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摘 要；现在目前对变电站综合自动化的新建及常规变电站改造工程，本文主要分析了变电站综合自动化系统的三种基本模式，并提出了一种110kV变电站综合自动化系统的设计方法。并针对目前变电站综自系统存在的问题，并提出了一些在设计过程当中需要注意的问题分析。
关键词； 1lOkV变电站 综合自动化 设计
0 引言
随着电网建设、改造，110kV变电站深入负荷中心以及电网配电自动化系统的实施，综合自动化技术在变电站得到了深入广泛的应用，为了建设坚强电网，发挥规模优势，提高资源利用率，提高电
网工程建设效率，国家电网公司在2005年提出了“推广电网标准化建设，各级电网工程建设要统一技术标准，推广应用典型优化设计，节省投资，提高效益”。这对于变电站综合自动化系统的建设有着经济和运行上的重要意义。
1 对变电站综合自动化系统简介
变电站综合自动化系统是综合了先进的计算机技术、现代电力电子技术，通信技术和信息处理技术等去实现对变电站的二次设备的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况进行监视、测量，控制和协调的一种综合性的自动化系统。
1．1 结构模式
变电站综合自动化系统结构形式可分为集中式、分散分布式、分布式三种结构。各自的优缺点见下表1所示。
1．2 功能及其特点
变电站综合自动化系统的特点具有：功能综合化、二次设备的网络化、运行管理系统化。
1．3 存在的问题
现有变电站综合自动化系统存在的问题总结下来主要有：
1．3．1 电磁兼容的问题
变电站是一个复杂的强电磁干扰场，变电站常规二次系统是由机电器件构成的，对电磁干扰并不十分敏感，而综合自动化系统是一个基于微机的数字电子系统，对电磁干扰非常敏感。
1．3．2 通信规约的标准化的问题
由于变电站不同厂家的设备采用不同的通信规约协议，给变电站的运行带来了很大的麻烦。通信规约的标准化分为站内和站外通信规约标准化。前者指综合自动化系统内部的通信标准，后者指综合自动化系统与监控系统以及别的变电站综合自动化系统的通信标准。
1．3．3 运行维护人员水平不高的问题
目前，变电站自动化系统绝大部分设备的维护依靠厂家，在专业管理上几乎没有专业队伍，出了设备缺陷即通知相应的厂家来处理，从而造成缺陷处理不及时等一系列问题。而要想维护、管理好变电站自动化系统，就要成立一支专业化的队伍，培养出一批能跨学科的复合型人才，加深相关专业之问的了解和学习。
1．3．4 变电站自动化系统结构模式选择的问题
结构模式的各不相同或选择不合适，将直接导致设计效率以及工程设计的可靠性、经济性，因此需要注意模式选择的合理以及规范经典模式。
2 设计方案
为了提高设计效率，我们可以将整个变电站的综合自动化系统分为数据通信子系统、监控子系统、保护子系统。三个子系统建立在一次系统可靠设计的基础上。
2．1模式选择
据上表1所示，我们可以了解各种结构模式的优缺点，而考虑到大多数的l10kV变电站的实际情况，在选择结构模式时，应充分考虑到电气一次部分的设计情况，对于1lOkV及主变一次设备数量较少，对可靠性要求较高的情况，宜采用分散分布式结构形式。而分散分布式又分为集中组屏式和分散式两种，又可根据各电压等级的开关数量来进行选择，对于开关数量较多者宜选用分散式结构较适宜，其优点是：节省电缆，避免了电缆传送信息的电磁干扰，且压缩了二次设备的占地面积。
2．2 数据通信子系统设计
数据通信子系统有数据采集系统和通信系统构成，主要有两方面的任务：完成综合自动化系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换；完成变电站与控制中心的通信任务。对具有变电站层一单元层一设备层的分散分布式系统中，需要传输的信息主要有现场一次设备与间隔层间的信息传输、间隔层的信息交换、间隔层与变电站层的信息。
2．2．1 通信介质的选择
