110kV变电站电气一次系统设计研究（大全）

第一篇：110kV变电站电气一次系统设计研究（大全）

110kV变电站电气一次系统设计研究

云南欣博工程咨询有限公司 云南昆明 650051

摘要：我国电力工业的电力水平和技术水平都在不断的提高，已经有许多变电站实现了集中控制和采用计算机监控，电力系统也实现了分级集中调度。作为电力系统接线组成的一个重要部分，变电所电气主接线的确定，直接影响着电力系统的妥全、灵活、稳定、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置等等几方面。本文将会对110kV变电站电气一次系统设计进行探索和研究。

关键词：110kV变电站；系统；设计

近年来，我国的社会经济得到快速的发展，人民的生话水平也得到了大大地提高，对电的要求也在不断地提高。并且国家也在不断地加强对城网以及农网建设和改造，这使得我国变电站事业快速的发展和进步。

我国变电站在迅猛发展过程中在给人民带来了极大的好处的同时，也给相关专家和研究者带来了一些列的难以解决的问题。例如电网用电的可靠性是城网及农网建设及改造的重要目标之一，同时也是各变电站设时必须考虑的问题之一，但是飞速发展的构成中，就有了极大的困扰。本文根据110kV变电站电气一次设计进行研究。

一、变电站的概念及其作用

1、变电站的概念

变电站主要指的是电力系统中用来变换电压接受电能，并且能够对电能进行相应分配及控制电力流向或是调整电压的相应电力设施。变电站在各个电网之间相互联系过程中发挥纽带的作用，并且把各个等级电压的相关电网利用变压器有机的联系在一起，进而达到相应变换与分配电能的目的。变电站是否具有安全性和可靠性，将会对整个电网是否能够安全的运行产生直接的影响。

2、变电站的作用

使电能够在高低压之间进行科学、安全的转换是变电站的主要作用。在转换高低压时，有一些变电站把发电厂中的发电机出口电压进行有机的升压，给电能在进行远距离传输之时，降低电能在线路上的一些损耗提供了有利的条件。除此之外，一些变电站会将高压转变成低压，再对用户端进行传送。

110kV变电站分布相对较为宽广，并且数量较多，它是直接面对客户端的变电站。所以，在进行110kV变电站一次设计时，需要对其的经济性、可靠性以及灵活性充分考虑。通过这种方式进行综合的比较选择，能够极大地减少变电站在某个区域内的投资成本，并且能够在面对该地区所发生的各种停电现象以及相应的电网故障时灵活的应对，使这一区域中供电的可靠性得到充分的提高。为了满足各区域的用电增长需求，应该对110kV变电站的分布点进行科学合理的选择，满足人们日益增长的文化需求，并且促进社会发展。

二、110kV变电站电气一次系统设计

1、主接线的设计

在进行主接线方式设计时，需要在以下五方面加以注意。

（1）变电所在系统中所处的的地位和会起到的作用。

（2）主接线是受主变压器台数影响的。

（3）负荷的重要性分级和出线回数多少必然影响到主接线。

（4）各用容量的有无和大小对主接线产生的影响。

（5）近期和远期的发展规模。

首先通过负荷计算选出合适的主变压器，然后利用经济性、可靠性、灵活性三方面确定出电气主接线形式为110kV采用单母线分段，35kV采用单母分段带旁路、10kV为单母线分段接线。需要计算各侧的负荷有站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kV负荷、35kV负荷以及110kV负荷。

2、短路电流计算

2.1短路类型

电力系统简单短路故障包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路四种类型。三相短路又被称为对称短路，其它三种类型的短路为不对称短路根据电力系统的运行经验，一般发生单相接地短路的可能性较大，约占70%左右；两相短路发生的较少。三相短路发生的几率虽然相对最少，但是一旦发生将会造成比较严重的后果。

2.2短路电流计算

短路电流是通过短路电流的计算原则和方法来计算的。一般采用标幺值制法计算短路电流。对短路电流进行计算在实际生产中，在选择和校验电气设备、整定和校验继电保护装置，以及选择限流设各合理选择主接线方案等时都要使用。

3、主要电气设备的选择

3.1设备选择的原则

电气设各选择导体和设各的选择设计，要根据系统主接线、负荷计算和短路电流计算，应做到技术先进，经济合理，安个可靠，运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安个经济运行的需要在选择上遵循以下几项原则：

（1）按正常工作条件选择

A.按额定电压选择电气设备的额定电压应符合电气装设点的电网电压，并小得低于该回路的最高运行电压。

B.按额定电流选择电气设备的额定电流应小得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流。

C.机械负荷：所选电器端子的允许负荷，应人于电器引下线在正常运行和短路时的最大作用力。

（2）按短路条件校验电气设备的动、热稳定。

A.电气设备允许通过的极限电流应不小于短路冲击电流。

B.电气设备在某段时间内产生的热量应小小于短路电流在此时间内产生的热量。

C.在工作电压和过电压下，电气的内、外绝缘应保证必要的可靠性电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设各相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，选用适当的电压保护设备就需要通过绝缘配合计算。

（3）安装地点、工作环境、使用条件及供货条件来选择电气设各的适当形式。

3.2断路器的选择

断路器一般采用火弧介质和火弧方式，一般可分为：多油断路器、少油断路器、压缩空气断路器、真空断路器，SF6断路器等断路器型式的选择，在选择时不仅要满足各项技术条件和环境条件，还需要考虑到对施工调试和运行维护，另外还要根据技术经济的比较来确定。110kV侧选用3API-FG-145kV/3150A-40kA型断路器。

3.3隔离开关的选择

110kV侧GW4-110D/630型隔离开关。

3、互感器的选择

一般选用WVB110-20（H）型电压互感器，系统最高电压126kV，额定缘水平200/480kV，额定一次、二次电压比110kV/1.732/0.1/1.732/0.1kV额定负载150VA/150VA/100VA，准确级0.2/0.5/3P。

3.5母线的选择

（1）一般要求

A.根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电十扰等条件，对配电装置中软导线进行选择，进而导线的截面和导线的结构型式进行确定。

B.对于空气中含盐量较人的沿海地区或周围气体对铝有明显腐蚀的场所，选用防腐型铝线效果更好。

C.如果负荷电流较大，应根据负荷电流选择较大截面的导线。如果电压较高，可增加导线外径或增加4相导线的根数，从而保持导线而积的电场强度，导线必须满足电晕的要求。

D.当配电装置等于或者小于220kV时，电晕对于导线截面的选择起不到决定性作用，因此可采用单根钢芯铝绞线组成的复导线，根据负荷电流进行导线截面。

（2）母线截面的选择要按照最人长期工作电流，对动、热稳定进行校验。

3.6避雷器的选择

应该根据被保护电器的绝缘水平和使用特点，来选择合适的避雷器型式。

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第二篇：110kV变电站电气一次系统设计文献综述

110kV变电站电气一次系统设计文献综述

一、引言

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，用户对供电质量的要求日益提高。国家提出了加快城网和农网建设及改造、拉动内需的发展计划。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来，在电力系统中起着至关重要的作用。近年来110kV变电站的建设迅猛发展。科学的变电站设计方案能够提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源，体现“增容、升压、换代、优化通道”的技术改造思路。同时可以增加系统的可靠性，节约占地面积，使变电站的配置达到最佳，不断提高经济效益和社会效益。

二、什么叫变电站

变电站是改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，称为变电所、配电室等。

变电站是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压，在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点。变电站主要组成为：馈电线（进线、出线）和母线，隔离开关，接地开关，断路器，电力变压器（主变），站用变，电压互感器TV（PT）、电流互感器TA(CT），避雷针。

变电站主要可分为：枢纽变电站、终端变电站；升压变电站、降压变电站；电力系统的变电站、工矿变电站、铁路变电站(27.5kV、50Hz）；1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、6.3kV等电压等级的变电站。

变电站起变换电压作用的设备是变压器，除此之外，变电站的设备还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等，有的变电站还有无功补偿设备。变电站的主要设备和连接方式，按其功能不同而有差异。目前分布式变电站自动化系统已逐步成为技术发展的主流[3]。

三、研究的主要内容

设计110kV变电站，电压等级为110/35/6kV，进出线数2/4/11。

35kV侧：最大35MW，最小15MW，Tmax=5200小时，cosφ=0.90

6kV侧：最大12MW，最小6MW，Tmax=5000小时，cosφ=0.85

出线情况：

110kV侧：2回（架空线）；LGJ-240/35km。

35kV侧：2回（架空线);

6kV侧：15回（电缆）。

电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源，同时也是现代社会中最重要也是最方便的能源[4]。电能的发、变、送、配电和用电，几乎是在同一时间完成的，须相互协调与平衡[5]。变电和配电是为了电能的传输和合理的分配，在电力系统中占很重要的地位，其都是由电力变压器来完成的，因此变电所在供电系统中的作用是不言而语的。

（1）变电所的设计要认真执行国家的有关技术经济政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求。（2）变电所的设计应根据工程的5~10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。（3）变电缩的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理的确定设计方案。（4）变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。其次，变电所所址的选择，应根据要求，综合考虑确定[3]。

四、主要设计内容

随着社会经济的快速发展,社会对电力供应安全、可靠的要求越来越高.为满足用电需求,对电力企业而言,每年都要进行变电站新建、扩建和主变压器增容等工程建设,其中主变压器容量的选择是必须考虑的问题.容量选择过大,增加主变压器本身和相关设备购置和安装、运行维护的投入,造成资金浪费;容量选择过小,不能满足负荷的需求,使主变压器过载运行,造成设备损坏,影响变电站对外安全可靠供电;主变压器容量选择得当,有利于降损节能,达到主变压器的经济运行,可以节约主变压器及其配套装置的一次性投资和减少运行、维护的费用[6].负荷的计算和主变的选择：

(1)负荷的计算和无功补偿

本变电所的电压等级为 110/35/6kV，主要的负载在 35kV 和 6kV 的线路上。负荷的计算就是把 35kV 和 6kV 电压等级上的总的负载算出来。一方面，为了提高电网的有功功率，也就是降低无功功率，要对电网进行无功补偿，这样就使选择的主变

压器的容量减小，降低了成本[17]。另一方面，为使变电所的功率因数不低于 0.9，要对系统进行无功补偿，也就是把 35kV 和 6kV 线路上负载的功率因数从 0.8 提高到 0.9，而在具体的补偿中，使用并联电容器的补偿方式[12]。

(2)主变压器的容量选择

在本设计中，为了满足运行的灵敏性和供电的可靠性，应选两台三绕组变压器，主变压气容量应根据 5—10 年的发展规划进行选择，并考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力[15]。所以每台变压器的额定容量按 Sn0.7PM（PM 上一步无功补偿后的视在功率，即供电容量）选择，同时每台主变压器的容量不应小于一、二级负荷之和，依据上述要求选择所用变压器的型号[16]。

