電力系統(tǒng)自動(dòng)化 567

第七章變電所綜合自動(dòng)化

和數(shù)字化變電所回顧：電力系統(tǒng)自動(dòng)化的分類（按運(yùn)行管理區(qū)域分類）

調(diào)度自動(dòng)化發(fā)電廠自動(dòng)化火電廠自動(dòng)化水電廠自動(dòng)化配電網(wǎng)自動(dòng)化變電站自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化第7章變電所綜合自動(dòng)化和數(shù)字化變電所常規(guī)的變電站存在的問題： ★安全性、可靠性不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求。 ★不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計(jì)算和實(shí)時(shí)性要求。 ★供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證。 ★不利于提高運(yùn)行管理水平。★維護(hù)工作量大，設(shè)備可靠性差。 ★占地面積大，增加征地投資。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動(dòng)化提供了有利的條件。一、變電站自動(dòng)化的發(fā)展過程1、變電站分立元件的自動(dòng)裝置階段

20世紀(jì)70年代以前，這些自動(dòng)裝置主要采用模擬電路、晶體管等分立元件組成，對(duì)提高變電站的自動(dòng)化水平，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，發(fā)揮了一定的作用。缺點(diǎn)：這些自動(dòng)裝置，相互之間獨(dú)立運(yùn)行，互不相干，而且缺乏智能，沒有故障自診斷能力，在運(yùn)行中若自身出現(xiàn)故障，不能提供報(bào)警信息，有的甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)運(yùn)行的安全。分立元件的裝置可靠性不高，經(jīng)常需要維修，且體積大。第7章變電所綜合自動(dòng)化和數(shù)字化變電所2、微處理器為核心的智能自動(dòng)裝置階段20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的應(yīng)用，在變電站自動(dòng)化階段，將原來由晶體管等分立元件組成的自動(dòng)裝置逐步由大規(guī)模集成電路或微處理器替代。微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置分別設(shè)置，分別完成各自的功能。優(yōu)點(diǎn):①由于采用了數(shù)字電路，縮小了體積，明顯的顯示出優(yōu)越性。②利用微處理器的智能和計(jì)算能力，可以應(yīng)用和發(fā)展新的算法，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度和控制的可靠性，還擴(kuò)充了新的功能。③裝置本身的故障自診斷能力，對(duì)提高裝置自身的可靠性是很有意義的。缺點(diǎn)：

各自動(dòng)化裝置仍是獨(dú)立運(yùn)行，不能互相通信，不能共享資源。

國際上，20世紀(jì)70年代末開始變電站綜合自動(dòng)化的研究工作，于80年代開始進(jìn)入實(shí)用應(yīng)用。

例：西門子公司于1985年在德國投入其第一套變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。我國從20世紀(jì)80年代末開始研制和開發(fā)，20世紀(jì)90年代進(jìn)入應(yīng)用階段。

例：清華大學(xué)電機(jī)系研制成功的變電站微機(jī)監(jiān)測(cè)、保護(hù)綜合控制系統(tǒng)。變電站綜合自動(dòng)化階段的特征：

將微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)等功能進(jìn)行統(tǒng)一考慮，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成以上所有的功能。3、變電站綜合自動(dòng)化階段二、變電站綜合自動(dòng)化的概念變電站綜合自動(dòng)化（IntegratedSubstationControlSystem，ISCS）是在變電站應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)和信息處理與傳輸技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)或自動(dòng)化裝置代替人工進(jìn)行各種運(yùn)行作業(yè)，提高變電站運(yùn)行、管理水平的一種自動(dòng)化系統(tǒng)。三、變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展概況1、國外變電站綜合自動(dòng)化的早期發(fā)展概況

國外變電站自動(dòng)化的研究工作始于20世紀(jì)70年代。70年代末，英、西德、意大利、澳大利亞等國新裝的遠(yuǎn)動(dòng)裝置都是微機(jī)型的。

變電站綜合自動(dòng)化的研究工作，于70年代中、后期開始。1975年由關(guān)西電子公司和三菱電氣有限公司合作，研究配電變電站數(shù)字控制系統(tǒng)。1979年9月完成樣機(jī)，稱為SDCS-1型，12月在變電站安裝運(yùn)行，1980年開始商品化生產(chǎn)。SDCS-1型由13臺(tái)微機(jī)組成。如下圖，它具有對(duì)一個(gè)77kV/6.6kV的配電變電站的全部保護(hù)和控制功能。該變電站具有3臺(tái)變壓器，4回77kV進(jìn)線，36回6.6kV饋電線路。三、變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展概況

