第19卷（第4期） 电力自动化设备 Vol.19 No.4 20 1999年8月 Electric Power Automat ion Equipment Aug.1999 变电站自动化的现状与发展 洪良山（南京电力自动化设备总厂，江苏南京210003） 摘要：根据我国电力系统变电站自动化的现状，分析了变电站自动化当前存在的问题，讨论了变电 站自动化系统应满足变电站无人值班要求的层次结构和功能设置原则，并据此提出了改进意见。 关键词变电站自动化监控；网络 中图分类号：TM63:TM76 文献标识码：B 文章编号：10066047(1999)04-0020-05 当前进行的输变电建设和城乡电网的建设与改 远方监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 造，对新世纪电力工业发展有着重要的作用。因此， (3)继电保护及自动安全装置独立运行：仪器 产品技术要先进，产品质量要过硬，应达到30~40 仪表独立运行；集中TU,功能有①数据采集功能： 年后也能适用的水平；而且产品必须要国产化。为 完成模拟量采集如电流、电压、有功、无功等，完成脉 此有必要对我国变电站自动化的现状作深刻的分 冲量采集如电度（电度表通过脉冲与U连接），完 析，发现问题并提出改进意见，使我国城乡变电站自 成数字量采集（其中继电保护及自动安全装置通过 动化的水平达到上述要求。 串口与U通信，完成信号量采集。②控制功能： 控制开关、分级头等。③通信功能：与当地监控通 1变电站自动化的现状 信，与远方调度通信：有人值班，运行当地监控，变电 变电站二次设备按功能分为四大模块：①继电 站运行有异常时通过TU及电话与调度联系，调度 保护及自动装置：②仪器仪表及测量控制：③当地监 可以远方监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 控：④远动。四大模块功能的各自不同的发展及其 (4)继电保护及自动安全装置独立运行：仪器 功能的相互渗透，为变电站自动化提供了多种多样 仪表独立运行：集中TU,具有的功能为①数据采集 的实现模式，可概括为两种基本实现模式：①保护加 功能：完成模拟量采集如电流、电压、有功、无功等， 集中RTU模式，面向功能：②保护加分散RTU模式， 完成脉冲量采集如电度（电度表通过脉冲与TU连 面向对象。 接)，完成数字量采集（其中继电保护及自动安全装 1.1保护加集中TU模式，面向功能 置通过串口与TU通信)，完成信号量采集。②控 ()继电保护及自动安全装置独立运行：仪器 制功能：控制开关、分级头等。③通信功能：与远方 仪表独立运行：中央信号盘及控制盘与继电保护及 调度通信：无人值班，变电站运行有异常时通过RU 自动安全装置通过接点连接：有人值班，定时抄录运 与调度联系，调度可以远方监视变电站运行情况和 行记录：变电站运行有异常时通过电话与调度联系。 遥控变电站设备。 (2)继电保护及自动安全装置独立运行：仪器 (5继电保护及自动安全装置独立运行：仪器 仪表独立运行：中央信号盘及控制盘与继电保护及 仪表独立运行：集中TU,模块式设计，功能为①数 自动安全装置通过接点连接：集中U,功能有①数 据采集功能：智能模拟量采集模块，智能脉冲量采集 据采集功能：完成模拟量采集如电流、电压、有功、无 模块，智能数字量采集模块（其中继电保护及自动安 功等，完成脉冲量采集如电度（电度表通过脉冲与 全装置通过串口与U通信)，信号量采集模块。 U连接)，完成数字量采集如档位等，完成信号量 ②控制功能：智能控制量输出模块。③通信功能：与 采集（其中继电保护及自动安全装置也通过接点与 远方调度通信：无人值班，变电站运行有异常时通过 TU连接)。②控制功能：控制开关、分级头等。③ TU与调度联系，调度可以远方监视变电站运行情 通信功能：与当地监控通信，与远方调度通信：有人 况和遥控变电站设备。 1.2保护加分散TU模式.面向对象 值班，运行当地监控，定时抄录运行记录：变电站运 行有异常时通过U及电话与调度联系，调度可以 (1)继电保护及自动安全装置独立运行：仪器 仪表独立运行：分散TU,面向对象，单元式设计，其 c林精月期9心2！Academic Joua Electron Publis功能有Q数据采集功能：元成模拟量采集如电流，患
变电站自动化的现状与发展 洪良山( 南京电力自动化设备总厂, 江苏 南京 210003) 摘要: 根据我国电力系统变电站自动化的现状, 分析了变电站自动化当前存在的问题, 讨论了变电 站自动化系统应满足变电站无人值班要求的层次结构和功能设置原则, 并据此提出了改进意见。 关键词: 变电站自动化; 监控; 网络 中图分类号: TM 63; TM 76 文献标识码: B 文章编号: 10066047( 1999) 04002005 收稿日期: 19980521 当前进行的输变电建设和城乡电网的建设与改 造, 对新世纪电力工业发展有着重要的作用。因此, 产品技术要先进, 产品质量要过硬, 应达到 30~ 40 年后也能适用的水平; 而且产品必须要国产化。为 此有必要对我国变电站自动化的现状作深刻的分 析, 发现问题并提出改进意见, 使我国城乡变电站自 动化的水平达到上述要求。 1 变电站自动化的现状 变电站二次设备按功能分为四大模块: 继电 保护及自动装置; 仪器仪表及测量控制; 当地监 控; 远动。四大模块功能的各自不同的发展及其 功能的相互渗透, 为变电站自动化提供了多种多样 的实现模式, 可概括为两种基本实现模式: 保护加 集中 RTU 模式, 面向功能; 保护加分散 RTU 模式, 面向对象。 11 保护加集中RTU 模式, 面向功能 ( 1) 继电保护及自动安全装置独立运行; 仪器 仪表独立运行; 中央信号盘及控制盘与继电保护及 自动安全装置通过接点连接; 有人值班, 定时抄录运 行记录; 变电站运行有异常时通过电话与调度联系。 ( 2) 继电保护及自动安全装置独立运行; 仪器 仪表独立运行; 中央信号盘及控制盘与继电保护及 自动安全装置通过接点连接; 集中 RTU, 功能有 数 据采集功能: 完成模拟量采集如电流、电压、有功、无 功等, 完成脉冲量采集如电度( 电度表通过脉冲与 RTU 连接) , 完成数字量采集如档位等, 完成信号量 采集( 其中继电保护及自动安全装置也通过接点与 RTU 连接) 。 控制功能: 控制开关、分级头等。 通信功能: 与当地监控通信, 与远方调度通信; 有人 值班, 运行当地监控, 定时抄录运行记录; 变电站运 行有异常时通过 RTU 及电话与调度联系, 调度可以 远方监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 ( 3) 继电保护及自动安全装置独立运行; 仪器 仪表独立运行; 集中 RTU, 功能有 数据采集功能: 完成模拟量采集如电流、电压、有功、无功等, 完成脉 冲量采集如电度( 电度表通过脉冲与 RTU 连接) , 完 成数字量采集( 其中继电保护及自动安全装置通过 串口与 RTU 通信) , 完成信号量采集。 控制功能: 控制开关、分级头等。 通信功能: 与当地监控通 信, 与远方调度通信; 有人值班, 运行当地监控, 变电 站运行有异常时通过 RTU 及电话与调度联系, 调度 可以远方监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 ( 4) 继电保护及自动安全装置独立运行; 仪器 仪表独立运行; 集中RTU, 具有的功能为 数据采集 功能: 完成模拟量采集如电流、电压、有功、无功等, 完成脉冲量采集如电度( 电度表通过脉冲与 RTU 连 接) , 完成数字量采集( 其中继电保护及自动安全装 置通过串口与 RTU 通信) , 完成信号量采集。 控 制功能: 控制开关、分级头等。 通信功能: 与远方 调度通信; 无人值班, 变电站运行有异常时通过 RTU 与调度联系, 调度可以远方监视变电站运行情况和 遥控变电站设备。 ( 5) 继电保护及自动安全装置独立运行; 仪器 仪表独立运行; 集中 RTU, 模块式设计, 功能为 数 据采集功能: 智能模拟量采集模块, 智能脉冲量采集 模块, 智能数字量采集模块( 其中继电保护及自动安 全装置通过串口与 RTU 通信) , 信号量采集模块。 控制功能: 智能控制量输出模块。 通信功能: 与 远方调度通信; 无人值班, 变电站运行有异常时通过 RTU 与调度联系, 调度可以远方监视变电站运行情 况和遥控变电站设备。 12 保护加分散 RTU 模式, 面向对象 ( 1) 继电保护及自动安全装置独立运行; 仪器 仪表独立运行; 分散RTU, 面向对象, 单元式设计, 其 功能有 数据采集功能: 完成模拟量采集如电流、电 20 第 19 卷( 第 4 期) 1999 年 8 月 电 力 自 动 化 设 备 Electric Power Automation Equipment Vol. 19 No . 4 Aug. 1999
第4期 洪良山 变电站自动化的现状与发展 21 压、有功、无功等，完成脉冲量采集如电度，完成数字 量采集，完成信号量采集。③控制功能：控制开关、 量采集，完成信号量采集。②控制功能：控制开关、 分级头等。④通信功能：通过串口或总线网与当地 分级头等。③通信功能：与当地监控通信：继电保护 监控及远方调度通信：仪器仪表独立运行：有人或无 及自动安全装置通过串口与当地监控通信：当地监 人值班，运行当地监控，变电站运行有异常时通过远 控与调度通信：有人值班，运行当地监控，变电站运 动及电话与调度联系，调度可以远方监视变电站运 行有异常时通过当地监控及电话与调度联系，调度 行情况和遥控变电站设备。 可以远方监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 除了以上10种模式外可能还有其他种类，如安 (2)继电保护及自动安全装置独立运行；仪器 装方式就地化、某些功能分散化等，但都可归为以上 仪表独立运行：分散U,面向对象，单元式设计，功 两大模式。第一大模式对老站改造特别适合，第二 能有①数据采集功能：完成模拟量采集如电流、电 大模式是正在发展的模式。下面讨论其技术发展的 压、有功、无功等，完成脉冲量采集如电度，完成数字 走势。 量采集，完成信号量采集。②控制功能：控制开关、 2变电站自动化的发展 分级头等。③通信功能：与前置采集机通信：继电保 护及自动安全装置通过串口与前置采集机通信：前 2.1分层分布成为潮流 置采集机与当地监控及调度通信，前置采集机可以 变电站自动化系统纵向分层：站级层、网络层、 采用两台，互相切换，当地监控也可以采用两台或多 就地层：每层按功能或安装位置横向分布。 台；有人值班，运行当地监控，变电站运行有异常时 (1)站级层横向按功能分布为当地监控和继保 通过前置采集机及电话与调度联系，调度可以远方 功能及远方监控和继保功能。站级层功能分布的形 监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 式取决于网络层的结构。 (3)继电保护及自动安全装置独立运行：仪器 当地监控功能作为当地运行人员的人机交互窗 仪表独立运行：分散U,面向对象，单元式设计，具 口，以图形显示、报表打印、语音报警等各种方式实 有以下功能①数据采集功能：完成模拟量采集如电 现当地“四遥”即对系统运行状况如潮流、电度、开关 流、电压、有功、无功等，完成脉冲量采集如电度，完 状态等进行实时监视，按需及“五防”要求控制开关 成数字量采集，完成信号量采集。