主接线设计的基本要求为：

(1)供电可靠性。主接线的设计首先应满足这一要求；当系统发生故障时，要求停电范围小，恢复供电快。

(2)适应性和灵活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变运行方式时操作方便，便于变电站的扩建。

(3)经济性。在确保供电可靠、满足电能质量的前提下，要尽量节省建设投资和运行费用，减少用地面积。

(4)简化主接线。配网自动化、变电站无人化是现代电网发展必然趋势，简化主接线为这一技术全面实施，创造更为有利的条件。

(5)设计标准化。同类型变电站采用相同的主接线形式，可使主接线规范化、标准化，有利于系统运行和设备检修[3]。

变电所主要电气设备及其作用：

(1)高压断路器（或称高压开关）线路正常时，用来通断负荷电流；线路故障时，用来切断巨大的短路电流。断路器具有良好的灭弧装置和较强的灭弧能力。按灭弧介质划分，断路器分为油断路器、空气断路器、SF6断路器等。

(2)负荷开关 线路正常时，用来通断负荷电流，但不能用来切断短路电流。负荷开关只有简易的灭弧装置，其灭弧能力有限。负荷开关在断开后具有明显的断开点。

(3)隔离开关（或称高压刀闸）隔离开关没有灭弧装置，其灭弧能力很小。仅当电气设备停电检修时，用来隔离电源，造成一个明显的断开点，以保证检修人员的工作安全。

(4)高压熔断器 在过负荷或短路时，能利用熔体熔断来切除故障。在某些情况下，熔断器可与负荷开关或隔离开关配合使用，以代替价格昂贵的高压断路器，以节约工程投资[11]。

(5)电流互感器 将主回路中的大电流变换为小电流，供计量和继电保护用。电流互感器二次侧额定电流通常为5A或1A[7]，使用中二次侧不允许开路。

(6)电压互感器 将高电压变换成低电压，供计量和继电保护用。电压互感器二次侧额定电压通常为100V[7]，使用中二次侧不允许短路。

(7)避雷器 避雷器主要用来抑制架空线路和配电母线上的雷电过电压可操作过电压，以保护电器设备免受损害。

(8)所用变压器 向变电所内部动力及照明负荷、操作电源提供电力[8]。

如上所述，各种电器对我们的变电站设计都有至关重要的作用。所以合理的配置是关键中的关键。

短路电流的计算：短路电流的计算主要是为了选择电气设备、校验电气设备的热稳定性和动稳定性，进行继电保护的设计和调整[13]。对于整个电网来说，要考虑在不同地点同时发生短路时的情况，将设计的主接线按其阻抗的形式转化为电力系统界限的示意图，再根据所选主变的参数、线路的阻抗进行短路电流的计算[18]。

一次设备的选择与校验： 按正常运行的条件进行选择，对 110kV、35kV 和 6kV 的母线按经济的电流密度算出其截面，按照截面面积和环境的要求选择适合的母线；对断路器的选择依据其额定电压、额定电流和开断电流来选择，隔离开关按其通过的额定电流必须大于此回路的电流来选择，电压互感器和电流互感器均依据一次侧和二次侧的电压和电流进行选择；对所选的母线和电气设备要进行热稳定性和动稳定性的校验，看所选的母线和设备是否满足设计的要求，校验时遵循短路时的情况来校验[14]。变电所的防雷设计应做到设备先进、保护动作灵敏、安全可靠、维护试验方便，并在在保证可靠性的前提下力求经济性[9]。防止雷电直击的主要电气设备是避雷针，避雷针由接闪器和引下线、接地装置等构成[10]。避雷针的位置确定，是变电所防雷设计的关键步骤。首先应根据变电所电气设备的总平面布置图确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程范围的要求，初步确定避雷针的安装位置后再根据公式进行，校验是否在保护范围之内[10]。同时做好变电站的接地电网，也可以有效的防止电力事故的发生。

五、结束语

变电站设计是个综合系统工程，是电力系统项目设计的重要组成部分。一份成功的变电站设计方案可以在实际工程中取得最有的效益，增加系统的可靠性，节约占地面积以及建设成本，使变电站的配置达到最佳保证较高的经济效益和社会效益。

参考文献：

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[2]张宏阳，浅谈220kV变电站设计思路及实践。科技咨询，2009（18）

[3]35～110KV变电所设计规范 GB50059-92

[4] 蔡伟君,电站电气装置型式变化情况及前景探讨.《广东科技》

[5]熊信银,范锡普.《发电厂电气部分》.中国电力出版社

[6]董征森 浅谈主变压器容量的选择。农村电工，2011, 19(11)

[7]王宁会.《电气工程常用数据速查手册》.中国建材工业出版社

[8]卓乐友.《电力工程电气设计》.中国电力出版社

[9]郭仲礼,于曰浩.《高压电工实用技术》.机械工业出版社

[10]隋振有.《中低压配电实用技术》.机械工业出版社

[11] 刘从爱,徐中立。《电力工程》.机械工业出版社

[12]王锡凡。电气工程基础。西安交通大学出版社

[13]张惠刚。变电站综合自动化原理与系统。北京：中国电力出版社

[14]西安理工大学 余健明,同向前,苏文成.《供电技术》.机械工业出版社

[15]胡志光。发电厂电气设备及运行。北京：中国电力出版社

[16]] J.Duncan Glover,Power System Analysis and Design,China Machine Press.2004

[17]F C Schweppe,M C Caramanis,R D Tabors,R E Bohn.Spot Pricing of Electricity.London:Kluwer Academic Publishers,1988.[18]A.Goikoetxea,J.A.Barrena,M.A.Rodriguez,G.Abad.“Active Substation

design to maximize DG Integration”.Paper accepted for presentation at 2009 IEEE Bucharest Power Tech Conference

第三篇：毕业设计110 ∕35∕10kV降压变电站电气一次系统设计文献综述

文献综述变电站概述

我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，现在已有许多变电站实现了集中控制和采用计算机监控．电力系统也实现了分级集中调度，所有电力企业都在努力增产节约，降低成本，确保安全远行。电力工业的发展,单机容量的增大、总容量在百万千瓦以上变电站的建立促使变电所建筑结构和设计不断地改进和发展。变电站结构的改进、新型建材的采用、施工装备的更新、施工方法的改进、代管理的运用、队伍素质的提高、使火电厂土建施工技术及施工组织水平也相应地随之不断提高。电力工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求。

变电站是电力系统的重要组成部分，是电力网中的一个中间环节，它的作用就是通过变压器和线路将各级电压的电力网联系起来，以用于变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压，并起到联系发电厂和用户的中间环节。110∕35∕10 KV降压变电站电气一次系统设计内容

在电力系统中，变电站主要承担电压变换这一重要任务，其作用可以概括：

1.提高输电电压，减少电能损失。电能在输送过程中，由于电能的热效应，就要产生电能损失，且电能转化为热能的损失与电流的平方成正比。因此，当输送功率一定时，提高输电电压就可以减少电流，电网就会相应减少电能损失。

2.降低电压，分配电能。电能经升压输送到用户后，用户很难使用这些高压的电气设备，需要降压变电所把电压降低再分配到用户供用户使用。

3.集中电能，控制电力流向。一个电网多数由多个电源点提供电能，这些电能的集中必须通过枢纽升压变电所来实现。在用电地区，根据负荷情况，再由降压变电所来控制电力的流向。

4.调整电压，提高电能质量，满足用户的要求。通过变电所的变压器调压装置和无功补偿设备，既可使用户得到稳定的电压，也可提高线路的输电功率。变电站是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节，所以变电站的设计是我国电网建设的重要环节。其运行的安全与否，直接关系到电网的安全和稳定，对国民经济和社会的发展至关重要。在目前的电网建设中，尤其是在变电所的建设中，土地、资金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、电能质量差

。等问题已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素。随着电网的发展及超高压大容量的形成，变电站运行设备和运行操作一旦发生事故而不能

及时消除或处理不当，就将危机电网的安全运行，严重时甚至酿成大面积停电。所以变电站需要采用节约资源的设计方案,既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用率高的要求。对一个中小型变电站的主接线就毋须要求过高的可靠性，也就没有必要太复杂的接线形式；而对于超高压变电所，由于它们在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统稳定运行遭破坏，甚至瓦解，造成巨大损失，所以就要求较高的可靠性。

在借鉴已建110∕35∕10 kV降压变电站设计经验的基础上，对110 ∕35∕10 kV降压变电站电气主接线、电气设备的平面布置、电气设备选型、防雷、接地、等方面提出一系列设计思路。

（1）主变容量和型号的选择是根据负荷发展的要求。包括主变压器型号的选择，冷却方式，有载还是无载调压方式。

（2）电气主接线的设计确定主接线的形式对变电所电气设备的选择、配电装置的布置、供电可靠性、运行灵活性、检修是否方便以及经济性等都起着决定性作用。变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。主接线必须满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力，可以进行定量评价。

发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。运行的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。具有一定的灵活性

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

5应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。总结

本次设计是《110 ∕35∕10 kV降压变电站电气一次系统设计》，变电所的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑。因而，变电所应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的变电所为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出设计思路。

参考文献

[1] 华中工学院．发电厂电气部分．

[2] 天津大学．发电厂电气部分课程设计参考资料．

[3] 东北西北电力设计院．电力工程设计手册（1-4分册）．

[4] 西北电力设计院．发电厂变电所电气主接线和布置．

[5] 西安交通大学．发电厂变电所电气主接线设计．

[6] 熊信银．发电厂电气部分．中国电力出版社．

[7] 李光琦．电力系统暂态分析．中国电力出版社．

[8] 陈衍．电力系统稳态分析．中国电力出版社．

[9] 水利电力部西北电力设计院．电力工程电力设计手册．水利电力出版社．

[10] 杨宛辉等．发电厂电气部分设计计算资料．西北工业出版社．

[11] 杨宛辉等．发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册．

第四篇：某110KV变电站电气一次部分设计文献综述

毕业设计(论文)文献综述

题 目:

学 院:

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文献综述

摘要：电能的开发和利用，是人类征服自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就。它消除了黑夜对人们生活和生产劳动的限制，大大延长了人类用于创造财富的劳动时间，改善了劳动条件，丰富了人们的生活。在现代文明中，电是不能被贮存的，只能当时生产然后马上投入使用。所以，在电力系统中，变电站是不可或缺的。

关键词：变电站的性质 设计 目的及意义

电能与国民经济发展的关系极为密切。国民经济发展越快，现代化水平就越高，对电能的需求量也就越大。电力工业的使用范围不断扩大，电能的消费量不断上升。世界能源消耗变化总趋势是电能将成为主要能源。世界各国都把电能消费占能源消费的比重和电力工业的发展速度，作为衡量国家经济发展和现代化水平的标志，所以发展电力是当今世界每个国家的重点。电力工业已经成为国民经济中具有社会公益性和发展先行性的国民经济基础行业，关系着国家工业生产的命脉，是实现国家经济发展现代化的战略重点。而变电站在电力系统中占有重要的地位。

