摘 要 综述了国内变电站自动化技术的成长现状，总结了变电站自动化系统的设计原则、工作模式，提出了变电站自动化技术和运行模式的成长策略。认为全涣散式变电站自动化系统是从此成长趋向，这对我国1、二次装备设计、制造、运行经管部门都是一个全新的课题；要积极而慎重地推行庇护、丈、控制一体化设计，且随着各的相互渗透，原本的分工将会重新调整、组合。
关头词 变电站 自动化 设计 无人值班 庇护 控制
分类号 TM764 DEVELOPMENTSTRATEGIESOFSUBSTATIONAUTOMATIONSYSTEM JinWuqiao
NanjingAutomationResearchInstitute，210003，Nanjing，China Abstract BothofsubstationautomationtechnologyandunmannedoperationmodearethehottopicsinthefieldofdispatchingautomationofelectricpowersysteminChina.Thispapersumsuptherecentdevelopmentofthedomesticsubstationautomationtechnology,andthedesignprincipleandworkingmodeofsubstationautomationsystemaswell,thenproposesthedevelopmentstrategiesofsubstationautomationtechnologyandoperationmode.Itseemsthatcompletelydistributedsubstationautomationsystemwouldbeadevelopmenttendency.Meanwhile,itsabrandnewsubjectfordesigning,manufacturingandoperatingofequipmentofmainandsecondaryelectricpowersystemsandrelevantautomationinstrumentsinChina.Thispaperintendstorecommendtheintegrateddesignofsupervisorycontrol,meteringandprotectiverelaying.Moreover,withthemutualpermeationoftheabovespecialfunctions,theformerclassificationoffunctionswillbechangedandreshuffled.
Keywords substation automation design unmannedsubstation protection control
0 引言
变电站自动化和无人值班是现今电网调剂自动化领域的热门课题，其成长势头正方兴日盛。国外有一种概念认为，人容易受情况、情感、性情、疾病等诸多身分影响，是以自己就是一个不成靠身分。确实有很多事故是由工钱误操作引发的，从这个角度看，无人值班确实可以提高运行靠得住性。例如郑州地调早在1959年就起头采用远控技术，30多年来从未发生误操作；又如深圳供电局实现变电站无人值班后，误操作事故率下降了60。
变电站自动化是在计较机技术和网络通讯技术的根蒂根基上成长起来的。国外在80年月已有涣散式变电站自动化系统问世，以西门子(SIEMENS)公司为例，该公司第1套全涣散式变电站自动化系统LSA678早在1985年就在德国汉诺威投进运行，至1993年头已有300多套系统在德国及欧洲的各类电压品级的变电站运行。我国的变电站自动化工作起步较晚，年夜约从90年月起头，初始阶段主要研制和生产集中式的变电站自动化系统，例DISA—1型［1］，BJ—1型［2］，iES—60型，XWJK—1000A型，FD—97等。90年月中期起头研制涣散式变电站自动化系统，如DISA—2型，DISA—3型［3，4］，BJ—F3，CSC—2000型［5］，DCAP3200型，FDK型等，与国外进步前辈水平相比，年夜约有10年的差距。许多高校、科研单元、制造厂家和计划设计、基建和运行部门在学习和借鉴国外进步前辈技术的同时，正连系我国的现实情况配合起劲继续开发加倍合适我国国情的变电站自动化系统［3，4，6～12］。可以预计，从此其成长和推行的速度会越来越快，与国外的差距会慢慢缩小。