②控制功能：控制 及刀闸的跳合，按需调节档位，以及有关MS系统。 开关、分级头等。③通信功能：与前置采集机通信： 当地继保功能作为当地继保人员的人机交互窗 继电保护及自动安全装置通过串口与前置采集机通 口，也可以图形显示、报表打印、语音报警等各种方 信：前置采集机与调度通信：无人值班，变电站运行 式对继保及自动安全装置的运行状况如装置是否故 有异常时通过前置采集机及电话与调度联系，调度 障、定值是否改变、采样是否准确等进行实时监视， 可以远方监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 根据运行需要决定保护投退和定值修改，故障发生 (4)继电保护及自动安全装置独立运行；仪器 后通过故障录波进行故障分析和诊断。 仪表独立运行：分散TU,面向对象，单元式设计，其 当地监控和继保功能可以各自独立，也可以合 功能为①数据采集功能：完成模拟量采集如电流、电 二为一。 压、有功、无功等，完成脉冲量采集如电度，完成数字 远方监控和继保功能是当地监控和继保功能通 量采集，完成信号量采集。②控制功能：控制开关、 过通信在远方实现，是无人值班变电站的前提条件。 分级头等。③通信功能：通过总线网与当地监控及 远方监控和继保功能同样可以各自独立即通过不同 远方调度通信：继电保护及自动安全装置通过总线 的通道和规约分别接至调度和继保，也可以合二为 网与当地监控及远方调度通信；有人或无人值班，运 一即通过同一通道接至远方终端。 行当地监控，变电站运行有异常时通过远动及电话 站级层基本要求为①可靠性：不能死机、能够自 与调度联系，调度可以远方监视变电站运行情况和 动恢复等。②开放性：模块化设计便于剪裁、适合不 遥控变电站设备。 同远方规约要求。 (5)继电保护及自动安全装置与分散TU合二 (2)网络层完成信息传递和对时功能，通过信 为一，具备的功能为①继电保护及自动安全装置功 息交换，实现信息共享，减少变电站设备的重复配 能。②数据采集功能：完成模拟量采集如电流、电 置，简化设备之间的互连，从整体上提高变电站自动 压，有功无功等，元成脉油采集如电度，完成数宝化系统的安全性和祭济件：月前有两种通信机献桃
压、有功、无功等, 完成脉冲量采集如电度, 完成数字 量采集, 完成信号量采集。 控制功能: 控制开关、 分级头等。 通信功能: 与当地监控通信; 继电保护 及自动安全装置通过串口与当地监控通信; 当地监 控与调度通信; 有人值班, 运行当地监控, 变电站运 行有异常时通过当地监控及电话与调度联系, 调度 可以远方监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 ( 2) 继电保护及自动安全装置独立运行; 仪器 仪表独立运行; 分散 RTU, 面向对象, 单元式设计, 功 能有 数据采集功能: 完成模拟量采集如电流、电 压、有功、无功等, 完成脉冲量采集如电度, 完成数字 量采集, 完成信号量采集。 控制功能: 控制开关、 分级头等。 通信功能: 与前置采集机通信; 继电保 护及自动安全装置通过串口与前置采集机通信; 前 置采集机与当地监控及调度通信, 前置采集机可以 采用两台, 互相切换, 当地监控也可以采用两台或多 台; 有人值班, 运行当地监控, 变电站运行有异常时 通过前置采集机及电话与调度联系, 调度可以远方 监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 ( 3) 继电保护及自动安全装置独立运行; 仪器 仪表独立运行; 分散 RTU, 面向对象, 单元式设计, 具 有以下功能 数据采集功能: 完成模拟量采集如电 流、电压、有功、无功等, 完成脉冲量采集如电度, 完 成数字量采集, 完成信号量采集。 控制功能: 控制 开关、分级头等。 通信功能: 与前置采集机通信; 继电保护及自动安全装置通过串口与前置采集机通 信; 前置采集机与调度通信; 无人值班, 变电站运行 有异常时通过前置采集机及电话与调度联系, 调度 可以远方监视变电站运行情况和遥控变电站设备。 ( 4) 继电保护及自动安全装置独立运行; 仪器 仪表独立运行; 分散 RTU, 面向对象, 单元式设计, 其 功能为 数据采集功能: 完成模拟量采集如电流、电 压、有功、无功等, 完成脉冲量采集如电度, 完成数字 量采集, 完成信号量采集。 控制功能: 控制开关、 分级头等。 通信功能: 通过总线网与当地监控及 远方调度通信; 继电保护及自动安全装置通过总线 网与当地监控及远方调度通信; 有人或无人值班, 运 行当地监控, 变电站运行有异常时通过远动及电话 与调度联系, 调度可以远方监视变电站运行情况和 遥控变电站设备。 ( 5) 继电保护及自动安全装置与分散 RTU 合二 为一, 具备的功能为 继电保护及自动安全装置功 能。 数据采集功能: 完成模拟量采集如电流、电 压、有功、无功等, 完成脉冲量采集如电度, 完成数字 量采集, 完成信号量采集。 控制功能: 控制开关、 分级头等。通信功能: 通过串口或总线网与当地 监控及远方调度通信; 仪器仪表独立运行; 有人或无 人值班, 运行当地监控, 变电站运行有异常时通过远 动及电话与调度联系, 调度可以远方监视变电站运 行情况和遥控变电站设备。 除了以上10 种模式外可能还有其他种类, 如安 装方式就地化、某些功能分散化等, 但都可归为以上 两大模式。第一大模式对老站改造特别适合, 第二 大模式是正在发展的模式。下面讨论其技术发展的 走势。 2 变电站自动化的发展 21 分层分布成为潮流 变电站自动化系统纵向分层: 站级层、网络层、 就地层; 每层按功能或安装位置横向分布。 ( 1) 站级层横向按功能分布为当地监控和继保 功能及远方监控和继保功能。站级层功能分布的形 式取决于网络层的结构。 