现如今，电力工业在整个工业中所占比例也逐渐加大，各类发电厂、变电站分工完成整个系统的发电、变电和配电的任务。变电站更是电力系统的中间传输者，而它的设计更是电力工业建设中不可去除的项目。而变电站的设计内容多，范围涵盖广，对于不同电压等级、不同类型和不同性质负荷的变电站在设计的时候，侧重点也会有所差异。

一、变电站的设计

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能的场所，它控制着电力的流向和调整电压的电力设施，通过其变压器将各级电压的电网联系起来。我国电力工业的发展正飞速发展，对变电站的设计提出了更高的要求，使其能跟上发展的需要，满足整个工业的需求。

综合我国的电力工业现况，以为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能为前提，优化各个电压等级的变电站，体现安全、可靠、经济和先进。一般的变电站的设计主要包括一下几个方面：

1.对拟定建设的变电站进行一定的分析和补充： 分析电源、电力系统和负荷情况，对当地的环境条件进行补充。然后在来制定无功平衡方案，决定各变电站的电容补偿容量，选择主接线方案。

2.主变压器的选择：

变压器是变电站的主要设备，按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分列式等型式。

为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压器的分接头。按分接头切换方式变压器有带负荷有载调压变压器和无负荷无载调压变压器。有载调压变压器主要用于受端变电站。

3.电压及电流互感器：

电压和电流互感器是测量一次电压和电流量的仪表，在额定情况下电压互感器的额定电压是100V，电流互感器的额定电流是5A或1A。

4.开关设备

它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等都是断开和合上电路的设备。断路器在电力系统正常运行情况下用来合上和断开电路故障时在继电保护装置控制下自动把故障设备和线路断开，还可以有自动重合闸功能。在我国，220KV以上变电站使用较多的是空气断路器和六氟化硫断路器。

隔离开关（刀闸)的主要作用是在设备或线路检修时隔离电压，以保证安全。它不能断开负荷电流和短路电流，应与断路器配合使用。在停电时应先拉断路器后拉隔离开关送电时应先合隔离开关后合断路器。如果误操作将引起设备损坏和人身伤亡。

负荷开关能在正常运行时断开负荷电流没有断开故障电流的能力，一般与高压熔断丝配合用于10KV及以上电压且不经常操作的变压器或出线上。

为了减少变电站的占地面积近年来积极发展六氟化硫全封闭组合电器(GIS)。它把断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中集中组成一个整体外壳充以六氟化硫气体作为绝缘介质。这种组合电器具有结构紧凑体积小重量轻不受大气条件影响，检修间隔长，无触电事故和电噪声干扰等优点，具有发展前景。目前，它的缺点是价格贵，制造和检修工艺要求高。5.防雷

现在用得最多的防雷设备是金属氧化锌避雷器，同时还有避雷针。它们都是防止直击雷引起输电线路产生雷电过电压，将直击雷引入到大地。另外，在断路器合闸的时候也会产生过电压，它其实是一种电能的冲击。而这种冲击不及时消除也会造成严重的后果。避雷器就可以在产生过电压之后，如果超过了它的限值，它就自动对地放电同时自动灭弧。

二、变电站的分类

1.按变电站的建造规模及系统中的地位(1)系统枢纽变电站

枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，它的电压是系统最高输电电压，目前电压等级有220KV、330KV(仅西北电网)和500KV，枢纽变电站连成环网，全站停电后，将引起系统解列，甚至整个系统瘫痪，因此对枢纽变电站的可靠性要求较高。

枢纽变电站主变压器容量大，供电范围广。(2)地区一次变电站

地区一次变电站位于地区网络的枢纽点，是与输电主网相连的地区受电端变电站，任务是直接从主网受电，向本供电区域供电。全站停电后，可引起地区电网瓦解，影响整个区域供电。电压等级一般采用220KV或330KV。

地区一次变电站主变压器容量较大，出线回路数较多，对供电的可靠性要求也比较高。

(3)地区二次变电站

地区二次变电站由地区一次变电站受电，直接向本地区负荷供电，供电范围小，主变压器容量与台数根据电力负荷而定。

全站停电后，只有本地区中断供电。(4)终端变电站

终端变电站在输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，全站停电后，只是终端用户停电。

2.按安装位置(1)室外变电站

室外变电站除控制、直流电源等设备放在室内外，变压器、断路器、隔离开关等主要设备均布置在室外。这种变电站建筑面积小，建设费用低，电压较高的变电站一般采用室外布置。

(2)室内变电站

室内变电站的主要设备均放在室内，减少了总占地面积，但建筑费用较高，适宜市区居民密集地区，或位于海岸、盐湖、化工厂及其他空气污秽等级较高的地区。

(3)地下变电站

在人口和工业高度集中的大城市，由于城市用电量大，建筑物密集，将变电站设置在城市大建筑物、道路、公园的地下，可以减少占地，尤其随着城市电网改造的发展，位于城区的变电站乃至大型枢纽变电站将更多的采取地下变电站。这种变电站多数为无人值班变电站。

(4)箱式变电站

箱式变电站又称预装式变电站，是将变压器、高压开关、低压电器设备及其相互的连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式集中布置在一个或几个密闭的箱壳内。箱式变电站是由工厂设计和制造的，结构紧凑、占地少、可靠性高、安装方便，现在广泛应用于居民小区和公园等场所。

箱式变电站一般容量不大，电压等级一般为3kv~35kv，随着电网的发展和要求的提高，电压范围不断扩大，现已经制造出了132kv的箱式变电站。

箱式变电站按照装设位置的不同又可分为户外和户内两种类型。(5)移动变电站

将变电设备安装在车辆上，以供临时或短期用电场所的需要。

3.按变压器的功能划分(1)升压变电站

升压变电站是把低电压变为高电压的变电站，例如在发电厂需要将发电机出口电压升高至系统电压，就是升压变电站。

(2)降压变电站

与升压变电站相反，是把高电压变为低电压的变电站，在电力系统中，大多数的变电站是降压变电站。

三、今后变电站的变化趋势

现如今，各个地区的变电站都正在尝试着一种改革，那就是综合自动化，用微机编程来执行原来值班人员的工作，它要求安全、灵活、可靠。这可以减少电力部门在安检中发生事故的概率。一般说来，变电站自动化公司只负责变电站的保护和监控系统，那么要想实现变电站的综合自动化，需要改造原主变的档位变送系统和测温系统、接地补偿装置、接地选线装置、无功补偿及电压调整等设备，这些设备要改造为具备“四遥”功能，其接口方式、通讯规约必须与保护、监控系统相统一，才能构成完整的变电站综合自动化。这是一项重要的工作，需要在各厂家间做大量的组织协调工作。而综合自动化功能要求则采用分布式变电所综合自动化系统，系统从整体上分为三层：变电站层、通讯层、间隔层。对于系统功能要求，通过测控装置进行实现数据的采集和处理，直流测量、所用电测量10kV-110kV母线电压测量采用综合测控单元。监控系统通过以上数据采集，产生各种实时数据，供数据库更新。除此之外，还应同时具备以下功能：事故报警和预告报警功能，事件顺序记录和事故追亿功能，断路器、有载调压开关、主变中性点刀闸的控制功能，管理功能，画面显示和打印功能，系统自诊断和自恢复功能等。

其次，对保护及自动装置的要求也有明确的规定。保护测控功能合二为一的装置，要求保护功能独立，即有独立的变流电流、电压输入回路，各种开关量输入应不经自动化系统及其通信网，而直接接入装置，保护测控装置不与监控设备联网时应能独立动行，各种保护功能（速断、过流、重合闸、低周减载等）均可单独投退。

现在，我们所学的课程都在向着自动化看齐，这就要求我们要温故知新。把三年所学都融入到今后的工作实践中去。同时，还要牢牢掌握计算机的编程工作。还望为以后的科研工作做一点小小的贡献。

参考文献

[1]《电力工程设计手册》第一册、第二册 上海科技出版社 [2]熊信银 《发电厂电气部分》（第三版）中国电力出版社.[3] 韩笑 《电力工程专业毕业设计指南 继电保护分册》 中国水利电力出版社 [4]孟祥萍 《电力系统分析》 高等教育出版社

[5]弋东方 [6]熊信银

《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）

《电气工程概论》

中国电力出版社

中国电力出版社

第五篇：变电站综合自动化系统的研究

变电站综合自动化系统的研究

2013级 电气自动化技术专业 程风荣

摘要： 变电站综合自动化是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和数字信号处理（DSP）等技术，实现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。主要内容有变电站综合自动化系统的功能、要求、结构形式、信息的测量与采集、变电站自动化通信技术、自控技术与调节、变电站自动化系统的运行维护及调试、提高系统可靠性措施等等。通过对变电站自动化系统的研究和对发展前景的分析，就会发现它在当今社会中的重要性。关键词 变电站自动化系统 通信技术 抗干扰

Abstract：Integrated substation automation is refers to the use of advanced computer technology, modern electronic technology ,communication technique and digital signal processing(DSP)and other technology to Make automation in automatic monitoring,measurement, control, protection and scheduling communication of substation main equipment and transmission and distribution line.The main content includes the function of substation integrated automation system, requirements, structure, information

collection

and

measurement,substation

automation communications technology, control technology and adjustment,substation automation system operation maintenance and debugging, improve the system reliability measures, etc.Based on the analysis of substation automation system and the prospects of development, you will find it in today's society of importance.Keywords substation automation system communication technology anti-interference

目 录

前 言.....................................................................................................................................................................1 第1章 变电站综合自动化系统的内容、功能和特点..........................................................3

1.1 变电站综合自动化系统的研究内容及基本功能......................................................................3 1.2 变电站综合自动化系统的特点..................................................................................................3 1.3 变电站综合自动化的发展前景..................................................................................................4

第2章 变电站综合自动化系统的结构形式................................................................................5

2.1 变电站综合自动化系统的设计原则和要求..............................................................................5 2.2 变电站综合自动化系统的硬件结构..........................................................................................5

第3章 变电站综合自动化信息的测量和采集..........................................................................9

3.1 变电站综合自动化信息..............................................................................................................9 3.2 变压器油温的测量和采集........................................................................................................10

第4章 变电站综合自动化系统的通信技术..............................................................................12 4.1 数据通信基础............................................................................................................................12 4.1.1 数据通信的基本概念.............................................................................................................12

4.1.2 数据通信系统的结构.............................................................................................................12 4.1.3 传输介质.................................................................................................................................13 4.2 数据交换技术............................................................................................................................13 4.2.1 电路交换.................................................................................................................................14 4.2.2 报文交换.................................................................................................................................14 4.2.3 分组交换.................................................................................................................................14 4.3 计算机网络基础知识................................................................................................................15 4.3.1 计算机网络的定义.................................................................................................................15 4.3.2 网络拓扑结构.........................................................................................................................15 4.3.3 网络的分类.............................................................................................................................15 4.4 计算机局域网络........................................................................................................................16 4.5 现场总线技术............................................................................................................................16 4.5.1 现场总线概述.........................................................................................................................16 4.5.2 现场总线通信协议模型.........................................................................................................17