为了加速我国变电站自动化技术成长步伐，缔造更年夜的效益，有需要论述和探讨变电站自动化的设计原则、工作模式和成长策略，以期告竣共识。 1 设计原则
a.变电站自动化系统作为电网调剂自动化的一个子系统，应从命电网调剂自动化的整体设计，其设置装备摆设、功能包括装备的安插应知足电网平安、、经济运行和信息分层传输、资本同享的原则。
b.涣散式系统的功能设置装备摆设宜采用下放的原则，凡可以在距离层就地完成的功能如庇护、备用电源自投、电压控制等，无须经由过程网络和上位机往完成。220kV枢纽站及220kV电压品级以上的变电站，其网络层和站级层宜采用两重化、冗余设置装备摆设，以提高系统靠得住性。
c.按我国的现实情况，今朝变电站还不年夜可能完全无人值守，即使是无人值守，也有一个现场维护、调试和应急处置的问题，是以设计时应斟酌远方与就地控制操作并存的模式。一样，庇护单元亦应具有远方、就地投切和在线修改整定值的功能，以远方为主，就地为辅，并应从设计、制造上保证统一时间只允许其中一种控制方式有用。
d.站内自动化及无人值班站的接进系统设计应从技术上保证站内自动化系统的硬件接口知足尺度。系统的支持软件合适ISO开放系统划定，系统的各类数据、通讯规约及网络协议的界说、花式、编程、地址等与响应的电网调剂自动化系统连结一致，以顺应电力工信息化的成长要求。
e.要积极而慎重地推行庇护、丈、控制一体化设计，确保庇护功能的相对自力性和动作靠得住性。散布式系统的SOE分辨率可经由过程庇护单元来实现。庇护、丈、控制原则上可适用电压互感器(TV)，对电计费、功率总加等有精度要求的可接测电流互感器(TA)，供监测用的可适用庇护TA。
f.变电站自动化系统设计中应先采用交流采样技术，减轻TA，TV的负载，提高丈精度。同时可取消光字牌屏和中央旌旗灯号屏，简化控制屏，由计较机承当旌旗灯号监视功能，使任一信息做到一次收集、屡次使用，提高信息的实时性、靠得住性，节省占地空间，削减屏柜，二次电缆和设计、安装、维护工作。
g.今朝不管国内仍是国外的涣散式变电站自动化系统各部件之间的联系尽年夜部门采用串行口通讯方式(RS232C，RS422，RS485总线等)，其通讯速度和资本同享水平均遭到限制，故建议采用局域网(LAN)通讯方式，尤其是平等(peertopeer)网络，如总线型网(介同享型)，即网上每一个节点都可与网上其他节点直接通讯，例CSC—2000型采用的LonWorks网，DISA—2，DISA—3型采用的CANnet(controlareanetwork)网等［3～5］。
h.变电站内存在壮大的电磁场干扰。从抗电磁干扰角度斟酌，在选择通讯介时可先采用光纤通讯方式，这一点对涣散式变电站自动化系统尤其适用。例LSA678，DISA—2，DISA—3型等均采用了光纤通讯方式。但鉴于光纤安装、维护复杂及费用相对较高，是以配电站宜以电缆为通讯介。 2 工作模式
2.1 变电站分类
变电站按电压品级可分为特高压、超高压、高压及中低压4种类型。特高压变电站：1000kV，750kV；超高压变电站：500kV，330kV；高压变电站：220kV,110kV,35kV；中低压变电站(又称配电站)：10kV及以下电压品级。
变电站按在电网中的地位可分为枢纽站、终端站和中转站3种类型。枢纽站：在电网中不管是网架结构仍是负荷水平都处于举足轻重的位置；终端站：只有高压进线，位于电网的线路结尾；中转站：有2路高压进线，位于线路中心。
变电站按控制方式可分为集控站(又称基地站)和受控站(又称子站)。前者受调剂中心控制，并对其周围子站负有调剂操作使命；后者与终端站类似，但有可能处于环形电网之中，受集控站控制。
变电站按运行模式划分为有人值班：这是今朝多见的运行模式；无人值班：没有固定的运行值班人员，仅保留个体守御人员，负责站内的平安捍卫工作及事故异常情况的紧急处置；无人值守：真正意义上的无人站，在一些蓬勃的西方国家，如美国、加拿年夜等较常见。
2.2 变电站自动化系统模式
2.2.1 传统模式
这类模式就是今朝国内运用普遍的远方终端装配(RTU)加上当地监控(监视)系统(又称当地功能)，再配上变送器、远信转接、远控执行、UPS等屏柜(见图1)。当采用交流采样RTU时，可省往变送器屏柜。站内庇护装配的信息可经由过程远信输进回路(即硬件方式)进进RTU，亦可经由过程串行口按约定的规约通讯(即软件方式)进进RTU。此模式适合于从35kV～500kV的各类电压品级分歧规模的变电站。凭据用户分歧条理的要求，其当地功能的设置装备摆设可为1台PC机，也可是一个完整的双前置、双主机、双工作站的监控系统。如华东电网某主力电厂即采用RD—800系统和GR—90型RTU实现了220kV升压站的网控系统自动化。该模式保留了RTU的功能和二次回路设计。 图1 传统模式(RTU)示意图
