變電站綜合自動化系統是指通過執行規定功能來實現某一給定目標的一些相互關聯單元的組合，變電站綜合自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備的功能進行重新組合、最佳化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量。
基本介紹
- 中文名：變電站綜合自動化系統
- 外文名：Integrated automation system of Substation
- 套用範圍：110KV及以下中高壓電力設備保護
- 軟體規約：CTD，SC1801，IEC60870-5-101
- 系統晶片：CMOS晶片
- 學科：電力工程
簡介,變電站綜合自動化系統發展方向,通信方式的發展,結構模式,發展歷程,一般程式,功能實現,
簡介
變電站綜合自動化系統是指：通過執行規定功能來實現某一給定目標的一些相互關聯單元的組合，變電站綜合自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備的功能進行重新組合、最佳化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量。
變電站綜合自動化系統發展方向
1 系統結構的轉變
變電站綜合自動化系統的結構將從集中控制、功能分散逐步向分散型網路發展。傳統的系統結構是按功能分散考慮的, 發展趨勢將從一個功能模組管理多個電氣單元或間隔單元向一個模組管理一個電氣單元或間隔單元、地理位置高度分散的方向發展。這樣, 自動化系統故障時對電網可能造成的影響大大地減小了, 自動化設備的獨立性、適應性更強。
(1) 智慧型電子裝置( IED) 的發展
(2)光電互感器的套用
2. 監控系統的發展
監控系統的發展主要表現在兩方面, 即變電站遙視系統的逐步套用和人工智慧在故障診斷套用中的不斷完善。
(1)遙視系統的套用
(2)人工智慧技術的發展套用
通信方式的發展
(1) 工業乙太網的發展套用
與現場匯流排相比, 工業乙太網是統一的匯流排網路技術, 存在通用優勢, 而且具有價格低、速度快、易於組網等優點。工業乙太網有兩種模型: 一種是混合模型( 乙太網和其它匯流排相連) ; 另一種是所謂的”透明工廠”型, 即從高層到底層都採用統一的工業乙太網的通信協定。混合型工業乙太網的技術已經十分成熟, ”透明工廠”型工業乙太網是工業控制領域的研究熱點, 國內外已經提出了多種解決方案, 每種方案也都有許多學者在研究, 在不斷地發展、完善中, 相信未來的一段時期, 工業乙太網會給變電站自動化系統帶來新的活力。
(2 )藍牙技術的發展套用
藍牙技術是一種無線數據與語音通信開放性全球規範, 它是一種以低成本的近距離無線連線為基礎、為固定與移動設備通信環境建立一個特別連線的短程無線電技術, 解決了乙太網用於變電站自動化布線難的問題。該技術具有小功率、微型化、低成本以及與網路時代相適應的特點。藍牙技術是一項發展中的技術, 其套用正處於起步階段, 但藍牙技術標準統一、智慧財產權共享的優勢是非常明顯的, 其未來的發展不可限量。可以預見, 變電站內許多設備間採用無線方式通信在不久的將來就可以實現。
結構模式
從國內、外變電站綜合自動化的開展情況而言，大致存在以下幾種結構：
變電站綜合自動化系統
變電站綜合自動化系統1）分散式系統結構
2）集中式系統結構
系統的硬體裝置、數據處理均集中配置，採用由前置機和後台機構成的集控式結構，由前置機完成數據輸入輸出、保護、控制及監測等功能，後台機完成數據處理、顯示、列印及遠方通訊等功能。前國內許多的廠家尚屬於這種結構方式，這種結構有以下不足：前置管理機任務繁重、引線多，是一個信息‘瓶頸’，降低了整個系統的可靠性，即在前置機故障情況下，將失去當地及遠方的所有信息及功能，另外仍不能從工程設計角度上節約開支，仍需鋪設電纜，並且擴展一些自動化需求的功能較難。在此值得一提的是這種結構形成的原由，變電站二次產品早期開發過程是按保護、測量、控制和通信部分分類、獨立開發，沒有從整個系統設計的指導思想下進行，隨著技術的進步及電力系統自動化的要求，在進行變電站自動化工程的設計時，大多採用的是按功能‘拼湊’的方式開展，從而導致系統的性能指標下降以及出現許多無法解決的工程問題。