第5章 变电站综合自动化系统的运行、维护及调试........................................................18 5.1 变电站综合自动化系统的人机联系与操作............................................................................19 5.1.1 测控和保护装置的人机界面.................................................................................................19 5.1.2 后台机的人机界面.................................................................................................................20 5.2 变电站综合自动化系统运行与维护........................................................................................22 5.2.1 日常运行维护.........................................................................................................................22 5.2.2 远程维护.................................................................................................................................23 5.2.3 技术管理.................................................................................................................................23 5.2.4 综合自动化系统的注意事项.................................................................................................23 5.2.5 维护要领.................................................................................................................................24 5.3 变电站综合自动化系统的调试................................................................................................25

第6章 提高综合自动化系统可靠性的措施..............................................................................26 6.1 综合自动化可靠性概述............................................................................................................26 6.2 干扰来源和干扰的影响............................................................................................................27

6.2.1 干扰源.....................................................................................................................................28 6.2.2 干扰信号的模式.....................................................................................................................28 6.2.3 干扰的耦合方式.....................................................................................................................28 6.2.4 干扰对变电站综合自动化系统的影响.................................................................................29 6.3 抗干扰措施................................................................................................................................30 6.3.1 硬件方面.................................................................................................................................30 6.3.2 软件方面.................................................................................................................................31 6.3.3 硬件自恢复电路.....................................................................................................................32

结束语...................................................................................................................................................................29 谢 辞...................................................................................................................................错误！未定义书签。参考文献..............................................................................................................................................................35

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前言

变电站是电力网络的线路连接点，是用以变化电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。变电站中有不同的电压的配电装置、电力变压器、控制、保护、测量、信号和通信设施以及二次回路电源等。有些变电站中还由于存在无功平衡、系统稳定和限制过电压等因素，需要装设同步调相机、并联电容器、并联电抗器、静止补偿装置等。另外，随着用电负荷的不断增长和负荷密度的增大，变电站电压等级和容量不断提高，对供电可靠性的要求也越来越高，为此需要提高变电站的自动化水平。

近几年来，变电站综合自动化已成为热门话题，引起了电力工业部门的注意和重视，并成为当前我国电力行业推行技术进步的重点技术之一。之所以如此，是因为：①随着我国电力工业和电力系统的发展，对变电站的安全、经济运行要求越来越高，实现变电站综合自动化，可提高电网的安全，经济运行水平，减少基建投资，并为推广变电站无人值班提供了手段；②随着电网复杂程度的增加，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况；③为提高变电站的可靠性，要求采用更多的远方集中控制、集中操作和反事故措施等；④利用现代计算机技术、通信技术等提供先进的技术设备，可改变传统的二次设备模式，实现信息共享，简化系统，减少电缆，减少用地面积；⑤对变电站进行全面的技术改造。

变电站综合自动化技术是应用计算机技术、通信技术、检测技术和控制技术等，将变电站中传统的继电保护系统、测量系统、控制系统、调节系统、信号系统和远动系统等多个独立的功能系统，经优化、组合为一套智能化的综合系统。变电站综合自动化技术研究始于20世纪70年代末，由于计算机的广泛应用，直到90年代，变电站综合自动化技术得到了迅速的发展。目前该技术已经被电力系统广泛的采纳，已投入运营的变电站正逐步进行综合自动化的改造，新建的变电站几乎普遍采用综合自动化系统。

随着国民经济的持续发展，近几年来，电网装机容量迅速增长，目前电力供应紧张情况暂时得到了缓解。主要的问题是城市居民反映进户线路截面小，电表容量不足，供电质量还难以满足生活用电需求。农村电气化事业的发展，对促进农业发展、高产，改善农民劳动和生活条件，加速农村商品经济的发展，有重要作用。但目前农网也有结构薄弱、线损过大、可靠性不高、收费不合理等情况，因此，加强城网和农网的建设和改造也是拉动国民

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经济的一项重要举措，发展变电站综合自动化也是目前城网和农网改造的基础环节之一。

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第1章 变电站综合自动化系统的内容、功能和特点

1.1 变电站综合自动化系统的研究内容及基本功能

常规变电站的二次设备主要有以下几部分组成：继电保护、自动装置、测量仪表、操作控制屏和中央信号屏以及远动装置。80年代以来，很多研究者考虑如何打破原来的二次设备框框，从变电站全局出发，着手研究全微机化的变电站二次部分的优化设计问题，这就是“变电站综合自动化系统”的由来。

10多年来，我国开展变电站综合自动化的研究与开发工作，主要包括如下两方面内容：（1）对220kV及以下中、低压变电站，采用自动化系统，利用现代计算机和通信技术，对变电站的二次设备进行全面的技术改造，取消常规的保护、监视、测量、控制屏，实现综合自动化，以全面提高变电站的技术水平，以逐步实行无人值班或减人增效。

（2）对220kV以上的变电站，主要采用计算机监控系统以提高运行管理水平，同时采用新的保护技术和控制方式，促进各专业在技术上的协调，达到提高自动化水平和运行、管理水平的目的。

实现变电站综合自动化的目标是提高变电站全面的技术水平与管理水平，提高安全、可靠、稳定运行水平，降低维护运行成本，提高经济效益，提高供电质量，促进配电系统自动化。实现变电站综合自动化是实现以上目标的一项重要技术举措。

变电站综合自动化是多专业的综合技术，国际大电网会议WG34.03工作组在研究变电站的数据流时，分析了变电站自动化需要完成的功能大概有63种，归纳起来可分为以下几个功能组：①控制。监视功能；②自动控制功能；③测量表计功能；④继电保护功能；⑤与继电保护相关功能；⑥接口功能；⑦系统功能。结合我国的情况，具体来说变电站综合自动化系统主要体现在下述5个子系统功能中：①监控子系统；②微机保护子系统；③电压、无功综合控制子系统；④电力系统的低频减负荷控制；⑤备用电源自投控制。

1.2 变电站综合自动化系统的特点

从变电站综合自动化系统的基本功能的介绍中，可以看出变电站综合自动化系统有以下几个突出特点：

（1）功能综合化。变电站综合自动化系统是个技术密集、多种专业技术相互交叉、相互配

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合的系统，它包括了除一次设备和交直流源外的全部二次设备。

（2）分级分布式、微机化的系统结构。变电站综合自动化系统内各子系统和各功能模块由不同配置的单片机或者微型计算机组成，采用分布式结构，通过网络、总线将微机保护、数据采集、控制等子系统连接起来，构成一个分级分布式系统。一个变电站综合自动化系统可以有十几个甚至几十个微处理器同时并行工作，实现各种功能。

（3）测量显示数字化。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CRT显示器上的数字显示屏代替，直观明了。这不仅减轻了值班员的劳动，而且提高了测量精度和管理的科学性。

（4）操作监视屏幕化。变电站实现综合自动化后，不论是有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电站内，就是在主控站或者调度室内，面对彩色屏幕显示器，对变电站的设备和输电线路进行全方位的监视和操作。

（5）运行管理智能化。变电站综合自动化的另一个最大特点就是运行管理智能化，智能化不仅仅是能实现许多自动化的功能，更重要的是能实现故障分析和故障恢复操作智能化。总之，变电站实现综合自动化可以全面的提高变电站的技术水平和运行管理水平，使其能适应现代化大电力系统运营的需要。

1.3 变电站综合自动化的发展前景

在变电站综合自动化的探索和实践中，人们逐渐认识到一些共识性问题尚未解决。以下几个方向将会成为发展的主要考虑因素：①变电站综合自动化由功能分散向单位分散发展；②变电站综合自动化由集中控制向分布式网络发展；③从少功能向多功能发展；④向测量数据完全共享发展；⑤变电站综合自动化向规范化方向发展。

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第2章 变电站综合自动化系统的结构形式

2.1 变电站综合自动化系统的设计原则和要求

为了达到变电站综合自动化的总目标，自动化系统应满足以下要求：（1）变电站综合自动化系统应能全面代替常规的二次设备。

（2）变电站微机保护的软、硬件设置既要与监控系统相互独立，又要相互协调。（3）微机保护装置应具有串行接口或现场总线接口，想计算机监控系统或者RTU提供保护动作信息或者保护定值等信息。

（4）变电站综合自动化系统的功能与配置，应满足无人值班的总体要求。（5）要有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。

（6）必须保证综合自动化系统具有高的可靠性和强的抗干扰能了。（7）系统的可延展性和适应性要好。（8）系统的标准化程度和开放性能要好。

（9）必须充分利用数字通信的优势，现实数据共享。

（10）变电站综合自动化系统的研究与开发工作，必须统一规划，统一指挥。以上几条原则和要求也可作为设计综合自动化系统时参考。

2.2 变电站综合自动化系统的硬件结构 1.集中式系统结构

集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口，集中采集变电站的模拟量和数字量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足： 前置管理机任务繁重、引线多，降低了整个系统的可靠性，若前置机故障，将失去当地及远方的所有信息及功能； 软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐；组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大并且扩展一些自动化需求的功能较难。

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图2.1 集中式系统结构图

2.分布式系统结构

分布串行方式实现数据通信，将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。其结构方便系统扩展和维护，局部故障不式系统结构

按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）之间采用网络技术或影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。但目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。

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图2.2 分布式系统结构图

3.分散（层）分布式结构

分散（层）分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：①现在的IED设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等，虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的；②利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，成本低，运行维护方便；③系统装置及网络鲁棒性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台IED设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行可靠性有保证。系统结构的特点是功能分散，管理集中。分散（层）分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I/O单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布；其二，对于110kV及以上的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对独立，以方便各间隔单元相应的操作和维护。

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图2.3 分散（层）分布式结构图

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第3章 变电站综合自动化信息的测量和采集

3.1 变电站综合自动化信息

变电站综合自动化系统要采集的信息类型多，数量大，既有变电运行方式的信息，也有电气设备运行方面的信息，还包括累积量和控制系统本身运行状态信息。这些信息大致可分为两类：第一类是与电网调度控制有关的信息，它包括常规的远动信息和上级监控或调度中心对变电站实现综合自动化提出的附加监控信息。这些信息在变电站测量采集后，由综合自动化系统向上级监控或者调度中心传送。第二类信息是为实现变电站综合自动化站内监控所使用的信息，由监控单元或自动装置测得的这些信息，用于变电站当地监视和控制。

