变电站电气自动化的系统设计
变电站电气自动化的系统设计【1】
摘 要 在城网建设中，变电站设计是其中比较重要的技术环节，对变电站电气自动化的系统如何进行设计，是城网建设和改造中需要研究和解决的一个重要课题。
本文对变电站电气自动化的系统设计的系统选型、电气没计原则等方面了探讨，以和大家交流。
关键词 变电站;电气自动化;系统设计
0 引言
变电站自动化系统在我国的应用已经取得了非常显著的效果，对提高电网的安全经济运行水平起到了重要作用。
目前随着新技术的不断发展，数字化变电站正在兴起。
在变电站自动化系统的具体实施过程中，目前有不同的方法：一种主张站内监控以远动(RTU)为数据采集和控制的基础，相应的设备以电网调度自动化为基础，保护相对独立;另一种则主张站内监控以保护(微机保护)为数据采集和控制的基础，将保护与控制、测量结合在一起。
从我国目前的电力系统运行体制、人员配备、专业分工来看，前者占有较大优势。
因为无论从规划设计、科研制造、安装调试、运行维护等各方面，控制与保护都是相互独立的两个不同专业，因此前者更符合我国国情，而后者因难以提供较清楚的事故分析和处理的界面而一时还不易被运行部门接受。
但从发展趋势、技术合理性及减少设备重复配置、简化维护工作量等方面考虑，后者又有其优越�。
此实施方法正在成为一种发展趋势和共识。
1 方案设计思想
从信息流的角度看，保护(包括故障录波等)和控制、测量的信息源都是来自现场TA、TV二次侧输出，只是要求不同而已。
保护主要采集一次设备的故障异常状态信息，要求TA、TV测量范围较宽，通常按10倍额定值考虑，但测量精度要求较低，误差在3%以上。
而控制和测量主要采集运行状态信息，要求TA、TV测量范围较窄，通常在测量额定值附近波动，对测量精度有一定的要求，测量误差要求在1%以内。
总控单元直接接收来自上位机或远方的控制输出命令，经必要的校核后可直接动作至保护操作回路，省去了遥控输出、遥控执行等环节，简化了设备，提高了可靠性。
从无人值守角度看，不仅要求简化一次主接线和主设备，同时也要求简化二次回路和设备，因此保护和控制、测量的一体化有利于简化设备和减少日常维护工作量，对110kV及以下，尤其是10kV配电站，除了电量计费、功率总加等有测量精度要求而需接量测TA、TV外，其他量测仅作监视运行工况之用，可以与保护用TA、TV合用。
此外，在局域网上各种信息也可以共享，控制、测量等均不必配置各自的数据采集硬件，常规的控制屏、信息屏、模拟屏等亦可取消。
对于10kV配电站，由于接线简单，对保护相对要求较低，为简化设备节省投资，建议由RTU来完成线路保护及双母线切换等保护功能。
因此需在RTU软件中增加保护运行判断功能，如备用电源自投功能，可通过对相应母线端失压和相关开关状态信号的逻辑判断来实现。
随着计算机和网络通信技术的发展，站内R丁U/LTU或保护监控单元将直接上网，通过网络与上位机及工作站通信。
取消传统的前置处理机环节，从而彻底消除通信“瓶颈”现象。
变电站自动化系统和无人值班运行模式的实施，在很大程度上取决于设备的可靠性。
这里指的设备不仅是自动化设备，更重要的是电气主设备。
2 设计说明
变配电站自动化包括继电保护、变配电站集中监控以及远方调度管理3部分。
继电保护有常规电磁型继电器保护、晶体管继电保护与微机保护3种形式。
常规继电器保护仍在继续使用，晶体管保护是一种过渡型产品，现在已被先进的微机保护所替代。
智能化开关与智能化开关柜，以及变配电站综合自动化系统集继电保护、数据监测及远方调度于一体，在变配电自动化设计中应根据工程实际情况选用上述产品。
2.1 系统选型
主要从继电保护及站内集中监测与远方调度几方面考虑。
对于继电保护而言，35kV及以上的变配电站一般都有变压器保护，应优先考虑选用微机保护或变配电站综合自动化系统。
10kV变配电所一般均为电力系统开闭所及用户变配电站，一次接线比较简单，应以常规继电保护为主。
选用价格低、性能可靠的智能化开关，智能化开关柜或综合自动化系统之后，可以取消常规继电保护。
对于站内集中监测与远方调度来讲，有集中式与分散于开关柜内的集散系统两种形式，变配电站综合自动化系统是一种最先进的分散安装于开关柜内的变配电站站内集中监测与远方调度系统。
集中式变配电站计算机监测与远方调度系统需要安装各种电量变送器。
测量、信号与控制电缆要由开关柜内引出，外部电缆数量多，设计与施3-3-作量大，一般不宜再推广使用。