当地监控功能作为当地运行人员的人机交互窗 口,以图形显示、报表打印、语音报警等各种方式实 现当地 四遥即对系统运行状况如潮流、电度、开关 状态等进行实时监视, 按需及 五防 要求控制开关 及刀闸的跳合, 按需调节档位, 以及有关MIS 系统。 当地继保功能作为当地继保人员的人机交互窗 口, 也可以图形显示、报表打印、语音报警等各种方 式对继保及自动安全装置的运行状况如装置是否故 障、定值是否改变、采样是否准确等进行实时监视, 根据运行需要决定保护投退和定值修改, 故障发生 后通过故障录波进行故障分析和诊断。 当地监控和继保功能可以各自独立, 也可以合 二为一。 远方监控和继保功能是当地监控和继保功能通 过通信在远方实现, 是无人值班变电站的前提条件。 远方监控和继保功能同样可以各自独立即通过不同 的通道和规约分别接至调度和继保, 也可以合二为 一即通过同一通道接至远方终端。 站级层基本要求为 可靠性: 不能死机、能够自 动恢复等。 开放性: 模块化设计便于剪裁、适合不 同远方规约要求。 ( 2) 网络层完成信息传递和对时功能, 通过信 息交换, 实现信息共享, 减少变电站设备的重复配 置, 简化设备之间的互连, 从整体上提高变电站自动 化系统的安全性和经济性。目前有两种通信机制: 第 4 期 洪良山 变电站自动化的现状与发展 21
22 电力自动化设备 1999年 POLLING通信机制及CSMA/CD通信机制。POLLING 设备或线路的保护动作。③灵敏性：保护装置对保 拓扑结构可以是星形网也可以是总线网，以485为代 护范围内的故障应具备必要的灵敏系数。④速动 表。CSMA/CD拓扑结构一般为总线网，以LON为代 性：尽快切除故障，提高系统稳定性，减轻损坏程 表。可以通过485转LON的转接器及LON的计算机 度等。 串口卡或总线卡完成这两种网络的互换。 测量控制装置基本要求是①河靠性：抗干扰能 下面分析45，LON这两种网的优缺点如表1)。 力强，控制被控对象时，其他对象不能乱动。②准确 表1485，L0N网性能对照表 性：模拟量测量、脉冲量测量、开关量测量、数字量测 性能 485星形网 45总线网 LON总线网 量达到规定精度要求。 通信机制 POLLING POLLNG CSM A/CD (4④三层之间的关系。站级层、网络层、就地层 拓扑结构 星形网 总线网 总线网 计算机接口 多串口卡 串口卡/总线卡串口卡/总线卡 既相互独立又相互联系，站级层功能的实现依赖于 通信速率 9.6 kbps 9.6/187.5kbp 9.6/78hps 网络层和就地层的完好性，但是就地层功能的实现， 最大节点数 不限 边 64 特别是继电保护及安全自动装置的功能的实现决不 最大通信距离 2000M 1000M 2000M 传输介质 双绞线/光纤 双绞线/光纤 双绞线/光纤 能依赖于网络层和站级层的完好性。 传输能力 字节传输 字节传输 字节传输 (5整体性能的考虑。必须满足如下10项基 报文格式 显式报文 显式报文 显式/隐式报文 本要求：可靠性、开放性、实时性、选择性、灵敏性、速 网管工具 不需 不需 不需/需要 节点增加 方便 方便 方便/麻烦 动性、准确性、经济性、方便性、统一性。 字节丢失 不可能 不可能 可能 2.2现场设备功能的相互渗透 波特率°”1 波特率·1 波特率·1 最快实时性 随着变电站自动化的发展，各专业技术相互渗 节点数 节点数 节点数 一般实时性 较慢 较慢 较快 透，已没有非常明显的界限，问题的处理需要各专业 波特率· 波特率· 人员协同配合，否则将阻碍变电站自动化技术的 最慢实时性 可能丢失 节点数 节点数 发展。 网络可靠性 很可靠 较可靠 较可靠 站级层功能分布 需要双前置 需要双前置 需要双LON卡 2.21低周减载的分散化 采集方式 单采、故障时 单采、故障时 双采、各采 低周减载将分散到220kV出线、110kV出线、 切换 切换 各送 66kW出线、35kV出线、10kV出线、220kV主变的 下位网双网结构 可以 可以 可以 下位网网络分段 可以 可以 可以 中低压侧后备保护、I10V主变的中低压侧后备保 对外开放性 开放 开放 困难 护、5kV主变的低压侧后备保护等，从而形成低周 需要文件传输时 采用以太网 采用以太网 采用以太网 减载的网络。 上位网双网结构 可以 可以 可以 单机方式时 222小电流接地选线的分散化 单前置为瓶颈 单前置为瓶颈当地和远方独立 不需当地功能时 没有瓶颈 没有瓶颈 没有瓶颈 众所周知，小电流接地选线的基本原理如下： 就地层设备互操 不能 不能 可以 (1)对中性点不接地系统采用：①批较基波零 网络层基本要求是①可靠性：抗干扰能力强、任 序电流大小：②比较基波零序功率方向：③比较基波 一节点损坏不能影响整个网络等。②开放性：兼容 零序电流方向：④比较基波电流最大值方向。 其他外部设备，适合不同通信介质及规约要求。③ (2)对中性点经消弧线圈接地系统采用：①比 实时性：实时传递信息。 较五次谐波电流大小：②比较五次谐波功率方向：③ (3)就地层主要是继保、监控设备层，可组屏也 比较五次谐波电流方向；④比较五次谐波电流最大 可分布在各继电保护小间内即安装在开关柜上，继 值方向。 保、监控既可以各自独立也可以合二为一。它对相 因此将小电流接地选线分散到出线保护中，不 关一次设备进行保护、测量和控制，协调就地层、站 能单独完成选线功能，必须依赖就地层所有出线保 级层、远方终端的操作要求，对采集的信息进行处理 护装置、网络层、站级层的完好性，将所有出线同时 上送，并在站级层、远方终端控制失效的情况下仍能 刻信息汇总后，才能作出正确判断，同时刻信息的条 完成保护、测量和控制功能。 件可以采用3Uo的同时出现来满足。 保护及自动装置基本要求是①可靠性：该动作 将小电流接地选线分散到出线保护中，可以独 时应动作，不该动作时不动作。②选择性：首先由故 立实现自动或手动接地探索，通过跳闸和重合闸来 障设备，或线路本身的保护动作e知其拒动时电相邻ublis进行？1ouse.All rights reserved.. http://www.cnki.net