3）分層分散式結構
按變電站的控制層次和對象設定全站控制級（站級）和就地單元控制級（段級）的二層式分布控制系統結構。
站級系統大致包括站控系統（SCS）、站監視系統（SMS）、站工程師工作檯（EWS）及同調度中心的通信系統（RTU）：
站監視系統（SMS）：應對站內所有運行設備進行監測，為站控系統提供運行狀態及異常信息，即提供全面的運行信息功能，如擾動記錄、站內設備運行狀態、二次設備投入/退出狀態及設備的額定參數等。
站工程師工作檯（EWS）：可對站內設備進行狀態檢查、參數整定、調試檢驗等功能，也可以用便攜機進行就地及遠端的維護工作。
上面是按大致功能基本分塊，硬體可根據功能及信息特徵在一台站控計算機中實現，也可以兩台雙備用，也可以按功能分別布置，但應能夠共享數據信息，具有多任務時實處理功能。
段級在橫向按站內一次設備（變壓器或線路等）面向對象的分散式配置，在功能分配上，本著儘量下放的原則，即凡是可以在本間隔就地完成的功能決不依賴通訊網，特殊功能例外，如分散式錄波及小電流接地選線等功能的實現。
發展歷程
變電站綜合自動化建設的發展歷程:
全國第一套就地安裝保護裝置----1995 CSL200A
全國第一套220kV綜合自動化變電站----1996珠海南屏
全國第一套全下放式220kV綜合自動化變電站----1999丹東
全國第一套全國產500kV綜合自動化變電站----1999南昌
全國第一套將專家系統套用到變電站綜合自動化系統中--2000
一般程式
自動：在一個限定任務內自行動作（無需操作人員）。
自動化：採用自動裝置改進設備以減少人的干預。
控制：在系統中，為某一特定目的而執行的操作。在變電站中控制包括：斷路器、隔離開關的操作、變壓器分接頭的調節、保護定值修改、特殊控制。
監控：通過對系統或設備進行連續或定期的監測來核實功能是否被正確執行，並使它們的工作狀況適應於變化的運行要求。
自動控制：無需人去直接或間接操作執行裝置的控制方式。
自動控制裝置：由一個或多個繼電器或邏輯元件組合在一起，預定完成某項規定自動化功能的設備。
自動切換裝置：在變電站中按照規定的程式預定起動操作斷路器和或隔離開關的自動控制裝置。
信息：人們根據表示數據所用的約定而賦於數據的意義。
信息容量：調度中心、主站或子站可處理的各種遠動信息的總和。
狀態信息：雙態或多態運行設備所處狀態的信息。
監視信息：將子站設備的狀態或狀變傳送到主站的信息。
事件信息：有關運行設備狀態變化的監視信息。
遙控信息：指通過遠程指令遙控發電廠或變電站中的各級電壓迴路的斷路器、投切補償裝置、調節主變壓器分頭、自動裝置的投入和退出、發電機的開停等。
通信：在信息源和受信者之間交換信息。
告警：當發生某些不正常狀態，需提醒人們注意而使用的信息。
總告警：全部單獨告警匯總成的告警。
成組告警：若干單獨告警匯總成的告警。
遙測：指運用通信技術傳輸所測變數之值。
遙信：指對狀態信息的遠程監視。
遙控：指具有兩個確定狀態的運行設備進行的遠程操作。
遙調：指對具有不少於兩個設定值的運行設備進行的遠程操作。
遙視：指運用通信技術對遠方的運行設備狀態進行遠程監視。
遙脈：指運用通信技術對遠方的運行設備的脈衝量(如電能量)進行遠程累計。
監視：用比較的方法對系統或其某一部分的運行進行觀察。在綜合自動統中通過彩色顯示器(大螢幕)上調看主接線圖、系統圖、棒圖、表格等，查看變電站運行實時數據、設備狀態、事件記錄等。
幀：指含有信息、控制和校驗區，並附有幀定界符的比特序列。
報文：以一幀或多幀組成的信息傳輸單元。
遠動系統：對廣闊地區的生產過程進行監視和控制的系統。
遠程命令：套用通信技術，完成改變運行設備狀態的命令。
遠動網路：若干遠動站通過傳輸鏈路，彼此進行通信聯繫的整體。
通道：在數據傳輸中，傳輸信號的單一通路或其一段頻帶。
遠動控制中心：控制遠動網路的所在地。
遠方監控終端：指設定在被監控變電站內的遠方監控裝置，包括信息採集、處理、傳送，命令接受、輸出和執行的設備。
子站:被控站：受主站監視和控制的站。