变配电站综合自动化系统的末端数据采集与控制单元直接安装于开关柜内，大都采用交流采样从电流或电压互感器直接进行测量，省掉了电量变送器，有些还可以省掉开关柜上的指示仪表。
外部电缆只有一根通信电缆与供电电源电缆，设计与施工简单，所以应积极推广选用。
智能化开关与智能化开关柜本身已经具备集中监测与远方调度功能。
只要设计一根通信电缆引到调度值班室中央控制站计算机就可以实现集中监测与远方调度。
但由于各厂家的通信协议不统一，不同厂家的产品实现联网比较困难，所以近期还难以推广应用。
2.2 电气设计原则
从一次系统与二次系统两方面考虑。
对于一次系统设计而言，变配电站采用计算机监测与控制后对一次系统接线没有影响，一次系统接线方式及供电方案仍按有关要求与规定进行设计。
变配电站采用计算机监测与控制后，应发挥计算机的图形显示功能，模拟盘可以简化或取消。
变配电站采用计算机监测与控制后，可以实现无人或少人值班，值班室面积可以减小，分散值班可以集中于一处值班。
对于二次系统，其设计方案应该注意以下几点：开关柜内的继电保护，计量，信号与控制回路设计不变，值班室的继电保护屏与中央信号系统(信号屏、计量屏与控制屏)保持原设计不变，再设计一套重复的计量、信号与控制回路进入计算机监测与控制系统。
开关柜内的继电保护，计量，信号与控制回路设计不变，值班室的中央信号系统(信号屏、计量屏与控制量)取消，集中保护的继电保护屏应保留，再将计量，信号与控制回路进入计算机监测与控制系统。
开关柜内的继电保护、计量、信号与控制回路设计不变，值班室的中央信号系统(信号屏、计量屏与控制屏)只包括电源进线与母线联络开关柜，所有出线开关柜均不进入中央信号系统。
电源进线，母线联络开关柜及所有出线开关柜的中央信号系统(信号、计量与控制)全部进入计算机监测与控制系统。
二次系统设计原则是：变配电站采用计算机监测与控制后值班室原有的中央信号系统(信号屏，计量屏与控制)应取消，采用集中保护的继电保护屏应保留，应优先选用第二方案。
对于有特殊要求的单位或地区，可以选用第三方案，第一方案一般不宜
设计选用。
2.3 电气设计
一次系统的电气主接线方式按原设计不变，在单线系统图的设备型号说明中应注明采用计算机监测与控制系统后所增加的设备数量与型号，如电量变送器，电力监控器等。
对于需要通过计算机监测与控制系统进行远方遥控操作的开关，一定要选用能进行远方分、合闸功能的自动开关。
开关运行状态要进入计算机监测与控制系统的开关，一般要有一对独立的常开接点引入计算机监测与控制系统。
低压自动开关的型号设计时一定要注意满足这一要求，多选一对常开辅助接点。
对二次系统继电保护设计来讲，35kV及以上供电系统可以考虑选用微机保护，而且应优先考虑采用变配电站综合自动化单元。
10kV供配电系统仍应以常规继电器型继电保护为主，可以再设计只有监控功能的变配电站综合自动化单元。
220/380V低压配电系统，仍应以自动开关与熔断器作为保护，再设计只有监控功能的变配电综合自动化单元。
对于测量回路设计而言，需要进入计算机监测与控制系统的测量参数由设计者根据有关规定与用户实际需要来确定。
需要进入计算机监测与控制系统的各种测量参数，首先经过电流互感器与电压互感器变为统一的交流。
采用变配电站综合自动化系统之后，其监控单元均为交流采样，直接从电流或电压互感器取0A-5A或0VM00V测量信号，低压直接取220V或380V信号。
不再需要各种电量变送器，开关柜上各种测量仪表可以取消。
电度计量应选用带脉冲输出的电度表。
其型号及一次接线与原电度表相同，只在备注中说明带脉冲输出，并注明与计算机监测与控制系统相匹配的直流电源电压，设计时应优先选用自带供电电源的有源型，输出为隔离型的脉冲电度表。
计量柜电度表一般不进入计算机监测与控制系统，所以应在进线开关柜内增加有功与无功脉冲电度表各一块，作为内部统计用电量使用。
对于信号回路设计，所有需要计算机监测与控制系统进行监视的开关状态，均应有一对常开接点引到计算机监测与控制系统。
所有常开接点可以共用一个信号地线，但不能与交流系统地线相连接。
所有信号继电器均应有一对单独的常开接点引到计算机监测与控制系统。
有中央信号系统时，信号继电器应再有一对常开接点引到中央信号系统，以下两种常开接点应分开，由于电压等级不同，不能共用地线。
控制回路设计中应该注意以下问题：计算机监测与控制系统都有合闸与分闸继电器输出接点，将其并连接到开关柜的合分闸开关或按钮上就可以进行远方合分闸操作。
