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摘要： 变电站自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平，不仅中压变电站采用自动化技术实现无人值班，而且在220千伏及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高电网建设的现代化水平，增强输变电和电网调度的运行管理水平。然而，技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响。
关键词： 变电站；综合自动化；系统技术
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0520012－02
变电所综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化，提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用，它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件环境的改善，它的优越性必将进一步体现出来。
1 基本原理
综合自动化系统是针对常规变电站系统来讲的，是对常规变电站二次系统的重大改革。常规变电站二次系统主要由继电保护、远动装置、就地监控、故障录波所组成。在应用中是按继电保护、远动、就地、测量、录波等功能组屏。变电站内电缆错综复杂，这就使得常规变电站系统的安全性、可靠性不高，电能质量可控性低，占用面积大，时效性差，维护量大。随着计算机技术的飞速发展，微机技术在变电站得到大力应用。微机保护、微机监控、微机远动、微湘−故障录波装置得到相继开发并应用于实际。这些微机装置的功能尽管不一样，但其硬件配置却大体相同。综合自动化系统是通过对各种相关的数据量进行采集，配以输入/输出接口电路，从技术管理综合自动化的角度来考虑微机化二次部分的优化设计，使合理地共享软件和硬件资源成为可能。
变电站综合自动化是将二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化，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。变电站综合自动化系统利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，代替常规的继电保护，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，监视和控制站内各种设备的运行和操作。
具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。
它的出现为变电站的小型化、智能化、扩大控制范围及安全可靠、优质经济运行提供了现代化手段和基础保证。它的应用为无人值班提供强大的现场数据采集及控制支持。
2 基本特征
变电站综合自动化是通过监控系统的局域网或现场总线，将微机保护、微机自动装置、微机远动装置采用的模拟量、开关量、脉冲量及一些非电量信号，经过数据处理及功能的重新组合，按照预定的程序和要求，从而实现综合性的监视和调度。因此，综合自动化的核心是自动监控系统，而综合自动化的纽带是监控系统的局域通信网络，它把微机继电保护、微机自动装置、微机远动功能综合在一起形成一个具有远方功能的自动监控系统。综合自动化系统最明显的特征表现在以下几个方面：
2.1 功能综合化
变电站综合自动化技术综合了除一次设备和交直流电源以外的全部二次设备。在综合自动化系统中，微机监控系统综合了的仪表屏、操作屏、模拟屏、变送器屏、中央信号系统、远动的RTU功能及电压和无功补偿自动调节功能；综合了和监控系统一体的微机保护、故障录波、故障测距、小电流接地选线、自动按频率减负荷、自动重合闸等自动装置功能。上述综合自动化的综合功能是通过局域网或现场总线使各微机系统硬、软件的资源共享形成的，因此对微机保护和自动装置提出了更高的要求。
2.2 结构分布、分层化
综合自动化是一个分布式系统，其中微机保护、数据采集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计的，每个子系统可能有多个CPU分别完成不同功能，这样一个由庞大的CPU群构成了一个完整的、高度协调的有机综合（集成）系统。这样的综合系统往往有几十个甚至更多的CPU同时并列运行，以实现自动化的所有功能。另外，按照变电站物理位置和各子系统功能分工的不同，综合自动化系统的总体结构又按分层来组织。典型的分层原则是将变电站自动化系统分为两层，即变电层和间隔层，由此可构成分散（分布）式综合自动化系统。
2.3 操作监视屏幕化
变电站实现自动化后，操作人员或在主控室，或在调度室，面对彩色显示器，对电气设备和输电线路进行全方位的监视和操作。常规庞大的模拟屏被显示器屏幕上的鼠标操作或键盘操作所取代；常规的光子牌报警信号，被显示器屏幕画面闪烁和文字提示或语言报警所取代，即通过计算机的显示屏屏幕显示，可以监视全变电站的实时运行情况和对各开关設备进行操作控制。
2.4 通信系统网络化、光缆化
计算机局域网技术、现场总线技术及光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍的应用。因此，系统具有较高的抗电磁干扰能力，能够实现高速数据传送、满足实时性的要求，易于扩展，可靠性大大提高，而且大大简化了常规繁杂的各种电缆连接，方便施工。