饋線遠方終端：安裝在配電網饋線迴路的柱上和開關櫃等處，並具有遙信、遙測、遙控和故障電流檢測(或利用故障指示器檢測故障)等功能的遠方終端，稱為 FTU；安裝在配電網饋線迴路的開閉所和配電所等處，具有遙信、遙測、遙控和故障電流檢測(或利用故障指示器檢測故障)等功能的遠方終端，稱為DTU。
後台機：對本站設備的數據進行採集及處理，完成監視、控制、操作、統計、報表、管理、列印、維護等功能的處理機。
調製：為了使信號便於傳輸、減少干擾和易於放大，使一種波形(載波)參數按另一種信號波形(調製波)變化的過程。
解調：從調製的載波信號中復原原調製信號的過程。
數據機：對遠動設備所傳送的信號進行調製和解調的設備。
數據終端設備：數據站的一種功能單元，它具有向計算機輸入和接收計算機輸出數據的能力；與數據通信線路連線的通信控制能力。
採樣(電氣傳動的)：在有限的時間間隔內(通常是相等的時間間隔)測量一個物理量的過程。
實時數據：指線上運行時實時記錄和監視的物理量。
歷史數據：指線上運行時按規定的間隔或時間點記錄的物理量。在變電站中歷史數據指按指定時間間隔或特殊要求保存下來的運行實時數據、各記錄和報表、曲線等。
變電站運行實時參數：指為監測和控制變電站運行所需的各種實時數據。主要有：母線電壓、系統周波；饋線電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能量；主變壓器電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能量、溫度；保護定值，直流電源電壓；變電站設備運行狀態等
變電站設備運行狀態：指各饋線斷路器、隔離開關的實際運行狀態(合閘、分閘)；
事件順序記錄：事件順序記錄又稱SOE，特指在電網發生事故時，以比較高的時間精度記錄的下列一些數據：發生位置變化的各斷路器的編號(包括變電站名)、變位時刻，變位時刻，動作保護名稱，故障參數、保護動作時刻等。
報警：變電站運行參數越限，斷路器變位或保護動作時，計算機將彈出視窗(登錄窗或報警視窗)顯示事件內容並進行報警，報警類型分為：不報警、普通報警、預告報警、事故報警等。
不報警：正常拉合閘或人工禁止報警，遙信畫面閃爍，遙測數值變色。
普通報警：計算機發出一次音響，其它與“不報警”相同
預告報警：計算機發出N次音響，其它與“不報警”相同
事故報警：印表機啟動列印，計算機持續音響直至人工解除，其它與“預告報警”相同
列印：將計算機中儲存的信息列印成文檔。列印可分為：報表列印、事件列印、人工列印等。
報表列印：日報表、月報表、年報表等，列印時間可設定。
人工列印：人工選擇(召喚)報表、畫面、各種記錄列印、拷貝。
雙機切換：含義是在雙機(主副機)配置的情況下，當主機(值班機)發生故障時,副機也可在人工干預下轉為主機，主機轉為副機。多機配置情況與雙機類似，當主機發生故障時，任一副機可在人工干預下轉為主機。
通道監視及切換：通道監視是指計算機系統通過通信控制器，統計與變電站測控裝置、保護或其他變電站自動化系統、電網調度自動化系統通信過程中接收數據錯誤和長時間無應答的情況。根據通道監視情況，系統可以告警或採取相應控制措施。如果通道配置有冗餘，即某廠站有雙通道的情況下，當一個通道故障時，系統可自動轉到另一個通道上進行通信。
前景點(圖元)：前景點指的是可以線上運行時能發生變化的點，大部分的前景點都是和資料庫里具體的點時對應的，即線上時隨實時數據的變化而變化。
背景點(圖元)：背景點是線上運行時不會發生變化，只是代表一些特定的物理意義。
數值量：能反映數據斷續變化的量，如斷路器、隔離開關分/合，保護動作等。
模擬量：能反映數據連續變化的量，通常可以反映到的小數點後的變化。線上運時可反映的物理量有電壓、電流、溫度、功率、頻率等。
數位訊號：在數字和時間上均是斷續的電信號。
脈衝量：反映累計變化的量，物理上對應的是有功電能、無功電能等。
操作點：操作點是系統里一個特殊功能的圖元，它可以調畫面、作遙控、按鈕功能等。
人工置數：改變前景點現有的數值但並不下發這個命令，做一個模擬操作用。
複選框和單選框：複選框是指在一組選擇里可以同時選擇幾個命令，而單選框只能選用一個。單選框通常是小圓圈，複選框通常是小正方形。