计算机监测与控制系统的合分闸继电器接点与开关柜上合分闸开关或按钮之间应设计手动与远方自动转换开关。
10kV及以上的供配电系统需要计算机--监测与控制系统进行远方合分闸操作时，其控制开关应取消不对应接线，可以选用自复位式转换开关，也可选用控制按钮。
所有进入计算机监测与控制系统的远方操作开关的手动分闸操作开关或按钮应有一对独立的常开接点引到计算机监测与控制系统，以便在人工手动分闸时给计算机监测与控制系统一个开关量输入信号，以防止人工就地手动分闸时出现误报信号。
3 变配电站综合自动化系统
变配电站综合自动化系统是以一个配电间隔为单元，由一台电力监控器完成信号测量、继电保护与控制。
测量为交流采样，直接从电流互感器或电压互感器取交流。
――SA电流信号或交流。
OV～100V电压信号，380/220V低压系统直接取交流OV～220V或OV～380V电压信号。
所有电力监控器通过通信电缆引到计算机系统。
3.1 变配电站综合自动化系统外部电缆设计
变配电站综合自动化系统的外电缆设计非常简单，只有一根通信电缆与一根交流220V电源线。
通信电缆一般选用计算用屏蔽电缆，线芯为两对两芯0.5m铜芯线，使用一对，备用一对。
也可以选用双芯屏蔽双绞线。
大型变配电站也可以考虑使用光缆。
电力监控器应由专用电源集中供电，以保证供电可靠性，增加抗干扰能力。
有些电力监控器可以用220V直流电源供电，此时可以由直流屏集中供电。
变配电站数量少时，可以不设现场控制站，电力监控器的通信电缆可以直接引到中央控制站。
供电电源可由变配电站内单独提供，距离中央控制站近时，也可以由中央控制站供电。
通信距离可达3kin。
变配电站内开关柜数量少时，可以几个变配电站合用一个现场控制站，每个现场控制站可带犯个电力监控器。
电力监控器到现场控制站及现场控制站之间的'最远距离均为5km。
3.2 变配电站综合自动化系统的二次接线图设计
变配电站综合自动化系统的二次接线图设计按所选用的电力监控器种类分为只有监控功能与带保护功能两种。
10kV及以下电压等级的供电系统一般应选用只有监控功能的电力监控器，其二次接线图见有关产品设计项或手册。
3.3 变配电站综合自动化系统的选用
变配电站综合自动化系统的成套设备生产厂商有很多，例如国内的鲁能、南瑞、南自、许继、思达、四通，国外的SIMENS、ABB等公司。
应该根据实际设计要求与系统的功能，综合考虑选用，一般的变配电站综合自动化系统应该具有以下功能：SCADA功能、数据库系统、高级专家功能、运行管理功能、网络互联功能。
选用的基本原则是：在满足要求的情况下，系统运行的可靠性好、性能价格比高。
4 结论
以上针对目前我国电力系统运行现状，阐述了变配电自动化系统的设计思想，并从系统选型、电气设计原则等方面对设计过程作了相应的说明做了简要介绍，也是实际工作经验的总结。
对于同样的工程，不同的设计人员，由于考虑问题的侧重点不同，可能设计方法会有一定的差异，但基本内容是相同的。
具体设计实施效果需要时间的检验，也取决于选型设备的性能。
变电站自动化监控系统的设计【2】
摘 要 变电站自动化监控系统在变电站中的运用，能够有效提升变电站运行的安全性、有效性，对整个电力系统运行都具有重要的作用。
本文首先对变电站自动化监控系统进行简单的介绍，然后从软件工程开发、软件构成以及软件结构设计等几个方面入手，对变电站自动化监控系统进行简要设计。
【关键词】变电站 自动化监控系统 设计
在经济社会快速发展过程中，社会各行各业对电力需求量逐渐增大，对供电安全可靠性也提出了更高的要求。
变电站是电力系统中的关键环节，加强对其有效的监控，能够提升电力系统运行安全。
基于此，加强对变电站自动化监控系统设计的研究具有十分现实的意义。
1 变电站自动化监控系统概述
在国家电力建设改革过程中，对电力系统改造提出了两点要求，第一，尽可能减少投资，提升建设效益，保证电力系统整体的运行水平;第二，确保电力系统运行的安全可靠性。
变电站作为电力系统中关键的环节，与电力经济效益、安全运行息息相关。
计算机技术、电子技术、通信技术等不断的发展，为变电站实现自动化监控提供了技术基础。
变电站自动化监控系统就是运用这些技术，通过有效的设计，在硬件设备以及软件程序的共同支撑下，对变电站运行情况进行实时监控，保证变电站运行的安全性，对电网综合自动化发展做出巨大的贡献。
2 变电站自动化监控软件开发