SDCS－1結(jié)構(gòu)方框圖1、國外變電站綜合自動(dòng)化的早期發(fā)展概況2、我國變電站自動(dòng)化的發(fā)展過程

我國變電站綜合自動(dòng)化的研究工作始于80年代中期。1987年清華大學(xué)電機(jī)工程系研究成功國內(nèi)第一個(gè)符合國情的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)由3臺(tái)微機(jī)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖。1987年在山東威海望島變電站成功地投入運(yùn)行。望島變電站是一個(gè)35kV/10kV城市變電站，有2回35kV進(jìn)線，2臺(tái)主變，8回10kV出線，2組電容器。該系統(tǒng)擔(dān)負(fù)全變電站安全監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、電壓無功控制、中央信號(hào)等任務(wù)。按功能分為3個(gè)子系統(tǒng)：（1）安全監(jiān)控子系統(tǒng)；（2）微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)；（3）電壓、無功控制子系統(tǒng)。這是我國第一個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其成功的投入運(yùn)行，證明了我國完全可以自行研究，制造出具有國際先進(jìn)水平，符合國情的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

90年代中期后，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)迅速發(fā)展。隨著微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和已投入運(yùn)行的變電站綜合系統(tǒng)取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，吸引全國許多用戶和科研單位和高等院校，因此變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)到90年代，成為熱門話題。三、變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展概況三、變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展概況2、我國變電站自動(dòng)化的發(fā)展過程變電站微機(jī)監(jiān)測(cè)、保護(hù)綜合控制系統(tǒng)框圖3、國外無人值班的發(fā)展簡況西歐、北美、日本等發(fā)達(dá)國家的絕大多數(shù)變電站，包括許多500kV、380kV的變電站也都實(shí)行無人值班。

例如：巴黎，1985年建立新一代的計(jì)算機(jī)自動(dòng)管理系統(tǒng)，所有225/20kV變電站都由調(diào)度中心集中控制。調(diào)度室可掌握所有225/20kV變電站及20kV主網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，調(diào)度中心可以直接進(jìn)行必要的處理，使受停電影響的用戶迅速恢復(fù)供電。與此同時(shí)也出現(xiàn)一批無人值班或少人值班的大、中小型水電站。

例如，到1980年止，意大利ENEL公司的474個(gè)水電站中，無人值班達(dá)408個(gè)，法國EDF公司450個(gè)水電站中，有403個(gè)無人值班占90%。4、國內(nèi)無人值班的發(fā)展簡況?早期的無人值班變電站沒有自動(dòng)化功能。只適合不重要的35KV變電站。?20世紀(jì)60年代，進(jìn)入了遠(yuǎn)方監(jiān)視的無人值班階段。?20世紀(jì)80年代后期，無人值班技術(shù)又上了一個(gè)臺(tái)階。促進(jìn)了調(diào)度自動(dòng)化實(shí)用化的深入開展和電網(wǎng)調(diào)度管理水平的提高。

?國家電力調(diào)度通信中心于1993年12月28日發(fā)布了調(diào)自[1994]2號(hào)文件《關(guān)于在地區(qū)電網(wǎng)中實(shí)施變電站遙控和無人值班的意見》。

該文件明確指出實(shí)行變電站遙控和無人值班是可行的，是電網(wǎng)調(diào)度管理的發(fā)展方向，并明確指出各單位要積極穩(wěn)妥地開展此項(xiàng)工作，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，因地制宜，統(tǒng)籌安排，綜合考慮，做好規(guī)劃，逐步實(shí)施。根據(jù)需要有些地區(qū)可考慮新建變電站一步到位，即按無人站設(shè)計(jì)建設(shè)，尤其是地區(qū)變電站。該文件對(duì)全國無人值班變電站的建設(shè)起了很大的推動(dòng)作用。變電站實(shí)現(xiàn)無人值班的目的和意義(1)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)的需要

不僅發(fā)達(dá)地區(qū)、人口密集經(jīng)濟(jì)發(fā)展的地區(qū)需要發(fā)展無人值班變電站；人口密度少、經(jīng)濟(jì)不甚發(fā)達(dá)的邊遠(yuǎn)地區(qū)，發(fā)展無人值班也很重要。(2)