POLLING 通信机制及CSM A/ CD通信机制。POLLING 拓扑结构可以是星形网也可以是总线网, 以 485 为代 表。CSM A/ CD 拓扑结构一般为总线网, 以LON 为代 表。可以通过 485 转LON 的转接器及LON 的计算机 串口卡或总线卡完成这两种网络的互换。 下面分析 485,LON 这两种网的优缺点( 如表1)。 表 1 485, LON 网性能对照表 性能 485星形网 485 总线网 LON 总线网 通信机制 POLLING POLLING CSM A/ CD 拓扑结构 星形网 总线网 总线网 计算机接口 多串口卡 串口卡/ 总线卡 串口卡/ 总线卡 通信速率 96 kbps 96/ 1875 kbps 96/ 78 kbps 最大节点数 不限 32 64 最大通信距离 2 000 M 1 000 M 2 000 M 传输介质 双绞线/ 光纤 双绞线/ 光纤 双绞线/ 光纤 传输能力 字节传输 字节传输 字节传输 报文格式 显式报文 显式报文 显式/ 隐式报文 网管工具 不需 不需 不需/ 需要 节点增加 方便 方便 方便/ 麻烦 字节丢失 不可能 不可能 可能 最快实时性 波特率* 1 节点数 波特率* 1 节点数 波特率* 1 节点数 一般实时性 较慢 较慢 较快 最慢实时性 波特率* 节点数 波特率* 节点数 可能丢失 网络可靠性 很可靠 较可靠 较可靠 站级层功能分布 需要双前置 需要双前置 需要双 LON 卡 采集方式 单采、故障时 切换 单采、故障时 切换 双采、各采 各送 下位网双网结构 可以 可以 可以 下位网网络分段 可以 可以 可以 对外开放性 开放 开放 困难 需要文件传输时 采用以太网 采用以太网 采用以太网 上位网双网结构 可以 可以 可以 单机方式时 单前置为瓶颈 单前置为瓶颈 当地和远方独立 不需当地功能时 没有瓶颈 没有瓶颈 没有瓶颈 就地层设备互操 不能 不能 可以 网络层基本要求是 可靠性: 抗干扰能力强、任 一节点损坏不能影响整个网络等。 开放性: 兼容 其他外部设备, 适合不同通信介质及规约要求。 实时性: 实时传递信息。 ( 3) 就地层主要是继保、监控设备层, 可组屏也 可分布在各继电保护小间内即安装在开关柜上, 继 保、监控既可以各自独立也可以合二为一。它对相 关一次设备进行保护、测量和控制, 协调就地层、站 级层、远方终端的操作要求, 对采集的信息进行处理 上送, 并在站级层、远方终端控制失效的情况下仍能 完成保护、测量和控制功能。 保护及自动装置基本要求是 可靠性: 该动作 时应动作, 不该动作时不动作。 选择性: 首先由故 障设备或线路本身的保护动作, 如其拒动时由相邻 设备或线路的保护动作。 灵敏性: 保护装置对保 护范围内的故障应具备必要的灵敏系数。 速动 性: 尽快切除故障, 提高系统稳定性, 减轻损坏程 度等。 测量控制装置基本要求是 可靠性: 抗干扰能 力强, 控制被控对象时, 其他对象不能乱动。 准确 性: 模拟量测量、脉冲量测量、开关量测量、数字量测 量达到规定精度要求。 ( 4) 三层之间的关系。站级层、网络层、就地层 既相互独立又相互联系, 站级层功能的实现依赖于 网络层和就地层的完好性, 但是就地层功能的实现, 特别是继电保护及安全自动装置的功能的实现决不 能依赖于网络层和站级层的完好性。 ( 5) 整体性能的考虑。必须满足如下 10 项基 本要求: 可靠性、开放性、实时性、选择性、灵敏性、速 动性、准确性、经济性、方便性、统一性。 22 现场设备功能的相互渗透 随着变电站自动化的发展, 各专业技术相互渗 透, 已没有非常明显的界限, 问题的处理需要各专业 人员协同配合, 否则将阻碍变电站自动化技术的 发展。 221 低周减载的分散化 低周减载将分散到 220 kV 出线、110 kV 出线、 66 kV 出线、35 kV 出线、10 kV 出线、220 kV 主变的 中低压侧后备保护、110 kV 主变的中低压侧后备保 护、35 kV 主变的低压侧后备保护等, 从而形成低周 减载的网络。 222 小电流接地选线的分散化 众所周知, 小电流接地选线的基本原理如下: ( 1) 对中性点不接地系统采用: 比较基波零 序电流大小; 比较基波零序功率方向; 比较基波 零序电流方向; 比较基波电流最大值方向。 ( 2) 对中性点经消弧线圈接地系统采用: 比 较五次谐波电流大小; 比较五次谐波功率方向; 比较五次谐波电流方向; 比较五次谐波电流最大 值方向。 因此将小电流接地选线分散到出线保护中, 不 能单独完成选线功能, 必须依赖就地层所有出线保 护装置、网络层、站级层的完好性, 将所有出线同时 刻信息汇总后, 才能作出正确判断, 同时刻信息的条 件可以采用 3U0 的同时出现来满足。 将小电流接地选线分散到出线保护中, 可以独 立实现自动或手动接地探索, 通过跳闸和重合闸来 进行。 22 电 力 自 动 化 设 备 1999 年