这些信息包括有模拟量，开关量，脉冲量以及设备状态等。

1.模拟量信息

（1）联络线的有功功率、无功功率和有功电能。（2）线路和旁路的有功功率、无功功率和电流.（3）不同电压等级母线各段的线电压和相电压。（4）三绕组变压器三侧或高压、中压侧的有功功率、无功功率及电流；两绕组变压器两侧或高压侧的有功功率、无功功率及电流。（5）直流母线的电压。（6）所用变低压侧电压。（7）母线电流、分段电流、分支断路器电流。（8）出线的有功功率或电流。（9）并联补偿装置电流。（10）变压器上层油温等。

2.开关量信息

（1）变电站事故总信号。（2）线路母线旁路和分段断路器位置信号（3）变压器中性点接地隔离开关位置信号。（4）线路和旁联重合闸动作信号。（5）变压器的断路器位置信号。（6）线路和旁联保护动作信号。（7）枢纽母线保护动作信号。（8）重要隔离开关位置信号。（9）变压器内部故障综合信号。（10）断路器失灵保护动作信号。（11）有关过压、过负荷越限信号。（12）有载调压变压器分接头位置信号。（13）变压器保护动作总信号。（14）断路器事故跳闸总信号。（15）直流系统接地信号。（16）直流方式由遥控转为当地控制信号。（17）断路器闭锁信号等。

3.设备异常和故障预告信息

（1）有关控制回路断线总信号。（2）有关操作机构故障总信号。（3）变压器油温过高、绕

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组温度过高总信号。（4）轻瓦斯动作信号。（5）变压器或变压器调压装置油温过低总信号。（6）继电保护系统故障总信号。（7）距离保护闭锁信号。（8）高频保护闭锁信号。（9）消防报警信号。（10）大门打开信号。（11）站内UPS交流电源消失信号。（12）通信线路故障信号等。

变电站综合自动化系统采集的数字量主要指系统频率信号和电能脉冲信号，前者主要出现在保护和低周频负荷装置中，电能脉冲则用于远方对系统电能的计量。

3.2 变压器油温的测量和采集

为适应变电站无人值班管理运行模式要求，需要将变压器油温、变电站控制室温度等信号加以监视。因此，必须将这些温度进行测量并传送到监控中心。

测量温度常用的一次元件有热电阻、热电偶、热敏电阻等，他们都是将被测温度转化为以便测量的电气信号或者器件参数的大小。热电偶测温原理是热电效应，测温范围可达-50~1600℃，但通常用来测量300℃以上的高温。热电阻利用导体的电阻随温度变化的特征来测量温度，被广泛应用测量-200~500℃中、低温区的温度、热敏电阻利用半导体的电阻值随温度变化而显著变化的原理来测量温度，它的测温范围是-50~300℃之间。

作为温度测量的一次元件，热电阻仅将温度高低转化为电阻值的大小，只有测量出电阻值的大小才能推知温度的高低。在变电站综合自动化系统中，用热电阻测量的温度信号要传到变电站控制室或远方控制中心。所以应采用温度变送器，将温度变化引起的电阻值变化，变化为适用于各级转化的统一电信号。

1.热电阻测温电路

最常用的热电阻测温电路是电桥电路，如图3.1所示。R1、R2、R3是固定电阻，R4是不同零电位器，r1、r2、r3是导线电阻。

Rt通过r1、r2、r3与电桥相连接，r1、r2阻值相等，当温度变化时，r1、r2的变化量相同，由于r1、r2分别在不同的桥臂，不会产生测量误差，r3在电源回路，对测量的影响很小。当调整至满足电桥平衡时，则能直接由电桥检流计测的温度t的变化所导致的Rt的变化。

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图 3.1 热电阻测温常用电路

2.信号传送

当温度信号要进行传送时，需要采用与温度变送器相配合的测量方式，如图3.2所示。

图 3.2 变压器油温的变送原理

温度变送器的恒流电源输出一恒定电流，在热电阻上形成电压信号，大小与热电阻阻值成正比，测得该电压信号即可获得温度值。在温度变送器内，测量这个电压信号并变送为对应的直流电压输出。温度信号的测量远传，即将温度变送器的输出信号接到系统测控单元部分而实现。

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第4章 变电站综合自动化系统的通信技术

4.1 数据通信基础

4.1.1 数据通信的基本概念

在自动化变电站系统中数据通信主要任务有两个：一是完成自动化综合系统内部个子系统或者各种功能模块间的信息交换和实现信息共享；二是完成变电站与控制中心的的通信任务。通过信息交换，能够互相通信，实现信息共享从整体上提高自动化系统的安全性和经济性，从而提高整个网络的自动化水平。

4.1.2 数据通信系统的结构

数据通信系统的任务就是把信息以数据的形式从一处传送到另一处或多处。在数据通信系统中，终端设备和计算机之间需要通信媒介连接起来，这称为物理信道。连接方式有： ①点对点连接：如图4.1所示:

图4.1 点对点连接

终端与计算机间通过直接连接或者通过调制解调器用线路连接，可以是拨号线路，也可以是专线。在数据通信量比较大时该采用这种方式。

②多点式连接：为了提高物理信道的利用率，终端和计算机间的通信量不大时，可采用多点连接方式，即几个终端通过一条公用线路与计算机相连，该方式下，计算机作为主站，终端作为从站，有计算机来控制信息的接受和发送，终端不能随意发送信息。如图4.2所示：

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图4.2 多点式连接

③集中式连接：当终端要求与计算机进行通信时，为了节约信道，可以先将终端连接到多路复用器或集中器上，集中器与计算机相连。如图4.3所示：

图4.3 集中式连接

4.1.3 传输介质

①同轴电缆：中央都是一根铜线，外面包有绝缘层。

②双绞线：由两条导线按照一定的扭矩相互绞合在一起的、类似于电话线的的传输媒体。③光线：由许多细如发丝的橡胶或者玻璃纤维外加绝缘护套组成，光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，适用于高速网络和骨干网。

④无线媒体：不使用电子或光学媒体大多数情况下是利用地球的大气作为数据的物理性通路。主要有无线电、微波、红外线三种。

4.2 数据交换技术

按照数据传送的实现手段划分，交换可分为电路交换、报文交换和分组交换三种基本技术。

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4.2.1 电路交换

数据交换是指在传送数据时，先在网络中建立一个从源节点到目标节点的专用通道，像打电话一样分为三个过程：①电路的建立。数据在传送以前，要先经过呼叫过程建立一条端对端的电路。②数据传输。电路建立以后数据就可以直接传输，可以看成有一条专用的电路。③电路拆除。数据传输结束以后，由一方发出拆除请求，然后将连接到对方的节点逐一拆除。

4.2.2 报文交换

采用电路交换方法时，如果终端间交换的数据具有随机性和突发性，则浪费信息容道和有效时间，而采用报文交换则不存在这个问题。

1.报文交换原理

报文交换的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要传送的数据块，其长度不限而且可以改变。报文交换的本质就是储存转发。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发到下一个节点，每个节点在受到整个报文并检查无误后，就对这个报文进行暂存，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再继续把整个报文完整的传送给它。

2.报文交换的特点

相比较电路交换而言，报文交换有以下优点： ①电路利用率高。

②在报文交换的网络上，通信量大的时候仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。③报文交换系统可以吧一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。④报文交换网络可以进行速度和代码的转换。

4.2.3 分组交换

分组交换是对报文交换的一种改进，它他将报文分成若干个分组，每个分组的长度有个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储容量降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。

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以上三种数据交换技术，各有特点，其适用范围也各有不同：电路交换比较适用于一次传送的信息量大并且通信过程中实时性要求高的业务，报文交换在实际网络中没有被采用，分组交换适用于交互式通信，是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。

4.3 计算机网络基础知识 4.3.1 计算机网络的定义

计算机网络是指将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统，利用通信设备和线路互联起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息交换的系统。计算机网络有以下三个部分组成：具有独立功能的多台计算机；通信设备和线路；功能完善的网络软件。其中网络软件是计算机网络组成的重要部分，主要包括网络协议和网络操作系统，具备了这些软件，节点之间、计算机之间才能通信，也才能实现资源共享。

4.3.2 网络拓扑结构

网络拓扑是指网络的几何形状，或者是它在物理上的连通性。网络拓扑结构主要有点对点、星形、总线、环形结构等。

（1）点对点结构：两台计算机通过专用传输线路直接连接，可以采用任何介质传输。（2）星形结构：星形结构特点是集中式控制。网络中各节点都是以中央节点为交换中心。（3）总线结构：总线结构中所有节点都经接口连到同一条总线上，不设中央控制装置，是一种分散式结构。

（4）环形结构：环形结构中的各节点通过有源接口连接在一条闭合的环形通信线路中，是点-点式结构。

（5）树形结构、网络结构及混合型结构：树形结构是总线型的延伸，它是一个分层分支的结构，优点是网络易于扩充，隔离故障较容易，但缺点是线路利用率不如总线型结构高，节点对根的依赖性大，若根发生故障，则全网不能正常工作。

4.3.3 网络的分类

根据网络的分布范围，可以将网络分为局域网、城域网和广域网。

（1）局域网：局域网的范围较小，比如在一个建筑物或者几个相邻的建筑物内，范围一般

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在几米到几千米。局域网往往使用专门铺设的通信介质，配置简便，速度高，误码率低。（2）城域网：其分布范围介于局域网和广域网之间，一般在十公里到几十公里范围。（3）广域网：广域网也成为远程网，其范围通常在几十公里到几千公里。广域网发展较早，一般采用租用专线将分布在不同区域的各个局域网连接，构成网络结构。

4.4 计算机局域网络

局域网LAN是计算机技术急剧发展的新领域，他是把多台小型、微型计算机以及外围设备用通信线路互联起来，并按照网络通信协议实现通信的系统。计算机局域网的组成：

1.局域网的技术特点

随着网络体系结构、协议标准研究的发展，局域网技术应用的范围越来越广泛，主要有以下特点：①安全性方面，局域网技术无论在理论上还是在软件和硬件上，都已经十分成熟可靠。

②技术方面，局域网具有较高的传输速度、低误码率的高质量数据传输环境。③由于局域网的标准化设计，系统配置组合相对灵活，允许人们方便的改变或者修改系统，而且系统设备具有十分丰富的软件支持。④开放性方面，局域网一般采用公用通信介质，都是按照国际规标准划组织的开放系统互联模型来设计，可以方便的将不同厂家的设备便连接起来，具有较好的兼容性。

2.局域网的传输方式

局域网中使用的传输方式有基带和宽带两种。基带常用于数字信号传输，常用的传输媒体有双绞线和同轴电缆。宽带常用于无线电频率范围内的模拟信号的传输，常用同轴电缆。

4.5 现场总线技术 4.5.1 现场总线概述

在计算机数据传输领域内，长期以来使用RS-232和CC1TTV.24通信标准，它们是低

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数据速率和点对点的数据传输标准，不能支持设备之间更高层的功能操作。随着经济与技术的发展，用户需要对生产系统实施更好的控制，就必须对生产过程中的信息更多、更好、更实时的进行采集。现场总线技术就是在这样的背景下产生的。现场总线控制系统具有以下特点：