变电站自动化系统安装在强电磁环境中，这就要求我们在选择通信媒介时，既要满足可靠性的要求又要经济实用。
常见的介质是光纤和双绞线通信电缆，双绞线可以根据网络方式灵活进行支接，光纤有非常好的抗干扰能力，随着工艺技术的提高，光纤的性价比很大提高，对于有很大电磁干扰的变电站，抗电磁干扰应考虑，因此，选用光纤作为110kV变电站站内通信媒介。
2．2．2 传输方式的选择
在变电站综合自动化系统内部，各种自动装置之间，或继电保护装置与监控系统之间，为了减少连接电缆，简化配线，降低成本，常用串行通信。
2．2．3 网络拓扑的选择
在网络中，各个站点相互连接的方法和形式称为网络拓扑，基本的网络拓扑结构有星型、总线型和环型三种。其中星型网的主要缺点是所需电缆较其它网多，且中央站需设置许多接口与从站相接，增加了复杂程度，降低了可靠性。中央站点成了可靠性的瓶颈，它一经损坏，全网瘫痪。环型网的缺点是每一条信息都要经过多点转发，网上任一节点的故障都会引起断环，因而不符合变电站综合自动化对数据通信网络的要求。总线网具有扩展灵活，简单可靠的优点，为了保证该变电站的可靠性， 因此變电站站内通信网络可采用总线拓扑结构。
2．2．4 通信规约
采用电力行业标准(IEC60870．5．103)规约，提供保护和测控的综合通信，实时性强，可靠性高，具有不同厂家的同种规约的互操作性，是一种开放式的总线。
2．2．5 通信网的选择
目前，变电站综合自动化系统中现场通信常采用的通信网络有RS一232总线、RS．485总线、CAN一BUS和LonWorks总线。
RS一232总线通信速度慢，距离短，RS一232和RS一485虽然在传输速度和距离上有所提高，但存在以下缺点网络上只能有一个主节点，无法构成多主冗余系统，系统可靠性差数据通信式为命令响应方式，从节点只有在接到主结点命令后才能响应，重要信息得不到及时上送，致使灵活性和实时性差、纠错能力差。
LonWorks性能较强，但系统复杂，造价较高，因而其实用性较差。
CANBUS是基于优先级的多主从节点结构，具有较强的纠错能力，克服了RS一232和RS一485总线的缺点，而与LonWorks相比具有系统结构简单、造价低、实用性强等优点。
2．3监控子系统设计
以下图所示的经典设计方案为例，该l10kV变电站监控系统采用分散分布式设计， 系统三层实现，即站级计算机层、通信管理层、I／O单元层。单元层包括监控单元和保护设备，直接与一次设备接口。这些单元通过CAN总线与通信管理层连接，实现信息的收集与分配。通信管理层在变电站内与站级计算机通信，将实时数据及事件信息送到实时／历史数据库内，供当地实时监控及数据存档使用。通信管理层与远方SCADA系统按规约通信，实现RTU功能，同时也可通过拔号MODEM及公用电话交换网支持远程诊断。
2．4 保护子系统设计
保护子系统可实现继电保护及自动装置等功能。因此在设计上，可从保护和自动装置上进行设计，由于综合自动化系统中的保护系统采用的是微机保护，因此本方案仅涉及保护配置。
2．4．1 变压器保护
2．4．1．1 差动保护
采用双CPU的ISA一387G装置，适应各种接线变压器。
2．4．1．2 1 10kV侧后备保护
①相间后备保护：配置二段复合电压闭锁过流保护。
② 接地后备保护：配置二段变压器中性点零序过流保护。
③ 过负荷保护
2．4．1．3 低压侧后备保护
①相问后备保护：配置三段复合电压闭锁过流保护。
② 过负荷保护
③ 母线接地告警：装置接入低压侧侧母线性3Uo电压，用于母线接地告警。
2．4．1．4 非电量保护
2．4．2 线路保护
对于1 10kV线路，可采用高频相差动保护或距离保护作为主保护，采用零序保护作为后备保护。中压侧和低压侧可采两段式电流保护。
2．4．3 自动装置
2．4．3．1 无功电压控制装置：可采用关联分散控制方式，按电压、无功功率综合控制原理的无功装置。
2．4．3．2 电源备自投装置：对于电源备自投的设计应结合实际设计情况，不可一概而论，但总体上有分段备自投、进线备自投、主变和站用自投几种形式，根据实际情况选择。