Fig.1 Schematicdiagramoftraditionalmode(RTU)2.2.2 老站改造模式
采用RS—485星形结构，组成散布式的RTU。其特点是不增加屏柜位置，无需改动原有二次回路，适用于老站改造。这类产物有GR—90，TG5—700和MWY—C3A等散布式RTU等(见图2)。 图2 老站改造(散布式RTU)模式示意图
Fig.2 Schematicdiagramofusedsubstationreformationmode(distributedRTU)2.2.3 集中配屏模式
这类模式在今朝国内新建变电站中运用多，并已取得了较成熟的运行经验。年夜部门厂家的产物均属此类，其中运用较多的有DISA—3型、BJ—1型、iES、XWJK—1000A等。该模式与传统模式相比，年夜的区分在于将RTU的远控、旌旗灯号、丈、电能计费、通讯等功能划分组屏，而由1个或2个总控单元经由过程串行通讯口(RS232，RS422，RS485)与各功能单元(屏柜)和微机庇护、故障录波、上位机等通讯(见图3)。其特点是将控制、庇护两年夜功能作为一个整体来斟酌，二次回路设计年夜为简化。 图3 集中配屏式示意图
Fig.3 Schematicdiagramofconcentratedassemblycabinetsmode2.2.4 全涣散式
该模式主要特点是以一次主装备如开关、变压器、母线等为安装单元，将控制、I/O、闭锁、庇护等单元涣散，就地安装在一次主装备(屏柜)上。站控单元(在主控室内)经由过程串行口(光纤通讯)与各一次装备屏柜(在现场)相连，并与上位机和远方调剂中心通讯。具体实施又分为2种模式：庇护相对自力，控制和丈合一，如SIEMENS等公司的产物；庇护、控制和丈合一，如ABB，GE，MERLINGERIN等公司的产物。
SIEMENS的LSA678系统是采用庇护相对自力模式的典型，在已有数百套的运行经验，近几年来在国内亦已有很多运用实例(例如苏州新加坡工园区、广西柳州供电局等)。国内厂家近年来亦前后推出全涣散式系统，如DISA—2，BJ—F3，CSC—2000，DCAP3200等(见图4)，此模式较适合于要求节省占地面积和二次电缆的场所，例如城市(市区)变电站。图4 全涣散式系统示意图
Fig.4 Schematicdiagramofcompletelydistributedmodesystem2.2.5 局部门散式
此模式综合了集中式与涣散式的特点，采用了涣散式的系统结构，而控制和庇护仍集中配屏。凡是将集中配屏安装在涣散的装备小间内。装备小间在一次装备四周，凭据变电站的电压品级和规模可设数个装备小间，就近经管，节省电缆。此模式可用于各类电压品级的变电站，尤其适用于500kV及年夜型220kV站。此类产物有DISA—3，FDK，iES—70等(见图5)。 图5 局部门散式系统示意图
Fig.5 Schematicdiagramofpartiallydistributedmodesystem3 成长策略
在变电站自动化系统的具体实施进程中，由于受现有分工和经管体系体例的影响而有分歧的实施方式：一种主张站内监控以远动(RTU)为数据收集和控制的根蒂根基，响应的装备也是以电网调剂自动化为根蒂根基，庇护相对自力；另外一种则主张站内监控以庇护(微机庇护)为数据收集和控制的根蒂根基，将庇护与控制、丈连系在一起，国内已有这一类产物，如CSC—2000等。后者正在成为一种成长趋向和共识，是以设计、制造、运行、经管部门要打破界限，慢慢实现一体化。这一点对110kV及以下的变电站尤其需要。
诚然，从我国今朝的运行体系体例、人员配备、分工来看，前者无疑据有较年夜势。由于不管从计划设计、科研制造、安装调试、运行维护等各方面，控制与庇护都是相互自力的两个分歧，是以前者更合适我国国情。而后者因难以提供较清晰的事故分析和处置的界面而一时还不容易被运行部门接受。但从成长趋向、技术合理性及削减装备重复设置装备摆设、简化维护工作等方面斟酌，后者又有其越性。