①开放性与可互操作性。开放性意味着将打破大型厂家的垄断，给中小企业带来了公平竞争的机会。可互操作性实现控制产品的“即插即用”功能。②彻底的分散性。彻底的分散性意味着系统具有较高的可靠性和灵活性，系统很容易进行重组和扩建，且易于维护。③成本低。衡量一套控制系统的总体成本，不仅要考虑其造价，而且应该考虑系统从安装调试到运行维护整个生命周期内的总投入。

现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。

现场总线可采用多种途径传输数字信号，如普通电缆、双绞线、光导纤维、红外线、电力传输线等。现场总线既是通信网络也是自控系统，现场总线所传送的是连通、关断电源，开关阀门的指令与数据，直接关系到处于运行操作过程之中的设备、人身和安全，因此要求信号在粉尘、噪声、电磁干扰等较为恶劣的环境下能够准确、及时到位。现场总线通过网络信号的传送联络，可由单个节点、也可由多个网络节点共同完成所要求的自动化功能，是一种由网络集成的自动化系统。

现场总线技术的分类按照传送的数据宽度分为：①数据宽度为位的称为传感器总线。②数据宽度为字节的称为设备总线。③数据宽度为块的称为现场总线。

按照应用的领域划分为：①数字控制用现场总线。②机器人用现场总线。③物料经营控制用现场总线。④批量过程控制用现场总线。

4.5.2 现场总线通信协议模型

（1）现场总线模型。2000年国际电工委员会宣布的IEC61158现场总线标准中包括的八种现场总线，采用了完全不同的通信协议，为了满足实时性和低造价性的要求，针对现场总线承担的任务，现场总线通信模型一般都在OSI参考模型的基础上进行了不同程度的简化。IEC

TC65和ISA SP50都是负责制定现场总线的国际标准。参考模型如图4.4所示：（2）现场总线应用层为用户提供保存现场总线通信环境的手段，定义允许进程间相互通信的协议。

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（3）现场总线应用层通用模型可用图4.5示意表示。现场总线通信装置由数据终端设备（DTE）数据端连接设备（DCE）组成。现场总线的物理层包含了媒体相关子层与媒体无关子层两部分。从图中看出DTE包含了物理层的一部分，而DCE还包含了物理层的另一部分，既媒体相关子层。物理层不包含传输介质本身，但关系到不同传输介质的支持。

图4.4 IEC/ISA

图4.5 物理层应用模型

（4）现场总线数据链路层（DLL）。现场总线数据链路层位于物理层和应用层之间，DLL一般可分为逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）两部分。LLC从其上层取得数据后，构造成帧，完成通信链路的建立、拆除及差错、流量控制等。而MAC完成网络存取控制。现场总线的总线拓扑是所有节点共享一条传输线路，环形拓扑也是多个节点共享环路，这就存在同一时间几个设备同时争用传输线路的问题。为了避免发生通信的碰撞的冲突，DLL采用了介质存取控制方式来管理通信，这是MAC子层的功能。现场总线中采用的介质存取控制方式主要有CSMA/CD方式和令牌方式两类。

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第5章 变电站综合自动化系统的运行、维护及调试 5.1 变电站综合自动化系统的人机联系与操作

变电站综合自动化系统具有良好的人机界面，运行人员可通过屏幕了解各种运行情况，并进行必要的控制操作，人机联系的主要内容包括如下：

（1）显示画面与数据。（2）人工控制操作。（3）输入数据。（4）诊断与维护。

当有人值班时，人机联系功能在当地控制系统的后台机上进行，运行人员利用CRT屏幕和鼠标或键盘进行操作；当无人值班时，在监控中心的主机或工作站上进行。

与变电站综合自动化系统相应，人机界面也分为两个部分：一部分为现场测控或保护装置屏的人机界面；另一部分为后台机的人机界面。

5.1.1 测控和保护装置的人机界面 1.键盘

键盘用于传递用户命令至测控和保护装置的任务。按人机交互系统对其不同的相应过程可将键盘分为数字输入、移动选择、确认、取消、命令键等五类。

2.液晶屏幕

液晶屏幕在测控和保护装置人机交互系统中担任着传递测控和保护装置信息至用户的任务。液晶屏幕信息的显示采用了分层菜单结构，菜单结构建立在“页面”的基础上，液晶上显示的平面由静态文本和动态数据两部分组成。静态文本包括说明性的文字及提示信息等，由汉字和字符组成，在人机交互软件中用字符串来表示；动态数据指事实刷新的数值或可由用户修改的信息，在人机交互软件中用数值变量来表示。

3.人机界面操作

测控和保护装置的人机界面包括LED指示灯、LCD指示屏、键盘和打印机。

①人机界面及其操作

键盘与液晶屏相配合可进行选择命令菜单和修改保护定值等操作。微机保护的键盘多数已被简化为7-9个键：+、-、→、←、↑、↓、RST(复位)、SET（确认）、Q（取消）。

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②保护菜单的使用

利用菜单可以查询保护定值、开关量的动作情况、各CPU的交流采样值、相角、相序、时钟、CRC循环冗余码自检。修改定值时，首先使人机接口插件进入修改状态，即将允许修改开关打在修改位置，并进入调试阶段，再将各保护CPU插件的运行/调试小开关打到调试位，然后在菜单中选择要修改的CPU进入子菜单，显示保护CPU的整定值。定值的拷贝，在多定值区修改时，先从原始定值区进入调试状态，再将定值小拨轮拨到所需定值区，并进行定值修改、固化。这样，要修改的全部内容只需进行某些内容的修改即可，可节省修改定值的时间。

5.1.2 后台机的人机界面 1.后台机人机界面布局

监控后台机是运行及其他相关部门人员对变电站设备进行监控、操作的主要工具。而其人机对话界面则是运行人员和监控系统实现互动的最基本的和最重要的手段。①主界面和分界面的布局问题

根据各监控界面的功能不同，可采用分层布局将主接线图、各电压等级线路图、光字牌图、监控系统工况、变电站日常报表、监控数据检索等做成按钮并列布置在主界面上，各按钮对应相应主界面。②光字牌布局及设计问题

在光字牌布局上，可以按不同电压等级、公共部分进行分类。在光字牌内容上，对于二次设备应该有反应保护工作状态、保护动作状态、保护电源状态等的光字牌；一次设备应该有反应设备工作状态的光字牌。③操作界面的设计问题

界面设计操作应注意几点。操作界面中有关设备机器运行状态应清晰可靠，并显示相关运行编码，大小适于操作。各操作界面应设计统一的线条，断路器、隔离开关的比例应合适。操作菜单应可靠定位，菜单内容应符合现场运行实际情况，并且简洁明了。操作菜单各项内容排列不宜过分紧密。在操作界面中应可以进行实时操作界面和模拟操作界面的快速切换。

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2.后台机操作界面

操作界面包括SCADA操作界面和事故追忆操作界面。

SCADA操作界面图形中的断路器、隔离开关界面及操作如下： ①遥控分/合。对于可以遥控的断路器或隔离开关可进行遥控操作。②接地选线试跳。相册控装置发送接地选线试跳信号。

③遥信封锁/封锁解除。一旦断路器或隔离开关对应的位置遥信被封锁，该断路器或隔离开关将根据定义时指定的颜色名改变为相应的封锁颜色。颜色类型表中的颜色设置可通过数据库组态程序进行修改。解除断路器或隔离开关对应的位置遥信封锁状态，该遥信量开始接受正常数据刷新，设备颜色改为正常的颜色。

SCADA操作界面中动态数据界面及操作如下：

①人工设置。弹出“人工设置”对话框，输入封锁值并确认，则动态数据的数值改变，并且颜色也变为颜色类型表中设定的遥测人工设置的颜色。

②解除封锁。解除该动态数据封锁状态，该动态数据开始接受正常数据刷新，并且颜色改变为正常的颜色。

③今日曲线。自动调出曲线工具并显示出该动态数据的今日曲线。只有在该动态数据对应的数据测点被加入到定值采样表中时才会使今日曲线可用。SCADA操作界面中变压器界面及其操作如下： ①遥调升。使变压器档位上升一档。②遥调降。使变压器档位下降一档。

③急停。当变压器发生滑档时，使变压器停止调档动作。

④设置标志牌。可以选择挂上或拆除“接地”、“检修”、“危险”、“故障”等四种标志牌。挂上标志牌则在相应标志牌位置显示一个“√”，否则为拆除标牌。

SCADA操作界面图形中其他区域界面及操作如下：

①图形选择。与主菜单的文件打开菜单相似，只是“图形选择”是在同一窗口中用新画面替换当前打开页面，而“文件打开”则新开一个画面窗口。

②导航图。弹出“导航图”窗口。如果画面非常大而不能完全显示，通过导航图可以方便的实现画面漫游。

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③放大/缩小。没单击一次，画面的放大或缩小倍数便增加或减少0.1。

④无级缩放。画面进入无级缩放状态，鼠标光标变为一个带加减号的放大镜，按鼠标左键，向上移动为缩小图形，向下移动为放大图形。按下鼠标右键则为退出无级缩放状态。事故追忆操作界面如下：弹出“选择事故”对话框。双击其中一个事故，画面将会放映出该事故发生时的历史断面，同时显示工具条，点击工具栏的“上一步”或“下一步”按钮，则画面按历史时间分别向前或向后一定的时间间隔显示。

5.2 变电站综合自动化系统运行与维护 5.2.1 日常运行维护 1.建立完善的运行巡检制度

建立严格的运行管理体制，责任到人，并配备专职技术员，对设备进行定期巡检，内容如下：

①巡检运行中的设备和各种信号灯的工况。

②检查运行设备自检信息和报告信息，如有不正常应及时报告主管人员进行处理。③监察正常运行显示，始终；检查零漂，检验各电压、电流通道刻度和测量误差；检查定值区、固化定制是否与定值通知单一致；检查遥信动作情况，与调度核对数据量和状态量；对设备进行采样值检查。④检查监控机和五防机。

⑤检查通信系统工作是否正常，如微机保护CPU与管理单元通信是否正常；前置机与后台机通信是否正常；检查遥测、要信、遥控、遥调是否正常等。⑥检查各设备电源指示灯及其工作电源是否正常。⑦检查设备的连接片切除手柄是否在正确位置。

⑧对不间断电源进行自动切换检查，对UPS电源放电时间进行合格测试。

2.缺陷管理

建立缺陷管理制度和缺陷处理记录，值班人员通过每日巡视设备及时发现问题，通知相关人员及时处理。平时进行运行分析、事故预想与反事故演习，使事故和缺陷处理准确

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迅速。3.其他

针对不同的现场情况，对设备采取防尘、驱潮、防寒、防雷等措施。

5.2.2 远程维护

由于变电站中央信号系统功能由当地监控系统来取代，因此对于当地监控系统软件及参数的日常维护与管理，是其能够安全稳定运行的重要保证。

由于变电运行人员的计算机熟悉程度和操作技能的差异，对当地监控系统软件使用过程中的一些问题无从下手，客观上需要专业人员通过与安防监控软件实施院方诊断和在线技术支持，以便迅速处理问题。因此，对自动化综合系统实时在线远程维护势在必行。