现阶段，程序设计方法多种多样，但以模块化程序设计与面向对象的程序设计为主，将两者有效地结合起来，形成一套完整的变电站自动化监控系统开发模式。
变电站自动化监控系统一般使用后台软件，结合模块化和面向对象的程序设计方式，基本上确定了后台软件应有的功能，由这些基本功能构成系统的主要特征。
采用模块化程序设计的方式，将后台软件分为若干个子系统，包括数据库管理系统、报表系统、通讯系统、主控程序等等，每一个子系统由简单的数据关系构成，容易建立模型。
因此，在具体的软件开发设计中，一般采用分层分析设计以及线程技术方法。
2.1 分层分析设计方法
根据变电站业务处理、控制流图以及数据流图等，明确后台监控软件的主要层次，即数据处理层、通信层、应用层、数据存储层等，利用分层分析设计方法，逐层进行分析与设计，对层与层之间的接口进行明确规定，降低开发的难度，提高数据接口的兼容性以及移植性。
2.2 线程技术方法
以线程技术为主的变电站监控主站，能够利用不同的线程完成不同的任务，合理区分线程的优先级别，就能够完成实时性不同的任务，提高了变电站监控系统中数据处理效率，保证各项紧急任务发生后系统的响应速度。
3 变电站自动化监控软件的构成
变电站自动化监控软件的构成分为三个部分，即底层数据服务器、中间层数据库以及高层应用程序。
3.1 底层数据服务器
该层具有数据处理以及通讯两种功能，能够接收到RTU采集的实时数据信息，包括变电站运行的状态量、模拟量以及时间顺序等等，同时还能够向高层程序层的RTU发送控制命令，并显示源码数据。
对原始的数据进行有效的处理，形成实时数据，并及时传输到中间层数据库中，提供给应用软件使用，确保信息的实时性。
3.2 中间层数据库
中间层数据库主要是面向应用程序，具有系统功能分析，是整个数据信息结构的核心，能够为高层应用功能模块提供各种有用的数据信息。
根据系统性能的不同，将数据库分为实时数据库、参数数据库、历史数据库以及辅助数据库几类。
3.3 高层应用程序
高层应用程序具有多个功能，包括监视功能、遥控遥调功能、数据采样计算处理功能、打印功能、接线图编辑显示功能、报表功能、参数管理功能、人机接口功能以及系统安全维护功能。
该层的应用程序，能够将变电站运行的实时数据信息进行处理，并对数据库信息进行监测，发现异常情况就会发出警报，并做好备份工作。
对相关的数据信息、报表等还能够进行打印，为系统设置、维护等提供配套的参数管理，根据用户操作内容的不同，设置有效的权限管理。
4 变电站自动化监控系统软件结构设计
在变电站自动化监控系统后台软件设计过程中，考虑到数据功能的组合与分散，系统通讯以及数据处理功能都是为高层应用程序提供有效的数据，如果将两者分开，必会影响数据处理的时间，也会增多数据传递时间，将处理过程复杂化。
所以，一般需要将通讯与数据处理功能进行组合，形成一个独立的功能模块，我们称之为数据服务器，两者的组合能够节约数据处理时间，提高系统整体的效率。
同时，数据库管理、报表功能、数据存储功能、远动功能等功能之间数据联系较少，独立性较强，可以实行分散，尽可能使其与应用数据发生联系，形成以数据为中心的功能结构，便于系统操作和维护。
值得注意的是，在变电站巡检操作人员操作设备过程中，在主控室操作后，又必须到现场查看并验证一次设备的实际位置，如果操作项目多的话，过程反复又浪费时间，自动化的程度还有待提高。
假如操作人员在主控室或调度室就能查看一次设备的运行工况，则会大大减少操作人员的劳动量和时间。
所以，未来的趋向将是在一次设备附近装设视频和声控系统，通过远动和通信系统进行数据采样和传输，运行操作人员在远方就能对设备的运行工况及状态变化情况了如指掌，同时又减少与高压设备危险接触的不定因素。
但就目前而言，大部分人员计算机技术能力有待提高，只能进行简单分合闸操作以及线路改命名等简单的数据库编译工作等，遇到复杂问题仍需向厂家求助，这一问题需要后续解决。
5 总结
通过上述分析可知，随着社会经济快速发展，电力事业改革工作正如火如荼地进行中，各行各业对电能的需求量不断提升，给电力系统运行的质量提出了更高的要求。
变电站是电力系统中关键的组成部分，是输电系统中关键环节，在信息技术、通信技术、计算机技术等的发展过程中，我们要通过合理的设计，建立变电站自动化监控系统，对其运行进行有效的监控，保证变电站运行的安全与稳定。
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