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【摘 要】本文介绍了电网110kV变电站自动化系统的网络架构，控制，并提出了变电站自动化系统的建设应采用相关的先进技术，吸取经验教训，以确保电网安全稳定运行。
【关键词】无人值班变电站 综合自动化系统 网络结构 分层分布式
一、变电机工程概况
变电机设备选型是指在购买设备时，了解设备的生产工艺，同时掌握市场机电设备的供应情况，从技术、经济上进行充分的考虑，并且坚持生产适用的基本原则，以及对机电设备的可行性、维修性、操作性和能源供应方面进行深入的调查和分析，以实现设备的优化过程。
二、遵循自动化系统的配置原则
由于变电站规模较小，各地区的用电量的负荷中心，向各个地区提供一部分需求的电力，所以要求该变电站的两次自动化系统的安全性能相对较高，否则意外事故发生后将会造成严重的经济损失，还会对该市产生一定的负面社会影响。所以，提高自动化系统的安全可靠性迫在眉睫，其中主要从下面几方面进行改造：
（一）继电保护功能独立性
继电保护的配置必须按设计规程进行，控制对象要独立进行设置。能够凡可以手工完成的功能万万不可依赖通信网。
1.要对电力设备分别设置系统继电保护，由相关的TA及TV直接输入电气量，再由接点输出， 在相应的断路器跳闸线圈直接操作，而别的控制设备，假如备用电源自动投入装置，可直接放在相应间隔上。
2.保护装置必须置有通信接口，以便向变电站层微机设备提供报告，而保护功能不能依赖通信网。
（二）监控分层部分的控制系统
监控系统的安全、可靠性的性能高低决定着系统是否能够正常运行，站内设备的功能集成化程度越高，系统所发生意外的风险就越大。
一旦智能单元出现故障停止运行只会影响数据采集和传输，其它单元仍可正常工作，把硬件故障的风险降到最低。
采用分层分布式布置，当扩建变电站时，只需增加相应的智能单元和对数据库进行扩充，监控系统仍可正常在线运行.这无疑是间接地增加了系统硬件配置的灵活性。另外大量的信号电缆用少量的通信电缆替代，用软件闭锁取代或简化二次闭锁回路，这种面向现场的分散布置可以节省大量电缆和调试工作量，同时由于不需要建设大控制室，可以节省很多变电站的建筑面积。
（三）“四遥”量的配置原理
“四遥”量指集保护、控制、测量、通信四者为一体的配置，根据主要是在《35～110 kV 没有人值班变电站设计规程》，我们要做好下面几个工作，这样可以大大地增加了遥信信号的准确合理性。
1.改变开关状态的接法。为接收到准确可靠的遥信信号，可以把开关从合位继电器改变成从辅助开关触点开关状态远程通信信号，从二级节点为首的开关状态信号不受继电器，其精度直接添加到信号准确性。
2.采用双位置远程通信方式。因为无人值班变电站保护动作信号数较多，触点接触信号继电器性能不稳定，触点接触不良或表面氧化等各种原因都可能导致遥信误动或抖动，这时候就可以对遥信信号采用双位置遥信方式.双位置遥信方式有效地抑制遥信误动和抖动，再者，全站断路器、隔离开关及主变中性点接地开关采取这样的遥信方式不但令遥信信号更为准确、可靠，还可以更好反映变电站各种电气设备的实际运行状态。
3.合理采集主变压器档位遥信信号。变电站的重要环节是变压器有载调压，实时了解档位信息可有效确保调压的安全。档位信息的采集主要有两种方法：第一种方法是直接采集档位遥信，另一种方法是变电器采集遥测量。
采集装置运行原理的远程通信是每个抽头将对应远程通信，每一个主要的变压器将占用17远程通信。和远程测量装置是通过采集方法发射器转换每个变压器抽头位置为0～5V模拟输出的装置的电压差做出判断，这种方法测量每个变压器只占用一个远程测量，所以与远程通信，大大减少齿轮的数量的远程通信，提高信号的准确性。
（四）自动化装置
部分10 kV采用“四合一”装置，必须严格分开110kV线路及主变间隔配置专用的测控单元。
10kV开关柜上的开口三角电压监测点、智能单元以及主站三者共同构成了小电流的接地选线。各智能单元实时计算当前的3U0，3I0 向量，当系统3U0升高时，母线开口三角电压监测点会向主站报选线接地信号，主站在接到信号后调各装置内的3U0，3I0向量，实现接地选线功能，节省了常规的小电流接地选线装置。
尽管在保护装置具有故障录波功能，但由于硬件结构和软件设计等各方面存在着不同的缺陷，达不到相关的指标和要求，因此应增设1台专用故障录波装置专门挂在录波专用录波网上。
三、综合自动化系统网络结构
发展初期，绝大部分变电站采用串行口通信方式，例如RS232，RS422，RS485总线等，但串口通信具有一定的局限性，下列问题就出现了：
不能及时处理信息，一旦出现故障时，需要受保护的信息数量较大，送到监控系统进行处理的所需时间较长，从而影响了对故障的分析和处理.