2.5 运行管理智能化
智能化不仅表现在常规的自动化功能上，如自动报警、自动报表、电压无功自动调节、小电流接地选线、事故判别与处理等方面，还表现在能够在线自诊断，并不断将诊断的结果送往远方的主控端。这是区别常规二次系统的重要特征。简而言之，常规二次系统只能监视一次设备，而本身的故障必须靠维护人员去检查、去发现；而综合自动化系统不仅能监视一次设备，还能每时每刻检测自己是否有故障，充分体现了其智能性。
2.6 测量显示数字化
长期以来，采用指针式仪表作为测量仪器，其准确度低、读数不方便。采用微机监控系统后，彻底改变了原来的测量手段，常规指针式仪表全被显示器上的数字显示所代替，直观明了。而原来的人工抄表记录则完全由打印机打印报表所代替。这不仅减轻了值班员的劳动，而且提高了测量精确度和管理的科学性。
3 基本功能
一般说来，综合自动化系统的功能包括电气量的采集和电气设备的状态监视、控制和调节。通过综合自动化技术，实现正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全。当发生故障时，由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速排除故障，完成事故后的恢复操作。
3.1 继电保护功能
综合自动化系统中的微机继电保护，主要包括输电线路保护、电力变压器保护、母线保护、电容器保护、小电流接地系统自动选线、自动重合闸。综合自动化系统同样要满足继电保护可靠性、独立性的要求，所以系统的继电保护按被保护的电力设备单元间隔）分别独立设置，直接由相关的电流互感器和电压互感器输入电气量，然后由触点输出，直接作用于相应短路器的跳闸回路；保护装置设有通信接口，供接入站内通信网，在保护动作后向间隔层的微机设备提供报告，但继电保护不依赖通信网。
3.2 监视控制功能
综合自动化系统能改变常规监视控制装置不能与外界通信的缺陷，取代常规测量系统，如变送器、录波器、指针式仪表等；改变常规的操动机构，如操作盘、模拟盘、手动同期及手控无功补偿等装置；取代常规的告警、报警装置，如中央信号系统、光子牌等；取代常规的电磁式和机械式防误闭锁设备；取代常规远动装置等，其基本功能有：
1）实时数据采集与处理，包括模拟量、开关量、脉冲量及数字量等；
2）运行监视功能；
3）故障录波与测距功能；
4）事故顺序记录与事故追忆功能；
5）控制及安全操作闭锁功能；
6）数据处理及记录功能。
3.3 自动控制装置的功能
综合自动化系统具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能，典型的变电站综合自动化系统都配备了相应的自动控制装置，如电压、无功综合控制装置、低频率减负荷控制装置、备用电源自投控制装置、小电流接地选线装置等。
3.4 远动及数据通信功能
综合自动化的通信功能包括系统内部现场级的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分。
1）综合自动化系统的现场级通信，主要解决自动化系统内部各子系统与上位机（监控主机）和各子系统间的数据和信息交换问题，它们的通信范围是内部。对于集中组屏的综合自动化系统来说，实际上是在主控制室內部；对于分散安装的自动化系统来说，其通信范围扩大至主控制室与子系统的安装地，最大的可能是开关柜间，即通信距离加长了。
2）综合自动化系统兼有RTU的全部功能，能将所采集到的模拟量和开关量信息，以及事件顺序记录等远传至调度中心；同时能够接受调度中心下达的各种操作、控制、修改定值等指令。
4 硬件结构形式
从国内外综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分布式、分散（层）分布式；从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。
4.1 集中式综合自动化系统
集中式综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算机信息收集与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能，集中结构也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、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，只是每台计算机承担的任务多一些。例如监控机要承担数据采集、数据处理、开关操作、人机联系等多项任务；担任微机保护的计算机，可能一台微机负责几回低压线路的保护等。这种结构形式主要出现在综合自动化系统问世的初期。这种形式的综合自动化系统国内早期的产品较多。
4.2 分层分布式结构集中组屏的综合自动化系统
所谓分布式结构，是在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块（通常是各个从CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了集中式结构中独立CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块（部件）正常运行。所谓分层式结构，是将信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层布置。
5 结语