从信息流的角度看，庇护(包括故障录波等)和控制、丈的信息源都是来自现场TA，TV二次测输出，只是要求分歧而已。庇护主要收集一次装备的故障异常状态信息，要求TA，TV丈范围较宽，凡是按10倍额定值斟酌，但丈精度要求较低，误差在3以上。而控制和丈主要收集运行状态信息，要求TA，TV丈范围较窄，凡是在丈额定值四周波动，对丈精度有一定的要求，丈误差要求在1之内。
总控(CPU)单元直接接收来自上位机(当地)或远方的控制输出饬令，经需要的校核后可直接动作至庇护操作回路，省往了远控输出、远控执行等环节，简化了装备，提高了靠得住性。
从无人值班角度看，不仅要求简化一次主接线和主装备，同时也要求简化二次回路和装备，是以庇护和控制，丈的一体化有益于简化装备和削减日常维护工作，对110kV及以下，尤其是10kV配电站，除电计费、功率总加等有丈精度要求而须接测TA，TV外，其他测仅作监视运行工况之用，完全可与庇护TA，TV适用。此外，在局域网(LAN)上各类信息可以同享，控制、丈等均没必要设置装备摆设各自的数据收集硬件。常规的控制屏、信息屏、模拟屏等亦可取消。
变电站自动化系统和无人值班运行模式的实施，在很年夜水平上取决于装备的靠得住性。这里指的装备不仅是自动化装备，更重要的是电气主装备。凭据变电站自动化系统的特点，建议主管部门制定出有关装备制造、接口的规范尺度。自动化装备制造厂商应与电气主装备制造厂商增强合作，提供技术合一的产物，以利便设计、运行部门选型。
对数目较多的10kV配电站，由于接线简单，对庇护相对要求较低，为简化装备节省投资，建议由RTU来完成线路庇护及双母线切换(备自投)等庇护功能。为此需在RTU软件中增加庇护运行判断功能，如备用电源自投功能，可经由过程对响应母线段失压和相关开关状态旌旗灯号的逻辑判断来实现。
从此变电站自动化的运行模式将从无人值班，有人值守慢慢向无人值守过渡。是以远视警戒技术(防火、防盗、防渍、防水汽泄漏及远方监视等)将应运而生，并获得迅速成长。
随着计较机和网络通讯技术的成长，站内RTU/LTU或庇护监控单元将直接上网，经由过程网络与后台机(上位机)及工作站通讯。取消传统的前置处置机环节，从而完全消除通讯“瓶颈”现象。4 结论
a.对超高压变电站和220kV，110kV枢纽站或集控站来说，宜采用有人值班的自动化模式，仍宜以电网调剂自动化为根蒂根基，庇护相对自力。而对110kV及以下的受控站、终端站，出格是10kV配电站宜采用无人值班模式，在计划设计时可斟酌以站内自动化为根蒂根基，即庇护与控制、丈一体化的方案，当地功能可简化以致取消，代之以面板上的人机对话窗口功能。
b.全涣散式变电站自动化系统是一个新课题，需要计划设计、一次装备、二次装备和自动化装备的制造厂家和基建、安装、运行部门紧密亲密配合，统筹放置。由于国产一次装备的制造工艺、材料、结构和庇护、控制、丈单元下放后的防震、防干扰、使用情况等均存在问题，应予以充实重视，并积极稳妥地展开推行工作。
c.设计制造上应确保具有一次装备的防误操作措施、庇护确当地和远方投切(软压板)、修改整定值、复回自动装配和当地和远方控制操作一次装备的能力，并保证远方与当地控制，在统一时间只允许其中一种模式有用。
d.对全涣散式的变电站自动化系统，宜选用LAN方式，出格是平等网络，如总线型(介同享)网，网上每个节点都能与任一其他节点直接通讯，从而从基本上消除主从方式中的瓶颈现象。配以多主式CANnet网或LonWorks网及强纠错、高抗噪声、载波监听多路会见/抵触触犯的CSMA/CD方式，可给重要信息加权，保证重要信息的实时性，提高通讯效率。
e.随着变电站自动化技术的成长和无人值班站运行模式的进一步推行，庇护和自动化的性也在相互渗透，连系也慢慢紧密亲密，原本的分工将会打破，从而引发科研、设计、制造、安装和运行部门的设置、人员配备上的重新调整组合，以顺应庇护、控制、丈一体化的变电站自动化模式。
f.建议对年夜中院校现有设置做响应调整，以利于培育既熟悉继电庇护又掌握电网调剂自动化技术的人材。在科研设计、制造和安装运行经管部门亦应避免分工细致、缺少统筹斟酌的局限性。 作者简介：金午桥，男，教授级工程师，从事电力系统自动化的开发研究和工程运用工作。
作者单元：国家电力公司电力自动化研究院 210003 南京 参考文献 1 陶晓农，徐石明，赵金荣.DISA系列变电站综合自动化系统.电力系统自动化，1996，20(1)
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