大部分变电站以远程终端（RTU） 做为中心，一旦RTU出现故障不能及时恢复时，对站内设备运行的安全性产生重大影响，风险过大.另一方面，RTU需要集中组屏，变电站内需要大量敷设二次电缆，无论是经济上还是结构上都会对变电站造成一定的负担；
信息传送速度过慢，严重影响到监控系统正常发挥。
变电站的综合自动化系统中，采用了全数字化、高性能、两线制、多支路的CSMA/CD 协议的现场总线网网络结构。这种网络结构是一种开放的系统，不隐藏通信协议，而且不同厂家的设备之间可以进行信息共享，这样就可以从根本上客服了串行通信的不便，而且，CSMA/CD 协议支持双绞线、光缆、电力线等通信媒介，抗干扰能力较高。 CSMA/CD 协议实际上是竞争方式之一， 发送信息之前节点先侦听总线是否处于空闲状态，再进行信息发送，假如说当网络是传输信息，节点在等待，那么信息传输已经完成，节点将随机时间延迟后不同发送信息，同时，联系仍是在侦听，发现有人传输信息时就重新等待，这样的运行方式令冲撞机会大大下降。
近几年，现场总线是发展最为迅速的一种全新互连通信网络，其中主要包含两方面内容：工作中设备之间的联系和通信联系遵循统一的技术标准，这两项内容相互交错实现各设备之间的互连和互操作。因为各种节点平等，所以任节点发送的数字信息到总线上都能到达目的地，也可以被其它节点接收等，所以信息通道阻塞问题从而被解决了。
系统主要分为三阶层：间隔层和网络层以及变电站层。而间隔层装置是系统与一次设备的接口，由所有分布式的智能单元组成，负责对一次设备进行保护、测量和控制等工作；而网络层则由站内通信网组成，主要负责搜索间隔层智能单元的上传信息，同时下达控制命令及定值参数；最后，变电站层主要由三个工作站组成：就地监控系统主站、继电保护工程师站、远动主站，各工作站挂在网上通过通信网同各间隔通信，令全站信息更快捷地进入数据库，还可以根据有关的需求把不同的数据网调度中心上送，从而实现了远方通信功能。
（一）就地监控系统主站
当变电站有工作人员值班时，，可对全站的一次设备进行以计算机监控系统为中心的监视、测量、控制、管理和记录等工作，甚至能够在发生突发情况时报警。当有需要时，更可和远方的控制中心进行通信，共享信息。
（二）继电保护工程师站
把从网络上接收的录波信息进行存盘，对接收得来的录波数据的波形显示进行详尽的分析计算是工程师站的工作主要内容之一。同时工程师站还可以利用Modem连接到公用电话网，继保工作人员就可以在有电话的地方和网络上的任一元件通信，甚至从就地PC机的磁盘中调取录波记录。
（三）远动主站（MASTER）
过去我国的通信信息的管理是由通信管理机进行，通信管理机一旦出现故障，那么所有传送中的消息将会中断。在本站的综合自动化系统中，将会采用局域网（LAN） 的通信方式， 取消了传统的通信管理单元层，增设直接接于局域网上的远动主站。MASTER将会作为数据采集系统，模拟RTU 与调度端通信。在站内进行通讯时，MASTER节点和其它节点遵守站内通信规约进行通信；在站外进行通讯时，MASTER则遵循外部规约和调度端进行通信。
四、结束语
某110 kV变电站综合自动化系统已经运行了一段时间，实践得出该综合自动化系统具有良好的安全性，能够为某供电局实现无人值班变电站的积累了实践经验。若想要确保我国的电网能够安全稳定地运行，唯有借鉴国外的成熟经验和技术，进行合理的系统优化。
【关键词】无人值班变电站 综合自动化系统 网络结构 分层分布式
一、变电机工程概况
变电机设备选型是指在购买设备时，了解设备的生产工艺，同时掌握市场机电设备的供应情况，从技术、经济上进行充分的考虑，并且坚持生产适用的基本原则，以及对机电设备的可行性、维修性、操作性和能源供应方面进行深入的调查和分析，以实现设备的优化过程。
二、遵循自动化系统的配置原则