我国的变电站自动化已走过了一个漫长面曲折的过程，目前遂步趋向成熟和理性，这为变电站自动化系统的发展创造了空前的良机。全面采用技术先进、运行可靠、结构合理、性能价格比高的自动化系统，必将我国的电网运行带来可观的经济效益和社会效益。时代在进步，技术在发展。如何采用先进技术、设计开发出具有自主产权的实用可靠的变电站自动化系统，需要业内人员付出巨大的努力。相信随着电力建设的迅速发展，变电站自动化系统也会随之迈上一个新的台阶。
关键词： 变电站；综合自动化；系统技术
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0520012－02
变电所综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化，提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用，它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件环境的改善，它的优越性必将进一步体现出来。
1 基本原理
综合自动化系统是针对常规变电站系统来讲的，是对常规变电站二次系统的重大改革。常规变电站二次系统主要由继电保护、远动装置、就地监控、故障录波所组成。在应用中是按继电保护、远动、就地、测量、录波等功能组屏。变电站内电缆错综复杂，这就使得常规变电站系统的安全性、可靠性不高，电能质量可控性低，占用面积大，时效性差，维护量大。随着计算机技术的飞速发展，微机技术在变电站得到大力应用。微机保护、微机监控、微机远动、微湘−故障录波装置得到相继开发并应用于实际。这些微机装置的功能尽管不一样，但其硬件配置却大体相同。综合自动化系统是通过对各种相关的数据量进行采集，配以输入/输出接口电路，从技术管理综合自动化的角度来考虑微机化二次部分的优化设计，使合理地共享软件和硬件资源成为可能。
变电站综合自动化是将二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化，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。变电站综合自动化系统利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，代替常规的继电保护，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，监视和控制站内各种设备的运行和操作。
具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。
它的出现为变电站的小型化、智能化、扩大控制范围及安全可靠、优质经济运行提供了现代化手段和基础保证。它的应用为无人值班提供强大的现场数据采集及控制支持。
2 基本特征
变电站综合自动化是通过监控系统的局域网或现场总线，将微机保护、微机自动装置、微机远动装置采用的模拟量、开关量、脉冲量及一些非电量信号，经过数据处理及功能的重新组合，按照预定的程序和要求，从而实现综合性的监视和调度。因此，综合自动化的核心是自动监控系统，而综合自动化的纽带是监控系统的局域通信网络，它把微机继电保护、微机自动装置、微机远动功能综合在一起形成一个具有远方功能的自动监控系统。综合自动化系统最明显的特征表现在以下几个方面：
2.1 功能综合化
变电站综合自动化技术综合了除一次设备和交直流电源以外的全部二次设备。在综合自动化系统中，微机监控系统综合了的仪表屏、操作屏、模拟屏、变送器屏、中央信号系统、远动的RTU功能及电压和无功补偿自动调节功能；综合了和监控系统一体的微机保护、故障录波、故障测距、小电流接地选线、自动按频率减负荷、自动重合闸等自动装置功能。上述综合自动化的综合功能是通过局域网或现场总线使各微机系统硬、软件的资源共享形成的，因此对微机保护和自动装置提出了更高的要求。
2.2 结构分布、分层化
综合自动化是一个分布式系统，其中微机保护、数据采集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计的，每个子系统可能有多个CPU分别完成不同功能，这样一个由庞大的CPU群构成了一个完整的、高度协调的有机综合（集成）系统。这样的综合系统往往有几十个甚至更多的CPU同时并列运行，以实现自动化的所有功能。另外，按照变电站物理位置和各子系统功能分工的不同，综合自动化系统的总体结构又按分层来组织。典型的分层原则是将变电站自动化系统分为两层，即变电层和间隔层，由此可构成分散（分布）式综合自动化系统。
2.3 操作监视屏幕化
变电站实现自动化后，操作人员或在主控室，或在调度室，面对彩色显示器，对电气设备和输电线路进行全方位的监视和操作。常规庞大的模拟屏被显示器屏幕上的鼠标操作或键盘操作所取代；常规的光子牌报警信号，被显示器屏幕画面闪烁和文字提示或语言报警所取代，即通过计算机的显示屏屏幕显示，可以监视全变电站的实时运行情况和对各开关設备进行操作控制。
2.4 通信系统网络化、光缆化
计算机局域网技术、现场总线技术及光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍的应用。因此，系统具有较高的抗电磁干扰能力，能够实现高速数据传送、满足实时性的要求，易于扩展，可靠性大大提高，而且大大简化了常规繁杂的各种电缆连接，方便施工。
2.5 运行管理智能化
智能化不仅表现在常规的自动化功能上，如自动报警、自动报表、电压无功自动调节、小电流接地选线、事故判别与处理等方面，还表现在能够在线自诊断，并不断将诊断的结果送往远方的主控端。这是区别常规二次系统的重要特征。简而言之，常规二次系统只能监视一次设备，而本身的故障必须靠维护人员去检查、去发现；而综合自动化系统不仅能监视一次设备，还能每时每刻检测自己是否有故障，充分体现了其智能性。