2．4．3．3 小电流接地选线装置：现有的小电流接地系统接地选线保护原理，皆存在一定的局限性，而采用零序电流幅值相位双重比较，可较好地适用于不同中性点接地方式下的接地保护。接地选线装置应由零序电压启动，选线方案应采用‘群体比幅’和零序电流动作门槛的方法。
2．4．3．4 自动低频减载装置：应采用计算机辅助算法，传统法有考虑到运行时的具体情况，会过量切除负荷，或者无选择的切负荷，引起不必要的经济损失，可靠性不高，半适应法遇到严重故障时也会这样，自适应法虽然能够改善前者性能，但不适用于综合自動化系统，计算机辅助算法是建立在综合自动化系统中的数据采集系统之上，适应性更强，采用合适的算法便可合理地减载负荷。
3 需要注意的问题
在详细的设计过程中，我们还需要注意一下问题：
3．1 合理、可靠的电气一次主接线设计是电力系统设计的最基础部分，而在此之上综合自动化系统是建立在其基础上的。设计过程中，应考虑一次设备的选型是否符合综合自动化的要求，如尽量选用无油化设备，开关选用电动操作设备等。
3．2 在进一步具体、详细的设计过程中，还应考虑保护、监控和通信系统三者的协调性和处理好电磁兼容问题。
4结束语
本方案作为1lOkV变电站综合自动化系统的经典设计方案，对初步设计有一定的指导意义。采用模块化设计手段，做到统一性与可靠性、先进行、经济性、适应性和灵活性的协调统一。应用110kV变电站经典设计，能大大提高生产、设计效率，同时也对llOkV变电站建设标准、设备规范、节约土地及资源消耗等方面有着重要意义。
【参考文献】
[1]赵林楠．变电站自动化系统简述【J】．电站系统工程，2008，24(4)：69～7O．
[2]屠强．变电站自动化实用技术及应用指南【M】．北京：中国电力出版社，2004．
[3]李上军．探讨变电站综合自动化系统结构与技术特点【J】．建材与装饰(下旬刊)，2008，(07)：204～205．
[4]许克明，熊炜．配电网自动化系统【M】．重庆：重庆大学出版社，2007．36～52．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词； 1lOkV变电站 综合自动化 设计
0 引言
随着电网建设、改造，110kV变电站深入负荷中心以及电网配电自动化系统的实施，综合自动化技术在变电站得到了深入广泛的应用，为了建设坚强电网，发挥规模优势，提高资源利用率，提高电
网工程建设效率，国家电网公司在2005年提出了“推广电网标准化建设，各级电网工程建设要统一技术标准，推广应用典型优化设计，节省投资，提高效益”。这对于变电站综合自动化系统的建设有着经济和运行上的重要意义。
1 对变电站综合自动化系统简介
变电站综合自动化系统是综合了先进的计算机技术、现代电力电子技术，通信技术和信息处理技术等去实现对变电站的二次设备的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况进行监视、测量，控制和协调的一种综合性的自动化系统。
1．1 结构模式
变电站综合自动化系统结构形式可分为集中式、分散分布式、分布式三种结构。各自的优缺点见下表1所示。
1．2 功能及其特点
变电站综合自动化系统的特点具有：功能综合化、二次设备的网络化、运行管理系统化。
1．3 存在的问题
现有变电站综合自动化系统存在的问题总结下来主要有：
1．3．1 电磁兼容的问题
变电站是一个复杂的强电磁干扰场，变电站常规二次系统是由机电器件构成的，对电磁干扰并不十分敏感，而综合自动化系统是一个基于微机的数字电子系统，对电磁干扰非常敏感。
1．3．2 通信规约的标准化的问题
由于变电站不同厂家的设备采用不同的通信规约协议，给变电站的运行带来了很大的麻烦。通信规约的标准化分为站内和站外通信规约标准化。前者指综合自动化系统内部的通信标准，后者指综合自动化系统与监控系统以及别的变电站综合自动化系统的通信标准。