由于变电站规模较小，各地区的用电量的负荷中心，向各个地区提供一部分需求的电力，所以要求该变电站的两次自动化系统的安全性能相对较高，否则意外事故发生后将会造成严重的经济损失，还会对该市产生一定的负面社会影响。所以，提高自动化系统的安全可靠性迫在眉睫，其中主要从下面几方面进行改造：
（一）继电保护功能独立性
继电保护的配置必须按设计规程进行，控制对象要独立进行设置。能够凡可以手工完成的功能万万不可依赖通信网。
1.要对电力设备分别设置系统继电保护，由相关的TA及TV直接输入电气量，再由接点输出， 在相应的断路器跳闸线圈直接操作，而别的控制设备，假如备用电源自动投入装置，可直接放在相应间隔上。
2.保护装置必须置有通信接口，以便向变电站层微机设备提供报告，而保护功能不能依赖通信网。
（二）监控分层部分的控制系统
监控系统的安全、可靠性的性能高低决定着系统是否能够正常运行，站内设备的功能集成化程度越高，系统所发生意外的风险就越大。
一旦智能单元出现故障停止运行只会影响数据采集和传输，其它单元仍可正常工作，把硬件故障的风险降到最低。
采用分层分布式布置，当扩建变电站时，只需增加相应的智能单元和对数据库进行扩充，监控系统仍可正常在线运行.这无疑是间接地增加了系统硬件配置的灵活性。另外大量的信号电缆用少量的通信电缆替代，用软件闭锁取代或简化二次闭锁回路，这种面向现场的分散布置可以节省大量电缆和调试工作量，同时由于不需要建设大控制室，可以节省很多变电站的建筑面积。
（三）“四遥”量的配置原理
“四遥”量指集保护、控制、测量、通信四者为一体的配置，根据主要是在《35～110 kV 没有人值班变电站设计规程》，我们要做好下面几个工作，这样可以大大地增加了遥信信号的准确合理性。
1.改变开关状态的接法。为接收到准确可靠的遥信信号，可以把开关从合位继电器改变成从辅助开关触点开关状态远程通信信号，从二级节点为首的开关状态信号不受继电器，其精度直接添加到信号准确性。
2.采用双位置远程通信方式。因为无人值班变电站保护动作信号数较多，触点接触信号继电器性能不稳定，触点接触不良或表面氧化等各种原因都可能导致遥信误动或抖动，这时候就可以对遥信信号采用双位置遥信方式.双位置遥信方式有效地抑制遥信误动和抖动，再者，全站断路器、隔离开关及主变中性点接地开关采取这样的遥信方式不但令遥信信号更为准确、可靠，还可以更好反映变电站各种电气设备的实际运行状态。
3.合理采集主变压器档位遥信信号。变电站的重要环节是变压器有载调压，实时了解档位信息可有效确保调压的安全。档位信息的采集主要有两种方法：第一种方法是直接采集档位遥信，另一种方法是变电器采集遥测量。
采集装置运行原理的远程通信是每个抽头将对应远程通信，每一个主要的变压器将占用17远程通信。和远程测量装置是通过采集方法发射器转换每个变压器抽头位置为0～5V模拟输出的装置的电压差做出判断，这种方法测量每个变压器只占用一个远程测量，所以与远程通信，大大减少齿轮的数量的远程通信，提高信号的准确性。
（四）自动化装置
部分10 kV采用“四合一”装置，必须严格分开110kV线路及主变间隔配置专用的测控单元。
10kV开关柜上的开口三角电压监测点、智能单元以及主站三者共同构成了小电流的接地选线。各智能单元实时计算当前的3U0，3I0 向量，当系统3U0升高时，母线开口三角电压监测点会向主站报选线接地信号，主站在接到信号后调各装置内的3U0，3I0向量，实现接地选线功能，节省了常规的小电流接地选线装置。
尽管在保护装置具有故障录波功能，但由于硬件结构和软件设计等各方面存在着不同的缺陷，达不到相关的指标和要求，因此应增设1台专用故障录波装置专门挂在录波专用录波网上。
三、综合自动化系统网络结构
发展初期，绝大部分变电站采用串行口通信方式，例如RS232，RS422，RS485总线等，但串口通信具有一定的局限性，下列问题就出现了：
不能及时处理信息，一旦出现故障时，需要受保护的信息数量较大，送到监控系统进行处理的所需时间较长，从而影响了对故障的分析和处理.