在被控站后台监控软件运行异常情况下，对被控站后台监控软件异常运行状况进行准确定位。对被控站后台监控软件发生程序“走死”情况时，进行远方软、硬件重新启动。被控站后台监控软件运行出错时，通过主站数据验证机及时接收远程维护主机传来的被控站当地系统资料并进行仿真运行，验证结果正确后将其下载至被控站当地系统运行。被控站后台监控软件崩溃时，将主站端数据备份机相应远程备份程序恢复至被控站当地系统，保证综合自动化变电站当地监控系统可靠运行。

5.2.3 技术管理

综合自动化系统投运时，应具备完整的技术文件，运行资料由专人管理，并保证齐全准确，对系统运行情况进行综合分析和评价，对不正确的动作应分析原因，提出改进对错，并及时报主管部门；微机继电保护装置型号不宜过多，对其检验应规范、标准，装置要有备品备件，要有专责维护人员，建立完善的岗位责任制。

5.2.4 综合自动化系统的注意事项

(1)使用每一样新设备前要求详细的阅读其说明书，清楚的了解工作原理及工作性能，确认无问题后再投入使用。

（2）变电站整个接地系统应可靠遵循电力系统运行要求。

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（3）对腐蚀性气体浓度较大的环境中，应将二次设备与腐蚀性气体可靠地进行隔离。（4）在温差较大及湿度较大的环境中应做好温度和湿度控制，以适应设备的正常运行。（5）设备精度适中的多功能测试仪表，以便在调试和维护过程中方便的测试二次设备的输入电压、电流、功率、相角、TA的极性和相序、TV的极性和相序等。

（6）在变电站辅助设备的订购中，若采用通信方式与主控设备连接，则需考虑通信违约问题。对于电能表要求采用全国电能表统一标准规约。

（7）若无特殊说明所有的通信系统间的连线及弱信号远传均要求采用双芯或多芯屏蔽电缆，以免影响测量的精度，系统数据的正常传输以及控制命令的正常下发。（8）替换硬件法检查运行硬件故障时，要求： ①必须对相应线路采取有效的安全措施。②必须严格按照规定步骤操作。

（9）带插件的芯片要可靠安装，防止接触不良引起插件工作不正常。（10）断开直流电源后才允许插、拔插件。（11）芯片的插、拔应注意方向。

（12）如元件损坏等原因需使用烙铁时，应使用内热式带接地线的烙铁。（13）打印机在通电情况下，不能强行转动走纸旋钮。

5.2.5 维护要领 1.正常分析判断异常问题

变电站综合自动化系统是一项涉及多种专业技术的复杂性系统工程，而且是高技术设备的组合。一旦自动化系统发生了问题，就必须做到：①思路清晰。什么信息反映什么问题，一定要熟悉。②找到关键点缩小故障范围。③针对以上判断的故障范围进一步查找故障点。分析判断自动化系统的几种分析方法如下：①系统分析法。也就是一种逻辑推断法。根据系统发生的故障现象可判断哪些设备发生什么样的故障。②排除法。从各个部分之间的联系点分析，缩小故障范围，快速准确的判断究竟是自动化设备还是相关的其他设备故障。排除法不能绝对化，因为事情也可能存在“此”与“彼”同时发生，需要更多积累经验。③电源检查法。运行一段时间后系统进入稳定期，设备本身发生故障的情况会比较少，但往往又产生了故障设备故障，遇到这种情况，首先检查电源电压是否正常，如有接触不

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良等会造成工作电源不正常。④信号追踪法。自动化系统是靠数据通信来完成其功能的，而数据通信可以借助设备检测出来，因此可以借助这些工具追踪信号或测量各节点与正常是否一致，判断出故障点。⑤换件法。遇到故障并已经找到故障设备时，而这些设备一般很复杂，如有备用可以先直接换用，先恢复系统正常运行，然后再设法恢复故障设备。

2.做好运行维护基础工作

基础工作是搞好维护与检修的前提，它的主要内容包括规章制度，信息管理及标准化、额定、计量、统计工作等。

3.做好技术培训工作

对于一般检修人员来说，必须具备最基本的“三熟”与“三能”。“三熟”既熟悉设备的系统和基本原理：熟悉检修的工艺、质量和运行知识；熟悉本岗位的规章制度；“三能”既能熟练地进行本工种的修理工作和排除故障；能看懂图纸和绘制简单的加工图；能掌握一般的钳工手艺和常用材料性能。犹豫自动化系统涉及范围广阔，需要对运行及技术人员进行知识更新和培训的教育，逐步提高运行维护人员的业务技术水平。

5.3 变电站综合自动化系统的调试 1.调试目的、内容

综合自动化装置调试的目的是检验其功能、特性等是否达到设计的有关规定的要求。检验综合自动化装置之间的连接以及装置和变电二次设备及回路间的连接是否正确，是否达到了设计及有关规定的要求；通过现场的模拟工作检验整套装置的动作是否正确无误。

综合自动化装置的检测、调试主要有两个方面的工作：一个是远动方面的三遥项目为主的基本功能及相关检验和调试，另一个是以继电保护及自动装置为主的检验调试。

综合自动化装置调试的内容一般有下面六个内容：①关于模拟量的标准性能的检验。②RTU装置或微机监控装置的功能与特性的检验。③综合自动化装置与现场一、二次设备连接后进行的变电站自动化系统的联调。④保护装置的功能与特性的检验。⑤站内保护、测控、RTU、小电流、消弧线圈、直流屏、电能表等装置的违约通信。⑥后台监控系统的检验与调试。

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2.调试前准备工作

由于装置的集成方式不太相同，一般以厂商为主、安装单位配合进行装置的现场安装调试，在系统功能检测之前，通常应完成如下工作：①隔离层测控单元的检查测试。②当地监控系统的硬、软件配置与参数组态。③站内继电保护和自动装置的检查测试。④站内其他智能装置的通信检查测试。

3.综合自动化装置的功能调试

综合自动化装置的功能调试主要有以下几项测试：①遥信量（开入量）输入测试。②遥控测试。③脉冲量输入测试。④遥测模拟量试验。⑤事件顺序记录分辨率的测试。⑥键盘遥控操作。⑦系统安全措施检查。⑧自检与自诊断功能检查。⑨系统远传通信功能。

4.综合自动化系统的现场调试

工程调试就是要结合设计要求和系统功能进行全面细致的试验，以满足变电站的试运行条件，试运行时检查保护装置、后台、远动信息是否正确。综合自动化系统的现场调试主要有以下几点：①开关控制回路的调试。②断路器本身信号和操动机构信号在后台机上的反应。③开关量状态在后台机上的反应。④主变压器本体信号的检查。⑤二次交流部分的检查。⑥直流系统保护功能的调试。⑦监控部分功能的调试。⑧差动保护极性校验。⑨方向保护的方向校验。⑩后台机显示检查。

第6章 提高综合自动化系统可靠性的措施 6.1 综合自动化可靠性概述

变电站综合自动化系统是高技术在变电站的应用，目前工作在变电站第一线的技术人员与运行人员，对综合自动化系统的技术和系统结构还不是很了解。另一方面，变电站综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，但它们的工作环境是在电磁干扰极其严重的弱电场所，在那么强的电磁干扰下很容易无法正常工作，甚至损坏元器件。因此综合自动化系统的可靠性是个很重要的问题，也是变电站综合自动化系统的基本要求之一。

所谓可靠性，是指综合自动化系统内部各子系统的部件、元器件在规定条件下、规定

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时间内完成规定功能的能力。如微机保护子系统的可靠性主要指不误动、不拒动；远动子系统的可靠性通常用平均无故障间隔时间来表示。

变电站综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，工作环境恶劣，电磁干扰严重。这些干扰频率高幅度大，通过电磁耦合很容易顺利的进入微机弱电系统的内部。另外，这些干扰信号的持续时间较短。由于微机装置在其内部的时钟控制下高速运作，不能用简单的延时电路来躲过干扰信号，当干扰信号进入微机装置内部后，不仅对模拟电压和电流采样数据的准确性有影响，而且还将毁坏装置中的一些元器件。鉴于综合自动化系统在运行中因出现干扰信号所带来的问题，目前在提高可靠性的措施方面，提出三种对策：减少故障和错误出现几率、利用微型机系统的自动检测技术和采用容错设计方式。

选用高质量的元器件、合理的制造工艺和采用屏蔽和隔离技术，可以从装置的设计和元器件的选择上，减少装置故障和错误出现的概率；自动检测技术是利用微型计算机在工作程序执行结束后的闲余时间，实时监测微型计算机中有关硬件设备的运行工况，当有关硬件设备出现故障时，会自动闭锁装置，防止装置误动作，并报警通知运行值班人员及早检修、尽快恢复装置的在线运行；容错设计则是利用冗余的设备在线运行，保证装置不间断的在线运行。

6.2 干扰来源和干扰的影响

变电站内高压电器设备的操作，低压交流、直流回路内电气设备的操作，雷电引起的浪涌电压，电气设备周围的静电场，电磁波辐射和输电线路故障所产生的瞬间过程等，都会产生电磁干扰。这些干扰进入变电站内的综合自动化系统或其他电子设备，就可能引起自动化系统工作不正常，甚至损坏某些部件或元器件。

经分析电磁干扰形成的途径为：干扰源-耦合通道-敏感回路，所以干扰源、耦合通道和敏感回路称为电磁干扰的三个要素。

所谓干扰源，就是指微机装置的工作信号中，除去有用信号之外、可能影响装置正常工作的的一些电磁信号。干扰信号来源于干扰源，通过电磁耦合通道作用于微型机内部某些敏感的回路。所以，提高微型机装置抗干扰能力应该从阻塞耦合通道、提高敏感回路的抗干扰能力及合理设计泄放回路等几个方面来着手解决。

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6.2.1 干扰源

干扰信号来自于干扰源。与电力系统相关的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两方面。外部干扰源是指与变电站综合自动化系统的结构无关，而是由使用条件和外部环境因素决定的干扰源。外部干扰源主要有交、直流回路开关操作、扰动性负荷短路故障、大气过电压、静电、无线电干扰和核电磁脉冲等，主要表现如下三类：①变电站设备的交流电源与直流电源受低频振动扰动。②传导瞬变和高频干扰。③场的干扰。内部干扰由自动化系统结构、元件布置和生产工艺所决定。主要有杂散电感、电容引起的不同信号感应；多点接地造成的电位差干扰；长线传输造成的波德反射；寄生振荡和尖峰信号引起的干扰等。不论是内部还是外部干扰，都具有相同的物理特性，所以消除和抑制的措施基本相同。