1．3．3 运行维护人员水平不高的问题
目前，变电站自动化系统绝大部分设备的维护依靠厂家，在专业管理上几乎没有专业队伍，出了设备缺陷即通知相应的厂家来处理，从而造成缺陷处理不及时等一系列问题。而要想维护、管理好变电站自动化系统，就要成立一支专业化的队伍，培养出一批能跨学科的复合型人才，加深相关专业之问的了解和学习。
1．3．4 变电站自动化系统结构模式选择的问题
结构模式的各不相同或选择不合适，将直接导致设计效率以及工程设计的可靠性、经济性，因此需要注意模式选择的合理以及规范经典模式。
2 设计方案
为了提高设计效率，我们可以将整个变电站的综合自动化系统分为数据通信子系统、监控子系统、保护子系统。三个子系统建立在一次系统可靠设计的基础上。
2．1模式选择
据上表1所示，我们可以了解各种结构模式的优缺点，而考虑到大多数的l10kV变电站的实际情况，在选择结构模式时，应充分考虑到电气一次部分的设计情况，对于1lOkV及主变一次设备数量较少，对可靠性要求较高的情况，宜采用分散分布式结构形式。而分散分布式又分为集中组屏式和分散式两种，又可根据各电压等级的开关数量来进行选择，对于开关数量较多者宜选用分散式结构较适宜，其优点是：节省电缆，避免了电缆传送信息的电磁干扰，且压缩了二次设备的占地面积。
2．2 数据通信子系统设计
数据通信子系统有数据采集系统和通信系统构成，主要有两方面的任务：完成综合自动化系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换；完成变电站与控制中心的通信任务。对具有变电站层一单元层一设备层的分散分布式系统中，需要传输的信息主要有现场一次设备与间隔层间的信息传输、间隔层的信息交换、间隔层与变电站层的信息。
2．2．1 通信介质的选择
变电站自动化系统安装在强电磁环境中，这就要求我们在选择通信媒介时，既要满足可靠性的要求又要经济实用。
常见的介质是光纤和双绞线通信电缆，双绞线可以根据网络方式灵活进行支接，光纤有非常好的抗干扰能力，随着工艺技术的提高，光纤的性价比很大提高，对于有很大电磁干扰的变电站，抗电磁干扰应考虑，因此，选用光纤作为110kV变电站站内通信媒介。
2．2．2 传输方式的选择
在变电站综合自动化系统内部，各种自动装置之间，或继电保护装置与监控系统之间，为了减少连接电缆，简化配线，降低成本，常用串行通信。
2．2．3 网络拓扑的选择
在网络中，各个站点相互连接的方法和形式称为网络拓扑，基本的网络拓扑结构有星型、总线型和环型三种。其中星型网的主要缺点是所需电缆较其它网多，且中央站需设置许多接口与从站相接，增加了复杂程度，降低了可靠性。中央站点成了可靠性的瓶颈，它一经损坏，全网瘫痪。环型网的缺点是每一条信息都要经过多点转发，网上任一节点的故障都会引起断环，因而不符合变电站综合自动化对数据通信网络的要求。总线网具有扩展灵活，简单可靠的优点，为了保证该变电站的可靠性， 因此變电站站内通信网络可采用总线拓扑结构。
2．2．4 通信规约
采用电力行业标准(IEC60870．5．103)规约，提供保护和测控的综合通信，实时性强，可靠性高，具有不同厂家的同种规约的互操作性，是一种开放式的总线。
2．2．5 通信网的选择
目前，变电站综合自动化系统中现场通信常采用的通信网络有RS一232总线、RS．485总线、CAN一BUS和LonWorks总线。
RS一232总线通信速度慢，距离短，RS一232和RS一485虽然在传输速度和距离上有所提高，但存在以下缺点网络上只能有一个主节点，无法构成多主冗余系统，系统可靠性差数据通信式为命令响应方式，从节点只有在接到主结点命令后才能响应，重要信息得不到及时上送，致使灵活性和实时性差、纠错能力差。
LonWorks性能较强，但系统复杂，造价较高，因而其实用性较差。
CANBUS是基于优先级的多主从节点结构，具有较强的纠错能力，克服了RS一232和RS一485总线的缺点，而与LonWorks相比具有系统结构简单、造价低、实用性强等优点。