大部分变电站以远程终端（RTU） 做为中心，一旦RTU出现故障不能及时恢复时，对站内设备运行的安全性产生重大影响，风险过大.另一方面，RTU需要集中组屏，变电站内需要大量敷设二次电缆，无论是经济上还是结构上都会对变电站造成一定的负担；
信息传送速度过慢，严重影响到监控系统正常发挥。
变电站的综合自动化系统中，采用了全数字化、高性能、两线制、多支路的CSMA/CD 协议的现场总线网网络结构。这种网络结构是一种开放的系统，不隐藏通信协议，而且不同厂家的设备之间可以进行信息共享，这样就可以从根本上客服了串行通信的不便，而且，CSMA/CD 协议支持双绞线、光缆、电力线等通信媒介，抗干扰能力较高。 CSMA/CD 协议实际上是竞争方式之一， 发送信息之前节点先侦听总线是否处于空闲状态，再进行信息发送，假如说当网络是传输信息，节点在等待，那么信息传输已经完成，节点将随机时间延迟后不同发送信息，同时，联系仍是在侦听，发现有人传输信息时就重新等待，这样的运行方式令冲撞机会大大下降。
近几年，现场总线是发展最为迅速的一种全新互连通信网络，其中主要包含两方面内容：工作中设备之间的联系和通信联系遵循统一的技术标准，这两项内容相互交错实现各设备之间的互连和互操作。因为各种节点平等，所以任节点发送的数字信息到总线上都能到达目的地，也可以被其它节点接收等，所以信息通道阻塞问题从而被解决了。
系统主要分为三阶层：间隔层和网络层以及变电站层。而间隔层装置是系统与一次设备的接口，由所有分布式的智能单元组成，负责对一次设备进行保护、测量和控制等工作；而网络层则由站内通信网组成，主要负责搜索间隔层智能单元的上传信息，同时下达控制命令及定值参数；最后，变电站层主要由三个工作站组成：就地监控系统主站、继电保护工程师站、远动主站，各工作站挂在网上通过通信网同各间隔通信，令全站信息更快捷地进入数据库，还可以根据有关的需求把不同的数据网调度中心上送，从而实现了远方通信功能。
（一）就地监控系统主站
当变电站有工作人员值班时，，可对全站的一次设备进行以计算机监控系统为中心的监视、测量、控制、管理和记录等工作，甚至能够在发生突发情况时报警。当有需要时，更可和远方的控制中心进行通信，共享信息。
（二）继电保护工程师站
把从网络上接收的录波信息进行存盘，对接收得来的录波数据的波形显示进行详尽的分析计算是工程师站的工作主要内容之一。同时工程师站还可以利用Modem连接到公用电话网，继保工作人员就可以在有电话的地方和网络上的任一元件通信，甚至从就地PC机的磁盘中调取录波记录。
（三）远动主站（MASTER）
过去我国的通信信息的管理是由通信管理机进行，通信管理机一旦出现故障，那么所有传送中的消息将会中断。在本站的综合自动化系统中，将会采用局域网（LAN） 的通信方式， 取消了传统的通信管理单元层，增设直接接于局域网上的远动主站。MASTER将会作为数据采集系统，模拟RTU 与调度端通信。在站内进行通讯时，MASTER节点和其它节点遵守站内通信规约进行通信；在站外进行通讯时，MASTER则遵循外部规约和调度端进行通信。
四、结束语
某110 kV变电站综合自动化系统已经运行了一段时间，实践得出该综合自动化系统具有良好的安全性，能够为某供电局实现无人值班变电站的积累了实践经验。若想要确保我国的电网能够安全稳定地运行，唯有借鉴国外的成熟经验和技术，进行合理的系统优化。