6.2.2 干扰信号的模式

干扰信号按其出现的方式，可分为两种模式---差模干扰和共模干扰。差模干扰对微机装置的正常运行影响不大，而共模干扰则危害较大。

1.差模干扰

以串联的形式出现在信号源回路之中的干扰信号称为差模干扰。差模干扰的产生来自于长线传输导线之间的互感和分布电容间的相互耦合以及高频电路中的高频信号在低频电路中通过互感产生的干扰等。

2.共模干扰

引起回路的对地电位发生变化的干扰称为共模干扰。而且共模干扰信号可能是交流信号，也可能是直流信号。它是使微型机装置无法正常工作的重要因素。

6.2.3 干扰的耦合方式 1.静电耦合方式

在两条输电导线中会存在电容耦合关系，两条导线会因为耦合电容的存在相互给对方产生干扰信号，而且耦合电容数值越大或导线工作电源的频率越高，会给对方产生的干扰就越严重。所以减少每条导线的对地电容，在一定程度上对来自相邻电路的干扰有一定的

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抑制作用。

2.互感耦合方式

导线受相邻线路的互感耦合产生的电磁干扰信号取决于两个因素：①互感数值的大小的影响，互感越大，干扰越强；②相邻线路工作电源的频率的影响，某线路工作电源的频率越高，则对相邻线路的干扰就越严重。所以，减小导线间互感是消除互感耦合的主要途径。

3.公共阻抗耦合

当两个电路的电流经过一个公共阻抗时，将在每一个电路中出现公共阻抗耦合干扰。常见有公共电源阻抗耦合和公共地线阻抗耦合。公共电源阻抗耦合，将改变每个线路的电路参数，影响电路的正常工作；公共接地耦合是指两个电路经过导线连接只用一个接地点，在接地阻抗上产生了干扰信号，改变了装置的对地电压。

6.2.4 干扰对变电站综合自动化系统的影响 1.电源回路干扰的后果

工作在变电站的综合自动化系统，其计算机的电源往往分为如下两类供电：①交流电源供电。监控主机系统和通信管理机，往往采用交流220V电源，取自站用变压器。电网的冲击和电压、频率的波动都将直接影响到计算机。②直流电源供电。微机保护各子系统，往往采用直流220V电源，取自变电站的直流屏，其受电网波动的影响比交流电源要小得多。

不论采用交流电源供电还是直流电源供电，电源与干扰源之间的直接耦合通道都相对较多，而且电源线直接连至各部分，包括最关键的CPU。计算机电源受干扰，往往会造成计算机工作不稳定，甚至死机。

2.模拟量输入通道受干扰的后果

电磁干扰的后果可能是从TA或TV的二次引线引入浪涌电压，造成采样数据错误。

3.开关量输入、输出通道受干扰的后果

处在强电磁场中的开关设备，其辅助触点通过长线引致开关量输入回路，必然带来干

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扰信号，干扰的结果，常见的有断路器或者隔离开关的辅助触点抖动，甚至造成分、合位置判断错误。开关量的输出通道由计算机的输出至断路器的跳、合闸出口回路，除了易受外界引入的浪涌电压干扰外，自动装置内部，微机上电过程也容易产生干扰信号，导致误动。

4.CPU和数字电路受干扰的后果

电磁干扰影响CPU正常工作，会在通过地址线发出一个地址信号时产生错误，导致取令错误。也可能在传送数据时造成数据错误、逻辑紊乱，甚至造成死机。计算机随机存储器RAM是存放中间计算结果、输入输出数据和重要标志的地方，在强电磁干扰下，可能会使RAM中部分数据或标志错误，引起的后果也是很严重的。如果EPROM受干扰，会导致程序或定值遭破坏，将导致相应的自动装置无法工作。

6.3 抗干扰措施

实际中，解决抗干扰问题的方法从两个方面考虑：第一在设计综合自动化装置时，选用优质的微型机芯片和其他半导体元件，设计合理的线路布局和制造工艺，切断各种电磁耦合的途径，从而尽可能的减少扰动对综合自动化系统的影响；第二，干扰信号具有很强的随机性，还应考虑一旦干扰信号在自动化系统内部出现后，可能带来的问题问题和应采取的应策。

变电站综合自动化系统通常在硬件和软件方面应采取如下防范措施。

6.3.1 硬件方面

（1）隔离与屏蔽。在变电站综合自动化系统中，行之有效的隔离、屏蔽措施有以下几种：①模拟量的隔离与屏蔽。变电站中的模拟量大多来自一次系统中的电压互感器和电流互感器，它们均处于强电回路中，不能直接接入至综合自动化系统，必须经过设置在自动化系统各种交流回路中的隔离变压器隔离。这些隔离变压器一次、二次之间有必须有隔离层，而且屏蔽层必须安全接地，才能达到良好的屏蔽效果。②开关量输入、输出的隔离。开关量的输入主要是断路器、隔离开关的辅助触点和主变压器分接头位置等。开关量的输出，大多数也是对断路器、隔离开关和主变压器的分接头的控制。这些开关都处于强电回路中，30

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通过光电耦合隔离或继电器触点隔离，才会取得较好结果。③其他隔离措施。二次侧回路布线时，应考虑隔离，尽量减少耦合。

（2）微机采用逆变电源。微机用电源由蓄电池直流220V逆变成高频电压后经高频变压器隔离，再变换成弱电直流电压供微机系统使用，这样可以削弱由电源回路引入的干扰。（3）合理布置各个插件。为防止剩余电压的浪涌引起的恶果，在整个电路的布局上应合理，使微机工作的核心部分远离干扰源或干扰有关的部件。

（4）电源的接地处理。采用上面的防范措施后，干扰可能进入弱电系统的途径主要是通过微机的电源，一方面是因为电源与干扰源之间的联系相对来说更紧密；另一方面也因为电源之间连至各个部分，包括CPU部分。电源线传递的共模干扰是作用在弱电源线和机壳之间的干扰，弱电电源线传递共模干扰的方式与其零线是否与机壳相连有关。实际中，电源零线采用浮空的方式，即不与机壳相连，并尽量减少电源线与机壳之间的分布电容，同时减少微机弱电回路中非电源线的其他部分玉机壳之间的分布电容，为此将印刷板周围都用电源零线或+5V线环闭起来，这样可以完全隔断电源板上其他部分同机壳之间的耦合，此时在干扰作用下微机电源线与机壳之间的电位将浮动，弱电系统中其他部分的电位将随同电源线一起浮动，而他们之间的电位差不变。实践证明在，这种方法有效。

（5）采用多CPU结构。采用多CPU结构，每个CPU负责一种或几种功能，相互独立，如果一个CPU插件毁坏不会影响其他CPU的正常工作。采用了多CPU之后，出了CPU自检外，上位机还可以对各CPU进行巡检，任何部位电子器件故障，都能方便的检测出故障所在的插件。

6.3.2 软件方面

一旦干扰突破了由硬件组成的防线，可由软件进行纠正，以免造成微机工作出错，导致保护误动或拒动。

（1）对输入数据进行检查。对各模拟量输入通道，只要提供一定的冗余通道，即使由于干扰造成错误的数据输入，也有可能被计算机排除。

（2）对运行结果进行核对。为了防止干扰造成的运算出错，可以将整个运算进行两次，对运算结果进行核对，比较两次运算结果是否一致。

（3）出口的闭锁。前面提到的程序出错后绝大多数的可能是CPU停止工作，但是不能避免它在出轨后取得一个非预期的操作码正好是跳闸指令而导致误动作。这种情况可用以下

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措施来防止：①在设计出口跳闸回路的硬件时，应当使该回路执行几条指令后才输出，不允许一条指令就出口。②采取上述措施后，仍不能绝对避免在程序出错后错误的转移到跳闸入口而误动作，因此可以把跳闸程序安排成如图6.1所示的程序。在构成跳闸条件的指令中插入一段校对程序，它检查RAM区存放的各种标志。保护装置通过各种正当途径进入跳闸程序时应在这些标志字留下相应的标志，例如启动元件动作，测量元件判为区内故障等，若校对通过继续执行跳闸命令二，发出跳闸脉冲。若校对未通过，CPU将转至重新初始化，从程序出错状态恢复正常运行。

图6.1 跳闸出口的闭锁

6.3.3 硬件自恢复电路

一旦在干扰下程序出错，一般的软件措施都无济于事，因为CPU已不再按预定的程序工作，必须在硬件方面找对策，图6.2为硬件自恢复电路，它在程序出错时使微机复位，实现初始化。

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图6.2

硬件自恢复电路

图中A点接至微机并行口的某一输出位，当程序出错时，由软件安排其按移动的周期在“0”和“1”之间不断变化。A点分两路，一路经反相器；另一路不经反相器，分别接至两个延时t1动作瞬间返回的延时元件，延时元件输出接至或门的两个输入端。延时t1应比A点电位的变化周期长，因此在正常时两个延时元件都不会动作，或门输出为“0”。此时运行人员还可以看到面板上的运行监视灯不断闪烁，标志装置在正常运行。一旦程序出错，A点电位将停止变化，不论它停在“1”态还是停在“0”态，两个延时元件中总有一个正常工作。它通过或门启动单稳电路，发出一个脉冲，使CPU重新初始化（RESET），恢复正常工作。这个电路不仅可以用于对付程序出轨，还可用于在装置主要元件(如CPU)损坏而停止工作时发出告警信号。若单稳电路发出的复位脉冲已不能使A点电位恢复原来的变化规律，则经过t2（t2＞t1）延时后，发出告警信号并关闭所保护。

如果在系统无事故时发生程序出错，装置会自动恢复正常，没有任何危害。在被保护对象发生内部故障时出现程序出错，利用这种电路可以很快使CPU恢复工作，只会使保护延迟动作，而不至于造成拒动。

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结束语

内容主要介绍了变电站综合自动化系统的功能、结构组成，在变电站自动化系统内各子系统介绍时讲述了它们之间的内部联系以及调试维护方法，同时还详细说明了变电站系统出现各种干扰时的应对策略。可以清楚地发现变电站综合自动化系统相比以前的变电站是一个巨大的技术进步，很大程度上减轻了变电站工作人员的劳动强度，为变电站实现无人值班提供了可靠地技术条件，同时增加了变电站运行的安全性、可靠性、经济性。

变电站综合自动化系统是各种先进技术的结合体，有着无比的优越性，在各种先进技术进步的过程中，变电站综合自动化也跟随着完善。相信在电力系统深入改造和完善的今天，变电站综合自动化系统的研究将为电力行业的发展提供重要的技术支持，也必将为社会的发展做出更多贡献。

变电站综合自动化包含的技术复杂，文章所讲述的为自己所了解的一些情况，难免有很多不足，相信在以后的学习中，我希望更加深入的了解变电站综合自动化系统，对变电站综合自动化做出更加深刻的理解与认识。

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参考文献

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