配置檔案：配置檔案用來規定一些程式在啟動時讀入設定，給用戶提供了一種修改程式設定的手段。
導航圖：線上運行時，每一個圖都有設定導航圖的功能，若當前圖太大，就可以通過縮小了的導航圖來尋找位置。
事故追憶：對事件發生前後的運行情況進行記錄。
站控層：由主機和操作員、工程師站、遠動接口設備等構成，面向全變電站進行運行管理的中心控制層。
數據採集：將現場的各種電氣量及狀態信號轉換成數位訊號，並存入計算機系統。
數據處理：對相關設備的各種數據進行系統化操作，用於支持系統完成監測、保護控制和記錄等功能。
接口：指兩個不同系統或實體間的界面或連線設備。由功能特徵、通用的物理互聯特徵、信號特徵和其他特徵等定義。
規約：在通信網路中，為了通信雙方能正確有效可靠的進行數據傳輸，在通信的傳送和接收過程中有一系列的規定，以約束雙方正確，協調的工作。
通信規約：啟動和維持通信所必要的嚴格約定，即必須有一套信息傳輸信息格式和信息內容等約定。
鏈路：站與站之間的數據傳輸設施。
鏈路層：鏈路是開放系統互連參考模型的一個層次，藉助鏈路規約執行並控制規定的傳輸服務功能。
協定轉換器：．連線兩個通信網路的智慧型電子裝置。它能夠按一種協定接收一個網路的信息，進行轉換後，按第二個協定向另一個網路轉發，或相反。
LAN區域網路：一般限於一棟建築物內或小型工業系統的一種通信網路。這裡特指變電站區域內通信網。
同步傳輸：一種數據傳輸方式，代表每比特的信號出現時間與固定時基合拍。
異步傳輸：一種數據傳輸方式，每個字元或字元組可在任意時刻開始傳輸。
廣播命令：向遠動網路的部分或全部子站同時發出的命令。
地址：報文的部分，用以識別報文來源或報文目的地。
電磁干擾(EMI)：由電磁騷擾所引起的設備、傳輸通道或系統性能的降低。
抗擾性：器件、設備或系統在電磁騷擾存在時，不降低性能運行的能力。
電氣二次設備室：電氣二次設備室是一個綜合性房間，用於布置不宜設定在配電裝置和主變壓器現場的電氣二次設備。如遠動終端及相應設備、通信設備、交直流電源、不停電電源、繼電保護、測控、計量和其他自動裝置等。與控制室相比，主要差別是不適宜作為長期有人值班的監控場所。
繼電小室：位於配電裝置內或附近，安裝繼電保護、自動裝置、變送器、電能計算及及錄儀表、輔助繼電器屏、就地控制層設備的獨立小間。
現場驗收測試：現場驗收測試是對變電站自動化系統的每一個數據、每個控制點、功能正確性進行驗證。現場測試驗收還包括對變電站自動化系統與其周圍運行環境條件測試，使用最終參數對全部安裝的設備的測試。現場驗收為變電站自動化系統做運行準備。
功能實現
1、微機保護:是對站內所有的電氣設備進行保護,包括線路保護,變壓器保護,母線保護,電容器保護及備自投,低頻減載等安全自動裝置。
2、數據採集:包括狀態數據(斷路器狀態,隔離開關狀態,變壓器分接頭信號及變電站一次設備告警信號等),模擬數據(各段母線電壓、線路電壓、電流、功率值、頻率、相位等電量和變壓器油溫,變電站室溫等非電量),和脈衝數據(脈衝電度表的輸出脈衝等)。
3、事件記錄和故障錄波測距:事件記錄應包含保護動作序列記錄,開關跳合記錄。
4、控制和操作閉鎖:操作人員可通過後台螢幕對斷路器,隔離開關,變壓器分接頭,電容器組投切進行遠方操作。操作閉鎖包括:電腦五防及閉鎖系統,斷路器、刀閘的操作閉鎖等。
5、同期檢測和同期合閘。
6、電壓和無功的就地控制:一般採用調整變壓器分接頭,投切電容器組,電抗器組等方式實現。數據處理和記錄:歷史數據的形成、存儲。
6、電壓和無功的就地控制:一般採用調整變壓器分接頭,投切電容器組,電抗器組等方式實現。數據處理和記錄:歷史數據的形成、存儲。
7、人機聯繫。
8、系統的自診斷功能:系統內各外掛程式應具有自診斷功能,自診斷信息也象被採集的數據一樣周期性地送往後台機和遠方調度中心或操作控制中心。
9、與遠方控制中心的通信:遠動“四遙”及遠方修改整定保護定值、故障錄波與測距信號的遠傳等。系統應具有通信通道的備用及切換功能,保證通信的可靠性,同時應具備同多個調度中心不同方式的通信接口,且各通信口MODME應相互獨立。保護和故障錄波信息可採用獨立的通信與調度中心連線,通信規約應適應調度中心的要求,符合國標及工CE標準。
10、防火、保全系統。
