業(yè)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(tǒng)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(diào)度在內(nèi)的各個部門，還廣泛涉及到規(guī)劃、設計、標準化、質(zhì)檢、生產(chǎn)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(tǒng)工程，是現(xiàn)代科技和管理在電力企業(yè)中的綜合應用。 　　[b]1．2　效益 　　1．2．1　降低變電站工程造價。[/b] 　　其主要途徑是： 　　a）采用面向?qū)ο蟮姆稚⒎植际皆O計，用極少量的通信電纜所組成的通信網(wǎng)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(jié)約大量電纜和相應的施工、調(diào)試工作量。 　　b）由于采用分散分布式結(jié)構(gòu)，可以取消傳統(tǒng)的大控制室設計，節(jié)約用地和建筑面積。 　　c）分散分布式結(jié)構(gòu)及通信網(wǎng)使得綜合自動化系統(tǒng)將來的擴展非常方便、簡單，不需要對原系統(tǒng)進行多大的改動，充分利用了原有的技術設備，節(jié)省了系統(tǒng)擴展時的投資。 　　d）綜合自動化系統(tǒng)的軟件模塊化，使得傳統(tǒng)上大量復雜的現(xiàn)場點對點調(diào)試工作將主要由供應廠家的軟件組態(tài)來實現(xiàn)，此時現(xiàn)場基建和工廠驗收即可并行進行，以加快工程的整體進度。 　　[b]1．2．2　提高變電站運行的安全可靠性 [/b]　　其主要途徑是： 　　a）基于微機的保護單元經(jīng)常處于在線自檢狀態(tài)（包括監(jiān)視溫度），一有異常立即報警，不象傳統(tǒng)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(tǒng)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(tài)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(xiàn)小電流接地系統(tǒng)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(tǒng)能使變電站恢復到事故前的原狀態(tài)運行。 　　e）綜合自動化系統(tǒng)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(tǒng)動態(tài)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(tǒng)穩(wěn)定水平；GPS技術應用于 　　動態(tài)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(shù)的采集都得以實現(xiàn)。 [b]2　現(xiàn)場總線技術 　　2．1　簡介 [/b]　　現(xiàn)場總線（Fieldbus）是近年在各自動化領域中發(fā)展很快的互連通信網(wǎng)絡，就其名稱含義它包括兩個方面的內(nèi)容，“現(xiàn)場”是指工作環(huán)境中設備級（最低層）之間的聯(lián)系，“總線”是指這一通信聯(lián)系必須遵從統(tǒng)一的技術標準，可實現(xiàn)各設備間的互連、互操作。作為設備級間的基礎通信網(wǎng)絡，現(xiàn)場總線必須具有協(xié)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(shù)據(jù)通信網(wǎng)。目前，國際上現(xiàn)場總線技術發(fā)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(tǒng)一的國際標準。 　　現(xiàn)場總線以其全新的結(jié)構(gòu)體系給各種控制系統(tǒng)帶來了革命性的變革，由它構(gòu)成的智能電器網(wǎng)絡也表現(xiàn)出強大的優(yōu)勢?，F(xiàn)場總線的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)目前多采用總線型。 　　在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡，因此它是以智能電子設備（IED）的使用為前提的、現(xiàn)場通信網(wǎng)絡與控制系統(tǒng)的集成。 　　[b]2．2　綜合自動化系統(tǒng)的意義 [/b]　　在變電站綜合自動化系統(tǒng)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(tǒng)采用了各種計算機局域網(wǎng)，如Novell網(wǎng)、以太網(wǎng)等。雖然硬件種類不多，但使用的通信協(xié)議很不一致，不同生產(chǎn)廠的設備一般不能互連及互操作，規(guī)約轉(zhuǎn)換和或者說網(wǎng)關成了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中最主要的設備，給用戶帶來極大不便?，F(xiàn)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(yōu)點，因此在變電站綜合自動化系統(tǒng)中使用現(xiàn)場總線是必然趨勢。 [b]3　國內(nèi)外變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀 　　3．1　國外 [/b]　　國外產(chǎn)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(jié)構(gòu)，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(shù)字通信方式：通信網(wǎng)主要以光纖為介質(zhì)（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(tǒng)的通信網(wǎng)采用了現(xiàn)場總線技術，如Lonworks及CAN總線?，F(xiàn)場總線具有很高的抗干擾性能，網(wǎng)絡傳輸速度適中，成本低、施工方便。 　　c）控制系統(tǒng)：站控單元采用高性能工作站或?qū)Ｓ糜布幚砗痛鎯δ芰^強，可靠性很高。監(jiān)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(jiān)控保護單元通過串行口或網(wǎng)絡連接。由于功能和組成分散，所以規(guī)模伸縮性好，能滿足不同電壓等級應用的需要。然而這些產(chǎn)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(nèi)對一次設備的使用及管理要求等問題。 　　[b]3．