提高運(yùn)行的可靠性，減少誤操作率。(3)提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率(4)降低變電站建設(shè)成本。變電站綜合自動(dòng)化全面提高無人值班變電站的技術(shù)水平（1）提高了變電站的安全、可靠運(yùn)行水平。（2）提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行、管理水平和技術(shù)水平（3）縮小變電站占地面積，降低造價(jià)，減少總投資。（4）提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率，降低電能損耗。（5）減少維護(hù)工作量。由于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的微機(jī)保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置，都具有故障自診斷功能，裝置內(nèi)部有故障，能自動(dòng)顯示故障部位，縮短了維修時(shí)間。三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能體現(xiàn)在下述5個(gè)子系統(tǒng)的功能中：1.監(jiān)控子系統(tǒng)

(1)數(shù)據(jù)采集

對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的在線實(shí)時(shí)采集是變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能之一，變電站的數(shù)據(jù)包括模擬量、開關(guān)量和電能量。（2）數(shù)據(jù)處理與記錄

數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容為電力部門和用戶內(nèi)部生產(chǎn)調(diào)度所要求的數(shù)據(jù)。1)變電所運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)、分析與計(jì)算2)變電所內(nèi)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備的越限報(bào)警及記錄3)變電所內(nèi)的事件記錄（3）運(yùn)行監(jiān)視運(yùn)行監(jiān)視即對(duì)采集到的反映變電所運(yùn)行狀況和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視。（4）故障錄波和測(cè)距、故障記錄①故障錄波與測(cè)距

110kV及以上的重要輸電線路距離長、發(fā)生故障影響大，必須盡快查找出故障點(diǎn)，以便縮短修復(fù)時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，減少損失。

②故障記錄

35kV和10kV的配電線路很少專門設(shè)置故障錄波器，為了分析故障方便，可設(shè)置簡單故障記錄功能。故障記錄是記錄繼電保護(hù)動(dòng)作前后與故障有關(guān)的電流量和母線電壓。

三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能（5）事故順序記錄與事故追憶

事故順序記錄就是對(duì)變電所內(nèi)的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、斷路器等在事故時(shí)動(dòng)作的先后順序自動(dòng)記錄。

事故追憶是指對(duì)變電所內(nèi)的一些主要模擬量，如線路、主變壓器的電流、有功功率、母線電壓等，在事故前后一段時(shí)間內(nèi)作連續(xù)測(cè)量記錄。

（6）控制及安全操作閉鎖

操作人員可通過顯示器屏幕對(duì)斷路器、隔離開關(guān)進(jìn)行分、合閘操作；對(duì)變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；對(duì)電容器組進(jìn)行投、切控制。并且所有的操作控制均能就地和遠(yuǎn)方控制、就地和遠(yuǎn)方切換相互閉鎖，自動(dòng)和手動(dòng)相互閉鎖。

操作閉鎖包括以下內(nèi)容：操作系統(tǒng)出口具有斷路器分、合閘閉鎖功能。三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能(7)人機(jī)聯(lián)系功能(8)諧波分析與監(jiān)視三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能2.微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的微機(jī)繼電保護(hù)主要包括：

輸電線路保護(hù)；電力變壓器保護(hù)；母線保護(hù)；電容器保護(hù)；小電流接地系統(tǒng)自動(dòng)選線；自動(dòng)重合閘等。

對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求：

(1)系統(tǒng)的繼電保護(hù)按被保護(hù)的電力設(shè)備單元(間隔)分別獨(dú)立設(shè)置，直接由相關(guān)的電流互感器和電壓互感器輸入電氣量，然后由觸點(diǎn)輸出，直接操作相應(yīng)斷路器的跳閘線圈。(2)保護(hù)裝置設(shè)有通信接口，供接入站內(nèi)通信網(wǎng)，在保護(hù)動(dòng)作后向變電站層的微機(jī)設(shè)備提供報(bào)告等，但繼電保護(hù)功能完全不依賴通信網(wǎng)。(3)為避免不必要的硬件重復(fù)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和降低造價(jià)，可以配給保護(hù)裝置其他一些功能，但不應(yīng)降低保護(hù)裝置的可靠性。3.電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)在運(yùn)行中，能實(shí)時(shí)控制電壓/無功的基本手段是有載調(diào)壓變壓器的分接頭調(diào)檔和無功補(bǔ)償電容器組的投切。