第4期 洪良山 变电站自动化的现状与发展 23 小电流接地选线功能不是可有可无的不重要的 等信息由软件完成。 功能，现场报道过当出线发生单相接地故障后由于 227“五防”操作及操作票 未能及时报警故未能及时解除故障而导致人畜伤亡 防误闭锁方式基本有：简单的挂锁、机械连锁、 的不幸事件。因此小电流接地选线的分散化，成为 电磁锁、程序锁及微机防误系统等。 一个争论的焦点。 ①防误系统与站级层的当地监控及远动主站通 2.2.3同期操作的分散化 信，确保当地监控与远动对断路器、电动刀闸的控制 传统自动同期重合闸，由保护装置的同期检测 操作经防误系统允许：②防误系统出具操作票：③就 回路及软件共同实现。 地操作经五防锁控制。 传统开关的手动或遥控同期操作，由手动或遥 将“五防”功能由就地层本身实现，达到本单元 控继电器切换同期点的电压及同期点的合闸操作回 “五防”功能； 路和同期判别装置共同实现。 将“五防”功能由当地监控和远动主站本身实 因此传统的集中同期方式接线复杂。 现，达到系统级“五防”功能。 可以将手动或遥控同期功能分散到保护装置 2.28GPS对时问题 中，或分散到单元式测控装置中。 传统GPS对时是由GPS同站级层对时然后通 2.2.4母线保护的分散化 过网络层对就地层设备广播对时，此方法缺点是就 传统母线保护必须把母线所有的TA二次集中 地层设备对广播对时的响应不一致导致对时精度不 到母线保护装置中，母线保护的出口又必须连接到 能真正满足SOE的要求，因此应将GPS直接对就地 母线上各元件的跳闸回路，因此接线复杂。 层设备对时。 母线保护能否分散到线路保护中，并通过专用 229保护测控体化 网络传递信息，实现母线保护功能，可以采用GPS 对低压设备或农网设备，可以将保护、测控合二 同步。由于母线保护的重要性，因此母线保护的分 为一，当然TA回路要分开，以保证精度要求。 散化成为又一个争论的焦点。 一体化装置必须优先满足继电保护及安全自动 2.2.5故障录波的分散化 装置的四性要求。一体化装置的出现要求用户体制 故障录波的作用为：①分析继电保护及安全自 适当调整。 动装置的动作行为；②分析故障过程、故障类型、故 未来有可能将智能仪表、电源等同以上功能一 障水平、故障远近等。 体化。 因此故障录波的分散化不影响变电站自动化的 2.3现场设备安装方式的就地化 可靠性，但是怎么分散才能达到故障录波的应有作 就地层设备直接下放到开关柜，对没有开关柜 用是值得考虑的。 的直接采用专用柜体安装到一次设备现场。 目前利用继电保护及安全自动装置提供的数据 就地层设备需达到几项要求：①温度、湿度适用 来替代故障录波是不恰当的，其理由为：①放障录波 范围：②抗干扰能力：③抗振动能力：④对灰尘、风霜 的完好性依赖于继电保护及安全自动装置的完好 雨雪环境的要求等。 性，自己不能证明自己：②分散式故障录波应从模拟 2.4远方调度的新发展 量输入、开关量输入、数据采集、数据的分析判断以 不再满足于“四遥”功能，向遥视、电力MS、电 及电源都独立于继电保护及安全自动装置。 力市场（经济调度）、智能调度（自动决定运行方式、 因此重要的变电站在独立的分散故障录波出来 自动恢复送电等方向发展。 之前，应采用集中式故障录波。 需要对远动规约进一步扩充，才能满足远方调 2.2.6电压和无功的控制 度的新发展。 电压和无功的控制一般采用调整变压器分接 2.5远方继电保护进一步发展 头，投切电容器组、电抗器组、同步调相机等方式实 远方监视继电保护及安全自动装置的运行情 现。操作方式有：手动、遥控、自动。 况，如装置是否故障、采样是否正确、定值是否变化、 目前电压和无功的控制功能有两种实现方式： 自检是否正常等，远方修改保护定值，远方投退保 ①抟门的电压和无功控制设备：②油站级层根据就 护，远方故障录波，远方故障测距，远方故障探索，远 地层通钢务层提供的电压，无功抽头：无养状态ublisP方故障分析等rihs reserved.http://www.cnki.nct
小电流接地选线功能不是可有可无的不重要的 功能, 现场报道过当出线发生单相接地故障后由于 未能及时报警故未能及时解除故障而导致人畜伤亡 的不幸事件。因此小电流接地选线的分散化, 成为 一个争论的焦点。 223 同期操作的分散化 传统自动同期重合闸, 由保护装置的同期检测 回路及软件共同实现。 传统开关的手动或遥控同期操作, 由手动或遥 控继电器切换同期点的电压及同期点的合闸操作回 路和同期判别装置共同实现。 因此传统的集中同期方式接线复杂。 可以将手动或遥控同期功能分散到保护装置 中, 或分散到单元式测控装置中。 224 母线保护的分散化 传统母线保护必须把母线所有的TA 二次集中 到母线保护装置中, 母线保护的出口又必须连接到 母线上各元件的跳闸回路, 因此接线复杂。 母线保护能否分散到线路保护中, 并通过专用 网络传递信息, 实现母线保护功能, 可以采用 GPS 同步。由于母线保护的重要性, 因此母线保护的分 散化成为又一个争论的焦点。 225 故障录波的分散化 故障录波的作用为: 分析继电保护及安全自 动装置的动作行为; 分析故障过程、故障类型、故 障水平、故障远近等。 因此故障录波的分散化不影响变电站自动化的 可靠性, 但是怎么分散才能达到故障录波的应有作 用是值得考虑的。 目前利用继电保护及安全自动装置提供的数据 来替代故障录波是不恰当的, 其理由为: 故障录波 的完好性依赖于继电保护及安全自动装置的完好 性, 自己不能证明自己; 分散式故障录波应从模拟 量输入、开关量输入、数据采集、数据的分析判断以 及电源都独立于继电保护及安全自动装置。 因此重要的变电站在独立的分散故障录波出来 之前, 应采用集中式故障录波。 226 电压和无功的控制 电压和无功的控制一般采用调整变压器分接 头, 投切电容器组、电抗器组、同步调相机等方式实 现。操作方式有: 手动、遥控、自动。 目前电压和无功的控制功能有两种实现方式: 专门的电压和无功控制设备; 由站级层根据就 地层通过网络层提供的电压、无功、抽头、开关状态 等信息由软件完成。 227 五防操作及操作票 防误闭锁方式基本有: 简单的挂锁、机械连锁、 电磁锁、程序锁及微机防误系统等。 防误系统与站级层的当地监控及远动主站通 信, 确保当地监控与远动对断路器、电动刀闸的控制 操作经防误系统允许; 防误系统出具操作票; 就 地操作经五防锁控制。 