2.6 测量显示数字化
长期以来，采用指针式仪表作为测量仪器，其准确度低、读数不方便。采用微机监控系统后，彻底改变了原来的测量手段，常规指针式仪表全被显示器上的数字显示所代替，直观明了。而原来的人工抄表记录则完全由打印机打印报表所代替。这不仅减轻了值班员的劳动，而且提高了测量精确度和管理的科学性。
3 基本功能
一般说来，综合自动化系统的功能包括电气量的采集和电气设备的状态监视、控制和调节。通过综合自动化技术，实现正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全。当发生故障时，由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速排除故障，完成事故后的恢复操作。
3.1 继电保护功能
综合自动化系统中的微机继电保护，主要包括输电线路保护、电力变压器保护、母线保护、电容器保护、小电流接地系统自动选线、自动重合闸。综合自动化系统同样要满足继电保护可靠性、独立性的要求，所以系统的继电保护按被保护的电力设备单元间隔）分别独立设置，直接由相关的电流互感器和电压互感器输入电气量，然后由触点输出，直接作用于相应短路器的跳闸回路；保护装置设有通信接口，供接入站内通信网，在保护动作后向间隔层的微机设备提供报告，但继电保护不依赖通信网。
3.2 监视控制功能
综合自动化系统能改变常规监视控制装置不能与外界通信的缺陷，取代常规测量系统，如变送器、录波器、指针式仪表等；改变常规的操动机构，如操作盘、模拟盘、手动同期及手控无功补偿等装置；取代常规的告警、报警装置，如中央信号系统、光子牌等；取代常规的电磁式和机械式防误闭锁设备；取代常规远动装置等，其基本功能有：
1）实时数据采集与处理，包括模拟量、开关量、脉冲量及数字量等；
2）运行监视功能；
3）故障录波与测距功能；
4）事故顺序记录与事故追忆功能；
5）控制及安全操作闭锁功能；
6）数据处理及记录功能。
3.3 自动控制装置的功能
综合自动化系统具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能，典型的变电站综合自动化系统都配备了相应的自动控制装置，如电压、无功综合控制装置、低频率减负荷控制装置、备用电源自投控制装置、小电流接地选线装置等。
3.4 远动及数据通信功能
综合自动化的通信功能包括系统内部现场级的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分。
1）综合自动化系统的现场级通信，主要解决自动化系统内部各子系统与上位机（监控主机）和各子系统间的数据和信息交换问题，它们的通信范围是内部。对于集中组屏的综合自动化系统来说，实际上是在主控制室內部；对于分散安装的自动化系统来说，其通信范围扩大至主控制室与子系统的安装地，最大的可能是开关柜间，即通信距离加长了。
2）综合自动化系统兼有RTU的全部功能，能将所采集到的模拟量和开关量信息，以及事件顺序记录等远传至调度中心；同时能够接受调度中心下达的各种操作、控制、修改定值等指令。
4 硬件结构形式
从国内外综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分布式、分散（层）分布式；从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。
4.1 集中式综合自动化系统
集中式综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算机信息收集与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能，集中结构也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、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，只是每台计算机承担的任务多一些。例如监控机要承担数据采集、数据处理、开关操作、人机联系等多项任务；担任微机保护的计算机，可能一台微机负责几回低压线路的保护等。这种结构形式主要出现在综合自动化系统问世的初期。这种形式的综合自动化系统国内早期的产品较多。
4.2 分层分布式结构集中组屏的综合自动化系统
所谓分布式结构，是在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块（通常是各个从CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了集中式结构中独立CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块（部件）正常运行。所谓分层式结构，是将信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层布置。
5 结语
我国的变电站自动化已走过了一个漫长面曲折的过程，目前遂步趋向成熟和理性，这为变电站自动化系统的发展创造了空前的良机。全面采用技术先进、运行可靠、结构合理、性能价格比高的自动化系统，必将我国的电网运行带来可观的经济效益和社会效益。时代在进步，技术在发展。如何采用先进技术、设计开发出具有自主产权的实用可靠的变电站自动化系统，需要业内人员付出巨大的努力。相信随着电力建设的迅速发展，变电站自动化系统也会随之迈上一个新的台阶。