?多采用一種九區(qū)域控制策略進(jìn)行電壓/無功自動(dòng)控制。電壓無功控制裝置(VQC)：

適用于一些地區(qū)電網(wǎng)、變電所。自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)(AutomaticVoltageControl，AVC)：

適用于一些省級(jí)電網(wǎng)。自動(dòng)電壓控制裝置的類型：變電站10kV系統(tǒng)電壓無功綜合控制裝置簡介

4.低頻減負(fù)荷控制自動(dòng)低頻減載裝置：當(dāng)電力系統(tǒng)頻率降低時(shí)，能根據(jù)系統(tǒng)頻率下降的不同程度自動(dòng)有次序、有計(jì)劃地切除相應(yīng)的負(fù)荷，以阻止系統(tǒng)頻率降低，并使系統(tǒng)頻率迅速恢復(fù)到給定值。5、備用電源自動(dòng)投入子系統(tǒng)備用電源自動(dòng)投入：

當(dāng)工作電源因故障被斷開后，能自動(dòng)而迅速的將備用電源投入，保證用戶連續(xù)供電的一種裝置，稱備用電源自動(dòng)投入裝置。發(fā)電廠、變電所中都設(shè)有備用電源，此外一些重要的工礦企業(yè)用戶為保證供電的可靠性也設(shè)置了備用電源。備用電源自動(dòng)投入已成為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能之一。

備用電源自動(dòng)投入裝置的作用與類型

作用：用于兩路及以上電源進(jìn)線的變配電所中，提高供電可靠性。

工作電源與備用電源的接線方式可分為兩大類：明備用:在正常時(shí)，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障時(shí)才投入工作。暗備用:在正常時(shí)，兩電源都投入，互為備用。

2/6/2023在正常情況下，QF1閉合，QF2斷開，負(fù)荷由工作電源供電。

當(dāng)工作電源故障時(shí)，APD動(dòng)作，將QF1斷開，切除故障電源，然后將QF2閉合，使備用電源投入工作，恢復(fù)供電。a)明備用正常情況下，QF1,QF2閉合，QF3斷開，兩個(gè)電源分別向兩段母線供電。

若電源A(B)發(fā)生故障，APD動(dòng)作，將QF1(QF2)斷開，隨即將QF3閉合，此時(shí)全部負(fù)荷均由B(A)電源供電。b)暗備用1）不論什么原因失去工作電源，APD都能迅速起動(dòng)并投入備用電源；2）必須在工作電源確已斷開、而備用電源電壓也正常時(shí)，才允許投入備用電源；3）APD應(yīng)只動(dòng)作一次，以免將備用電源重復(fù)投入永久性故障回路中；4）當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時(shí)，APD不應(yīng)誤動(dòng)作。對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置的基本要求第7章變電所綜合自動(dòng)化

5．通信子系統(tǒng)?通信功能包括站內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)間的通信和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度的通信兩部分。四、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集中式分層分布式分布集中組屏分布分散與集中相結(jié)合結(jié)構(gòu)四、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式集中式分布分散式與集中相結(jié)合分層分布式集中組屏采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能。

把變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集單元、控制單元和保護(hù)單元分別集中安裝在變電所控制室內(nèi)的相應(yīng)屏（柜）中。

將變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集，微機(jī)保護(hù)及監(jiān)控單元綜合為一個(gè)裝置，就地安裝在數(shù)據(jù)源現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)柜上。

1.集中式的結(jié)構(gòu)（1）定義：

集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)指采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能。

集中式結(jié)構(gòu)不是指由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控、與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計(jì)算機(jī)完成的。圖7-2集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖（2）舉例：安裝在變電站中央控制室內(nèi)。（3）集中式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可大大減少占地面積，而且造價(jià)低。缺點(diǎn)：

A、可靠性低：B、集中式結(jié)構(gòu)的軟件復(fù)雜，修改工作量大，調(diào)試麻煩；C、組態(tài)不靈活,對(duì)不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大，影響了批量生產(chǎn)，不利于推廣。D、集中式保護(hù)與長期以來采用一對(duì)一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀，不符號(hào)運(yùn)行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩，只適合保護(hù)算法比較簡單的情況。一般適合于小型變電所的新建或改造。

2.分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)（1）定義：

所謂分布式結(jié)構(gòu)，是在結(jié)構(gòu)上采用主從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊（通常是各個(gè)從CPU）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了集中式結(jié)構(gòu)中獨(dú)立CPU計(jì)算處理的瓶頸問題，方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊（部件）正常運(yùn)行。?所謂分層式結(jié)構(gòu)，是將變電站信息的采集和控制分為管理層、站控層和間隔層三個(gè)級(jí)分層布置。如圖7-3所示。（2）舉例：

