[科普中国]-变电站自动化系统

变电站自动化系统是指利用微机技术重新组合与优化设计变电站二次设备的功能，以实现对变电站的自动监视、控制、测量与协调的一种综合性自动化系统。1

简述变电站自动化也称变电站综合自动化，是伴随着计算机及大规模集成电路技术的发展而出现的，国际上在20世纪70年代末就研制出了实验系统。到了20世纪90年代，计算机的性能已十分强大、稳定，价格持续下降，并随着计算机通信总线和网络技术的发展，变电站自动化系统的性能已能满足电力系统运行的要求。建设和运行经验表明，变电站自动化系统可带来节省电缆、缩小控制室面积、提高监控水平、积累设备运行数据和节省人力等方面的显著效益，现已成为新建变电站首选的监控模式。2

变电站二次设备主要包括控制、测量、信号、保护、远动装置和自动装置。因此，变电站自动化是自动化技术、通信技术和计算机技术等技术在变电站领域的综合应用。变电站自动化可以收集到较为齐全的数据和信息，具有计算机高速计算能力和判断功能，能够方便地监视和控制变电站内各种设备的运行及操作，实现运行管理的智能化。

变电站自动化系统是以计算机技术为核心，将变电站的保护、仪表、中央信号、远动装置等二次设备管理的系统和功能重新分解、组合、互联、计算机化而形成，通过各设备间相互信息交换、数据共享，完成对变电站的运行监视和控制。1

功能变电站自动化系统是调度自动化系统的一个重要组成部分，已广泛使用计算机技术对电力系统进行监视和控制，并成为实现电网调度自动化的可靠手段。实现电网调度自动化，首先要采集实时数据，对电网进行监视和控制，其主要功能是完成遥信、遥测、遥控、遥调任务。

一、遥信

遥信信息系指采集到的电力系统继电保护的动作信息，断路器、隔离开关的状态信息，告警信号等状态量信息。为满足电网、设备安全运行以及生产管理的要求，集控中心需要及时掌握无人值班变电站站内设备运行状况和事故情况，要求无人值班变电站信号应具有全方位、实时监控特性。

二、遥测

遥测信息系指采集到的电力系统运行的实时参数，如发电机出力，母线电压，系统中的潮流，有功负荷和无功负荷，线路电流，电度量等测量信息。

三、遥控

遥控信息系指从集控中心发出的对断路器、隔离开关、接地开关执行分合闸操作、信号复归及功能投退等控制量信息。

四、遥调

遥调信息系指从集控中心发出对电力系统无功与电压进行调整等的控制量信息。3

结构变电站自动化系统的基本结构可分为集中式和分层分布式。其中分层分布式系统已成为变电站自动化技术发展的主流。

1．集中式自动化监控系统的结构与特点

以变电站为对象，面向功能设计的自动化监控系统，称之为集中式自动化监控系统即各系统功能都以整个变电站为一个对象相对集中设计，而不是以变电站内部的电气元件或间隔为对象独立配置的方式。集中式结构并非指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、计算机监控和远动通信的功能由不同的计算机来完成，例如，数据采集、数据处理、远动、开关操作和人机联系功能可分别由不同计算机完成。该结构形式主要出现在变电站计算机监控系统问世初期。

主要优点：功能单元间相互独立，互不影响；具有较为完善的人机接口功能，综合性能强；结构紧凑，体积小，可大大减少占地面积；造价低，尤其对110kV或规模较小的变电站更为合适。

主要缺点：运行可靠性较差，每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面较大，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性；软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦；组态不灵活，对不同主接线或不同规模的变电站，软硬件都必须另行设计，可移植性差，不利于批量推广。

2．分布式自动化监控系统的结构与特点

分层分布式计算机监控系统是以变电站内的电气元件和间隔（变压器、电抗器、电容器等）为对象开发、生产、应用的计算机监控系统。

分层分布式变电站控制系统可分为三层结构，即站控层、间隔层和过程层，每层由不同的设备或子系统组成，完成相应的功能。通常，变电站计算机监控系统由站控层和间隔层两个基本部分组成。其中，站控层包括主机、操作员工作站、远动工作站、工程师工作站、GPS对时装置及站控层网络设备等设备，形成全站监控、管理中心，能提供站内运行人机界面，实现间隔层设备的管理控制等功能，并可通过远动工作站和数据网与调度通信中心通信。

主要特点：结构分层分布；面向对象设计；功能独立；多CPU，可靠性高；继电保护相对独立。1

技术要求(1)电流量、电压量测量误差不大于0.2%。

(2)有功功率、无功功率测量误差不大于0.5%。

(3)电网频率测量误差不大于0.01Hz。

(4)模拟量越死区传送整定值小于0.1%额定值，并逐点可调。

(5)事件顺序记录分辨率（SOE）。站控层不大于2ms，间隔层测控单元不大于1ms。

(6)模拟量越死区传送时间（至站控层）不大于2s。

(7)状态量变位传送时间（至站控层）不大于1S。

(8)模拟信息响应时间（从I/O输入端至远动通信装置出口）不大于3s。

(9)状态量变化响应时间（从I/O输入端至远动通信装置出口）不大于2s。

(10)控制执行命令从生成到输出的时间不大于1S。

(11)双机系统可用率不小于99.9%。

(12)控制操作正确率为100%。

(13)站控层平均无故障间隔时间（MTBF）不小于20 000h。

(14)间隔级测控单元平均无故障间隔时问不小于30 000h。

(15)各工作站的CPU平均负荷率。正常时（任意30min内）不大于30%，电力系统故障（10s内）不大于50%。

(16)网络平均负荷率。正常时（任意30min内）不大于20%，电力系统故障（10s内）不大于40%。

(17)模数转换分辨率不小于16b。

(18)双机自动切换至功能恢复时间不大于30s。

(19)实时数据库容量。模拟量不小于5000点，状态量不小于10 000点，遥控不小于3000点，计算量不小于2000点。

(20)历史数据库存储容量。历史曲线采样间隔1～30（可调）min，历史趋势曲线，日报、月报、年报存储时间不小于2年，历史趋势曲线数量不小于300条。3

本词条内容贡献者为:

胡启洲 - 副教授 - 南京理工大学