2　國內(nèi) [/b]　　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(fā)遙測、遙信信息，但采用完全分散分布的變電站自動化系統(tǒng)仍是這類變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)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(xiàn)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(tǒng)一的通信規(guī)約和技術標準，所有信號由RTU集中采集，遙控、遙調(diào)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(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了多CPU協(xié)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(jié)構(gòu)根據(jù)需要可配置成集中式或分層配屏式，交流采樣技術業(yè)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(lián)系子系統(tǒng)，變電所內(nèi)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(shù)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(nèi)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(tǒng)，通過串行口或網(wǎng)絡與后臺監(jiān)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(nèi)，根據(jù)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(tǒng)：站控單元多采用工業(yè)PC，其性能價格比不及計算機工作站和計算機服務器。監(jiān)控系統(tǒng)大都保留有RTU裝置，將其作為信息采集和向各級調(diào)度傳遞信息，并通過它與監(jiān)控系統(tǒng)交換信息。 　　c）數(shù)字通信方式：現(xiàn)場通信多采用RS串行通信總線，也有少數(shù)采用CAN、Lonw- orks現(xiàn)場總線，但是不同廠家設備的通信規(guī)約種類繁多，不僅浪費了大量的軟硬件開發(fā)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(guī)約及調(diào)度主站功能的不完備，綜合自動化系統(tǒng)用作無人值班分站時不能實現(xiàn)其所能提供的豐富的變電站運行監(jiān)控功能，浪費了用戶的投資費用。 　　就總體而言，國內(nèi)的變電站綜合自動化系統(tǒng)主要是從國外購買硬件設備，系統(tǒng)軟件的集成則由國內(nèi)的科研開發(fā)單位提供，這樣可以節(jié)省投資。 [b]4　綜合自動化系統(tǒng)的功能及構(gòu)成 　　4．1　功能 [/b]　　基于現(xiàn)場總線技術的變電站綜合自動化系統(tǒng)具有以下主要功能： 　　a）控制、監(jiān)視功能。承擔數(shù)據(jù)采集（模擬量、開關量及脈沖量）和設備監(jiān)視、操作控制功能（可由上級調(diào)度或當?shù)赝ㄟ^鍵盤自動操作或選擇操作，只有在返校無誤后方可執(zhí)行），并能實現(xiàn)“四遙”。 　　b）自動控制控能。如主變壓器有載自動調(diào)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(wǎng)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(xiàn)對變電所內(nèi)各元件、線路、母線等的安全保護，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。 　　e）其他安全監(jiān)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(tǒng)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(tài)報警功能。 　　f）接口功能。承擔系統(tǒng)中各層之間的連接功能。 　　g）系統(tǒng)功能。實現(xiàn)變電站級的協(xié)調(diào)、優(yōu)化控制，并實現(xiàn)與遠方調(diào)控中心的通信。 　　4．2　硬件系統(tǒng)設計 　　變電站綜合自動化系統(tǒng)采用完全分散分布的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)可分為三層即變電站層、間隔（單元）層和設備層，通信系統(tǒng)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(fā)展，變電站的一次設備因帶有電子設備的智能傳感器和執(zhí)行器而成為智能電子設備（IED），這些設備不僅把現(xiàn)場的數(shù)據(jù)數(shù)字化，同時具有計算機數(shù)據(jù)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(jù)直接測量的結(jié)果計算分析出很多其它難以直接測量的數(shù)據(jù)，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(tǒng)計記錄功能。 　　間隔單元層包括保護設備、數(shù)據(jù)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(tǒng)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(wǎng)絡的多功能SCADA系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)收集及處理、數(shù)據(jù)庫管理、異常檢測與告警、優(yōu)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(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要取決于通信系統(tǒng)的選擇，系統(tǒng)的總體性能在很大程度上也由通信系統(tǒng)的優(yōu)劣來決定。變電站層與間隔單元層之間的通信網(wǎng)之所以采用基于CAN網(wǎng)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(xiàn)雙網(wǎng)備用，易于通過多網(wǎng)絡提高性能； 　　b）易于同I／O單元、保護單元集成，易實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換； 　　c）網(wǎng)絡仲裁效率高，信息優(yōu)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(diào)度自動化系統(tǒng)及集控中心的通信采用串行通信總線或?qū)Ｓ眠h動通道，與遠方診斷計算機通信可以通過MODEM與電話網(wǎng)的連接來實現(xiàn)。因此整個系統(tǒng)的通信系統(tǒng)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(tǒng)設計 　　系統(tǒng)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(tǒng)平臺上，由設備組態(tài)工具、網(wǎng)卡驅(qū)動程序以及人機界面（MMI）組成。設備組態(tài)工具用于對現(xiàn)場設備的組態(tài)及下裝；網(wǎng)卡驅(qū)動程序是設備組態(tài)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(xiàn)場設備的信息和狀態(tài)。 5　結(jié)束語 　　由于國際電工委員會（IEC）同美國電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）協(xié)商確定，為了電力工業(yè)的利益，《變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)》標準將作為變電站內(nèi)通信的唯一的國際標準，我國也將其已經(jīng)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(guī)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(xiàn)變電站自動化設備在全性考慮，基于現(xiàn)場總線技術的變電站綜合自動化系統(tǒng)將成為變電站自動化的長期方向。