将 五防功能由就地层本身实现, 达到本单元 五防功能; 将 五防 功能由当地监控和远动主站本身实 现, 达到系统级 五防功能。 228 GPS 对时问题 传统 GPS 对时是由 GPS 同站级层对时然后通 过网络层对就地层设备广播对时, 此方法缺点是就 地层设备对广播对时的响应不一致导致对时精度不 能真正满足 SOE 的要求, 因此应将 GPS 直接对就地 层设备对时。 229 保护测控一体化 对低压设备或农网设备, 可以将保护、测控合二 为一, 当然TA 回路要分开, 以保证精度要求。 一体化装置必须优先满足继电保护及安全自动 装置的四性要求。一体化装置的出现要求用户体制 适当调整。 未来有可能将智能仪表、电源等同以上功能一 体化。 23 现场设备安装方式的就地化 就地层设备直接下放到开关柜, 对没有开关柜 的直接采用专用柜体安装到一次设备现场。 就地层设备需达到几项要求: 温度、湿度适用 范围; 抗干扰能力; 抗振动能力; 对灰尘、风霜 雨雪环境的要求等。 24 远方调度的新发展 不再满足于 四遥 功能, 向遥视、电力MIS、电 力市场( 经济调度) 、智能调度( 自动决定运行方式、 自动恢复送电等) 方向发展。 需要对远动规约进一步扩充, 才能满足远方调 度的新发展。 25 远方继电保护进一步发展 远方监视继电保护及安全自动装置的运行情 况, 如装置是否故障、采样是否正确、定值是否变化、 自检是否正常等, 远方修改保护定值, 远方投退保 护, 远方故障录波, 远方故障测距, 远方故障探索, 远 方故障分析等。 第 4 期 洪良山 变电站自动化的现状与发展 23
24 电力自动化设备 1999年 远方继电保护可以同远动共通道也可以不共通 消失，其功能将会出现在小区中心值班站或调度所， 道，但其规约不同于远动规约，需要有关部门尽早制 相应地远动功能将进一步增强。 定，或同远动规约合并，以便远方继电保护的发展。 (3)网络层技术特别是现场网将进一步发展。 2.6无人与有人值班的争论 (4④就地层设备功能的相互渗透、安装的就地 (1)防火、保安系统怎么接入。 化、工艺的提高、使用的方便性将会进一步深化。 (2)变压器渗油、非正常声音、瓷瓶开裂、局部 (5)远动规趵、现场设备的规约进一步谢扩充和规范。 放电等非电气量怎么处理。 (6远方继电保护进一步发展。 (3)一次设备是否全部可以电动操作。 (7)向其他相关领域技术渗透。 (4)设备损坏但未能远方报警等。 参考文献 以上是实现无人值班的障碍。因此现在变电站 基本处于从多人值班到少人值班，从少人值班到无 〔1)杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势[.电力系 人值班有人巡视的逐步过渡的过程。 统自动化，1995,19(10) 实行无人值班有人巡视方式时，站级层设备中 2)朱大新，刘觉.变电站综合自动化系统的内容及功能要 当地监控可有可无，因此网络层采用POLLING机制 求和配置[刀.电力系统自动化，1995,1910) 3】陶晓农.分散式变电站监控系统中的通信技术方案 比采用CSMA/CD机制可靠性高，当地监控将被远 [】.电力系统自动化，1998.22(4) 方调度的监控系统取代，为方便当地调试可以预留 [4 KOPAINSKY,J等.变电站自动和控制系统发展趋向 当地监控的接口，以便同便携机相连，临时代替当地 [C].微机保护与控制译文集.1988,10 监控的功能。 (责任编辑：于玲) 3结论 作者简介： (1)分层分布成为潮流。 洪良山(1967)，男.硕士，从事变电站自动化系统的研 (2)站级层中当地监控功能将随着无人值班而 究、开发、设计工作。 Present State and Development of Substation Automation HONG Liang shan (Nanjing Electric Power Automation Equipment General Factory,Nanjing 210003,China) Abstract:Based on the present state of substation automation for electric power system in China,the existing defects of substation automa ion are analyzed the substat ion automation system structure and function configurar tion principles to meet the requirements of unmanned substation are discussed.By invest igat ing the present op- erational situation,the author puts forward the suggestions for improvement. Keywords:substation automation;monitoring and control network 新品索引 (1)由国家电力公司南京电力自动化设备总厂最新推出的L620系列数字式线路保护装置，于1999年5月通过部级鉴 定，主要适用于110kV,35kV电压等级输电线路.为城网农网改造的理想产品。 (2)由西安交通大学和南京电力自动化设备总厂合作研制的WXB32型微机自适应保护装置于1999年4月27日通过了 国家电力公司组织的新产品鉴定。该装置适用于1035kV中性点不接地系统的馈电线路。 (3)由南京电力自动化设备总厂五分厂研制的Y-1型智能综合测量仪于1999年4月27日通过了国家电力公司组织的 新产品鉴定。该仪器是一种适用于电力系统现场测试的新型多功能测量装置。可用于线路工频参数测量和发电机、变压器、 电动机等电气设备的有关试验，尤其适用于继电保护及安全自动装置的测量。 (4)由南京电力自动化设备二厂研制的WXB2801型数字线路保护装置和WSGG4型微机速新过流重合闸保护装置于 1999年4月27日通过了国家电力公司组织的新产品鉴定。其中WXB2801型是专为66kW及以下各电压等级经消弧线圈接 地或不接地系统而设计的线路电流微机保护装置，WGC-4型是SGG4型晶体管速断过流重合闸装置理想的更新替代产品。 1994-2011 China Academic Journal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www