2．3监控子系统设计
以下图所示的经典设计方案为例，该l10kV变电站监控系统采用分散分布式设计， 系统三层实现，即站级计算机层、通信管理层、I／O单元层。单元层包括监控单元和保护设备，直接与一次设备接口。这些单元通过CAN总线与通信管理层连接，实现信息的收集与分配。通信管理层在变电站内与站级计算机通信，将实时数据及事件信息送到实时／历史数据库内，供当地实时监控及数据存档使用。通信管理层与远方SCADA系统按规约通信，实现RTU功能，同时也可通过拔号MODEM及公用电话交换网支持远程诊断。
2．4 保护子系统设计
保护子系统可实现继电保护及自动装置等功能。因此在设计上，可从保护和自动装置上进行设计，由于综合自动化系统中的保护系统采用的是微机保护，因此本方案仅涉及保护配置。
2．4．1 变压器保护
2．4．1．1 差动保护
采用双CPU的ISA一387G装置，适应各种接线变压器。
2．4．1．2 1 10kV侧后备保护
①相间后备保护：配置二段复合电压闭锁过流保护。
② 接地后备保护：配置二段变压器中性点零序过流保护。
③ 过负荷保护
2．4．1．3 低压侧后备保护
①相问后备保护：配置三段复合电压闭锁过流保护。
② 过负荷保护
③ 母线接地告警：装置接入低压侧侧母线性3Uo电压，用于母线接地告警。
2．4．1．4 非电量保护
2．4．2 线路保护
对于1 10kV线路，可采用高频相差动保护或距离保护作为主保护，采用零序保护作为后备保护。中压侧和低压侧可采两段式电流保护。
2．4．3 自动装置
2．4．3．1 无功电压控制装置：可采用关联分散控制方式，按电压、无功功率综合控制原理的无功装置。
2．4．3．2 电源备自投装置：对于电源备自投的设计应结合实际设计情况，不可一概而论，但总体上有分段备自投、进线备自投、主变和站用自投几种形式，根据实际情况选择。
2．4．3．3 小电流接地选线装置：现有的小电流接地系统接地选线保护原理，皆存在一定的局限性，而采用零序电流幅值相位双重比较，可较好地适用于不同中性点接地方式下的接地保护。接地选线装置应由零序电压启动，选线方案应采用‘群体比幅’和零序电流动作门槛的方法。
2．4．3．4 自动低频减载装置：应采用计算机辅助算法，传统法有考虑到运行时的具体情况，会过量切除负荷，或者无选择的切负荷，引起不必要的经济损失，可靠性不高，半适应法遇到严重故障时也会这样，自适应法虽然能够改善前者性能，但不适用于综合自動化系统，计算机辅助算法是建立在综合自动化系统中的数据采集系统之上，适应性更强，采用合适的算法便可合理地减载负荷。
3 需要注意的问题
在详细的设计过程中，我们还需要注意一下问题：
3．1 合理、可靠的电气一次主接线设计是电力系统设计的最基础部分，而在此之上综合自动化系统是建立在其基础上的。设计过程中，应考虑一次设备的选型是否符合综合自动化的要求，如尽量选用无油化设备，开关选用电动操作设备等。
3．2 在进一步具体、详细的设计过程中，还应考虑保护、监控和通信系统三者的协调性和处理好电磁兼容问题。
4结束语
本方案作为1lOkV变电站综合自动化系统的经典设计方案，对初步设计有一定的指导意义。采用模块化设计手段，做到统一性与可靠性、先进行、经济性、适应性和灵活性的协调统一。应用110kV变电站经典设计，能大大提高生产、设计效率，同时也对llOkV变电站建设标准、设备规范、节约土地及资源消耗等方面有着重要意义。
【参考文献】
[1]赵林楠．变电站自动化系统简述【J】．电站系统工程，2008，24(4)：69～7O．
[2]屠强．变电站自动化实用技术及应用指南【M】．北京：中国电力出版社，2004．
[3]李上军．探讨变电站综合自动化系统结构与技术特点【J】．建材与装饰(下旬刊)，2008，(07)：204～205．
[4]许克明，熊炜．配电网自动化系统【M】．重庆：重庆大学出版社，2007．36～52．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。