變電站自動化系統

變電站自動化也稱變電站綜合自動化，是伴隨着計算機及大規模集成電路技術的發展而出現的，國際上在20世紀70年代末就研製出了實驗系統。到了20世紀90年代，計算機的性能已十分強大、穩定，價格持續下降，並隨着計算機通信總線和網絡技術的發展，變電站自動化系統的性能已能滿足電力系統運行的要求。建設和運行經驗表明，變電站自動化系統可帶來節省電纜、縮小控制室面積、提高監控水平、積累設備運行數據和節省人力等方面的顯著效益，現已成為新建變電站首選的監控模式。 ^[2] 

變電站二次設備主要包括控制、測量、信號、保護、遠動裝置和自動裝置。因此，變電站自動化是自動化技術、通信技術和計算機技術等技術在變電站領域的綜合應用。變電站自動化可以收集到較為齊全的數據和信息，具有計算機高速計算能力和判斷功能，能夠方便地監視和控制變電站內各種設備的運行及操作，實現運行管理的智能化。

變電站自動化系統是以計算機技術為核心，將變電站的保護、儀表、中央信號、遠動裝置等二次設備管理的系統和功能重新分解、組合、互聯、計算機化而形成，通過各設備間相互信息交換、數據共享，完成對變電站的運行監視和控制。 ^[1] 

變電站自動化系統是調度自動化系統的一個重要組成部分，已廣泛使用計算機技術對電力系統進行監視和控制，併成為實現電網調度自動化的可靠手段。實現電網調度自動化，首先要採集實時數據，對電網進行監視和控制，其主要功能是完成遙信、遙測、遙控、遙調任務。

一、遙信

遙信信息係指採集到的電力系統繼電保護的動作信息，斷路器、隔離開關的狀態信息，告警信號等狀態量信息。為滿足電網、設備安全運行以及生產管理的要求，集控中心需要及時掌握無人值班變電站站內設備運行狀況和事故情況，要求無人值班變電站信號應具有全方位、實時監控特性。

二、遙測

遙測信息係指採集到的電力系統運行的實時參數，如發電機出力，母線電壓，系統中的潮流，有功負荷和無功負荷，線路電流，電度量等測量信息。

三、遙控

遙控信息係指從集控中心發出的對斷路器、隔離開關、接地開關執行分合閘操作、信號復歸及功能投退等控制量信息。

四、遙調

遙調信息係指從集控中心發出對電力系統無功與電壓進行調整等的控制量信息。 ^[3] 

變電站自動化系統的基本結構可分為集中式和分層分佈式。其中分層分佈式系統已成為變電站自動化技術發展的主流。

以變電站為對象，面向功能設計的自動化監控系統，稱之為集中式自動化監控系統即各系統功能都以整個變電站為一個對象相對集中設計，而不是以變電站內部的電氣元件或間隔為對象獨立配置的方式。集中式結構並非指由一台計算機完成保護、監控等全部功能。多數集中式結構的微機保護、計算機監控和遠動通信的功能由不同的計算機來完成，例如，數據採集、數據處理、遠動、開關操作和人機聯繫功能可分別由不同計算機完成。該結構形式主要出現在變電站計算機監控系統問世初期。

主要優點：功能單元間相互獨立，互不影響；具有較為完善的人機接口功能，綜合性能強；結構緊湊，體積小，可大大減少佔地面積；造價低，尤其對110kV或規模較小的變電站更為合適。

主要缺點：運行可靠性較差，每台計算機的功能較集中，如果一台計算機出故障，影響面較大，因此必須採用雙機並聯運行的結構才能提高可靠性；軟件複雜，修改工作量大，系統調試麻煩；組態不靈活，對不同主接線或不同規模的變電站，軟硬件都必須另行設計，可移植性差，不利於批量推廣。

分層分佈式計算機監控系統是以變電站內的電氣元件和間隔（變壓器、電抗器、電容器等）為對象開發、生產、應用的計算機監控系統。

分層分佈式變電站控制系統可分為三層結構，即站控層、間隔層和過程層，每層由不同的設備或子系統組成，完成相應的功能。通常，變電站計算機監控系統由站控層和間隔層兩個基本部分組成。其中，站控層包括主機、操作員工作站、遠動工作站、工程師工作站、GPS對時裝置及站控層網絡設備等設備，形成全站監控、管理中心，能提供站內運行人機界面，實現間隔層設備的管理控制等功能，並可通過遠動工作站和數據網與調度通信中心通信。

主要特點：結構分層分佈；面向對象設計；功能獨立；多CPU，可靠性高；繼電保護相對獨立。 ^[1] 

(1)電流量、電壓量測量誤差不大於0.2%。

(2)有功功率、無功功率測量誤差不大於0.5%。

(3)電網頻率測量誤差不大於0.01Hz。

(4)模擬量越死區傳送整定值小於0.1%額定值，並逐點可調。

(5)事件順序記錄分辨率（SOE）。站控層不大於2ms，間隔層測控單元不大於1ms。

(6)模擬量越死區傳送時間（至站控層）不大於2s。

(7)狀態量變位傳送時間（至站控層）不大於1S。

(8)模擬信息響應時間（從I/O輸入端至遠動通信裝置出口）不大於3s。

(9)狀態量變化響應時間（從I/O輸入端至遠動通信裝置出口）不大於2s。

(10)控制執行命令從生成到輸出的時間不大於1S。

(11)雙機系統可用率不小於99.9%。

(12)控制操作正確率為100%。

(13)站控層平均無故障間隔時間（MTBF）不小於20 000h。

(14)間隔級測控單元平均無故障間隔時問不小於30 000h。

(15)各工作站的CPU平均負荷率。正常時（任意30min內）不大於30%，電力系統故障（10s內）不大於50%。

(16)網絡平均負荷率。正常時（任意30min內）不大於20%，電力系統故障（10s內）不大於40%。

(17)模數轉換分辨率不小於16b。

(18)雙機自動切換至功能恢復時間不大於30s。

(19)實時數據庫容量。模擬量不小於5000點，狀態量不小於10 000點，遙控不小於3000點，計算量不小於2000點。

(20)歷史數據庫存儲容量。歷史曲線採樣間隔1～30（可調）min，歷史趨勢曲線，日報、月報、年報存儲時間不小於2年，歷史趨勢曲線數量不小於300條。 ^[3]