远方继电保护可以同远动共通道也可以不共通 道, 但其规约不同于远动规约, 需要有关部门尽早制 定, 或同远动规约合并, 以便远方继电保护的发展。 26 无人与有人值班的争论 ( 1) 防火、保安系统怎么接入。 ( 2) 变压器渗油、非正常声音、瓷瓶开裂、局部 放电等非电气量怎么处理。 ( 3) 一次设备是否全部可以电动操作。 ( 4) 设备损坏但未能远方报警等。 以上是实现无人值班的障碍。因此现在变电站 基本处于从多人值班到少人值班, 从少人值班到无 人值班有人巡视的逐步过渡的过程。 实行无人值班有人巡视方式时, 站级层设备中 当地监控可有可无, 因此网络层采用 POLLING 机制 比采用 CSM A/ CD 机制可靠性高, 当地监控将被远 方调度的监控系统取代, 为方便当地调试可以预留 当地监控的接口, 以便同便携机相连, 临时代替当地 监控的功能。 3 结论 ( 1) 分层分布成为潮流。 ( 2) 站级层中当地监控功能将随着无人值班而 消失, 其功能将会出现在小区中心值班站或调度所, 相应地远动功能将进一步增强。 ( 3) 网络层技术特别是现场网将进一步发展。 ( 4) 就地层设备功能的相互渗透、安装的就地 化、工艺的提高、使用的方便性将会进一步深化。 ( 5) 远动规约、现场设备的规约进一步扩充和规范。 ( 6) 远方继电保护进一步发展。 ( 7) 向其他相关领域技术渗透。 参考文献 1 杨奇逊. 变电站综合自动化技术发展趋势[ J] . 电力系 统自动化, 1995, 19( 10) 2 朱大新, 刘觉. 变电站综合自动化系统的内容及功能要 求和配置[ J] . 电力系统自动化, 1995, 19( 10) 3 陶晓农. 分散式变电站监控系统中的通信技术方案 [ J] . 电力系统自动化, 1998, 22( 4) 4 KOPAINSKY J, 等. 变电站自动和控制系统发展趋向 [ C] . 微机保护与控制译文集. 1988, 10 ( 责任编辑: 于 玲) 作者简介: 洪良山( 1967) , 男, 硕士, 从事变电站自动化系统的研 究、开发、设计工作。 Present State and Development of Substation Automation HONG Liangshan ( Nanjing Electric Power Automation Equipment General Factory,Nanjing 210003, China) Abstract: Based on the present state of substation automation for electric power system in China, the existing defects of substation automation are analyzed the substation automation system structure and function configura tion principles to meet the requirements of unmanned substation are discussed. By investigating the present op erational situation, the author puts forward the suggestions for improvement. Keywords: substation automation; monitoring and control; network 新 品 索 引 ( 1) 由国家电力公司南京电力自动化设备总厂最新推出的 PSL620 系列数字式线路保护装置, 于 1999 年 5 月通过部级鉴 定, 主要适用于 110 kV, 35 kV 电压等级输电线路, 为城网农网改造的理想产品。 ( 2) 由西安交通大学和南京电力自动化设备总厂合作研制的WXB32 型微机自适应保护装置于 1999 年 4 月 27 日通过了 国家电力公司组织的新产品鉴定。该装置适用于 10~ 35 kV 中性点不接地系统的馈电线路。 ( 3) 由南京电力自动化设备总厂五分厂研制的 ZZY1 型智能综合测量仪于 1999 年4 月 27 日通过了国家电力公司组织的 新产品鉴定。该仪器是一种适用于电力系统现场测试的新型多功能测量装置。可用于线路工频参数测量和发电机、变压器、 电动机等电气设备的有关试验, 尤其适用于继电保护及安全自动装置的测量。 ( 4) 由南京电力自动化设备二厂研制的 WXB2801 型数字线路保护装置和 WSGC4 型微机速断过流重合闸保护装置于 1999 年 4 月 27 日通过了国家电力公司组织的新产品鉴定。其中 WXB2801 型是专为 66 kV 及以下各电压等级经消弧线圈接 地或不接地系统而设计的线路电流微机保护装置, WSGC4 型是 JSGC4 型晶体管速断过流重合闸装置理想的更新替代产品。 ( 本刊讯) 24 电 力 自 动 化 设 备 1999 年