分層分布式系統(tǒng)集中織屏結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下：

(1)由于分層分布式結(jié)構(gòu)配置，在功能上采用可以下放的盡量下放原則，凡事可以在本間隔層就地完成的功能，絕不依賴通信網(wǎng)。

這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與集中式系統(tǒng)比較，明顯優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，任一部分設(shè)備有故障時(shí)，只影響局部；可擴(kuò)展性和靈活性高；所內(nèi)二次電纜大大簡化，節(jié)約投資也簡化維護(hù)。分布式系統(tǒng)為多CPU工作方式，各裝置都有一定數(shù)據(jù)處理能力，從而大大減輕了主控制機(jī)的負(fù)擔(dān)。

(2)繼電保護(hù)相對(duì)獨(dú)立。繼電保護(hù)裝置的可靠性要求非常嚴(yán)格，因此，在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)小，繼電保護(hù)單元宜相對(duì)獨(dú)立，其功能不依賴于通信網(wǎng)絡(luò)或其它設(shè)備。通過通信網(wǎng)絡(luò)和保護(hù)管理機(jī)傳輸?shù)闹皇潜Ｗo(hù)動(dòng)作的信息或記錄數(shù)據(jù)。

(3)具有和系統(tǒng)控制中心通信的能力。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)本身已具有對(duì)模擬量、開關(guān)量、電能脈沖量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的功能，還收集繼電保護(hù)動(dòng)作信息、事件順序記錄等，因此不必另設(shè)獨(dú)立的RTU的裝置，不必為調(diào)度中心單獨(dú)采集信息。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采集的信息可以直接傳送給調(diào)度中心，同時(shí)也可以接受調(diào)度中心下達(dá)的控制、操作命令和在線修改保護(hù)定值命令。(4)模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)小的各功能模塊都由獨(dú)立的電源供電，輸入輸出回路也相互獨(dú)立，因此任何一個(gè)模塊故障，都只影響局部功能，不會(huì)影響全局。由于各功能模塊都是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的，所以軟件結(jié)構(gòu)較集中式的簡單，便于調(diào)試和擴(kuò)充。

(5)室內(nèi)工作環(huán)境好，管理維護(hù)方便。分級(jí)分布式系統(tǒng)采用集中組屏結(jié)構(gòu)，屏全部安放在控制室內(nèi)，工作環(huán)境較好，電磁干擾比放于開關(guān)柜附近弱，便于管理和維護(hù)。

分布集中式機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是安裝時(shí)需要的控制電纜相對(duì)較多，增加了電纜投資。3.分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)是將配電線路的保護(hù)和測(cè)控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，高壓線路保護(hù)和主變壓器保護(hù)裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

這是當(dāng)前綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式。分散式與集中相結(jié)合的特點(diǎn)：（1）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。（2）減少了設(shè)備安裝工程量。（3）簡化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。（4）分層分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。分層分散式結(jié)構(gòu)，由于分散安裝，減小了TA的負(fù)擔(dān)。

由于采用分散式的結(jié)構(gòu)可以降低總投資，所以全分散式結(jié)構(gòu)是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。第二節(jié)數(shù)字化變電所傳統(tǒng)變電站存在的問題：規(guī)約不統(tǒng)一模擬信號(hào)級(jí)聯(lián)信號(hào)重復(fù)引線第二節(jié)數(shù)字化變電所

數(shù)字化變電站的概念數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)之上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。

數(shù)字化變電站的四大技術(shù)特點(diǎn)：

1、新型電流、電壓互感器代替常規(guī)電流電壓互感器，將大電流、高電壓直接變成數(shù)字信號(hào)或低電平信號(hào)。 2、利用高速以太網(wǎng)構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)和信息實(shí)現(xiàn)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一建模。4、采用智能斷路器等一次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備控制和監(jiān)視的數(shù)字化。第二節(jié)數(shù)字化變電所數(shù)字式變電站與傳統(tǒng)變電站的概要比較

-常規(guī)互感器的缺陷:絕緣、飽和、爆炸、諧振、精度等.

傳統(tǒng)互感器二次輸出側(cè)以1A，5A，或100V的信號(hào)形式與電能表計(jì)、控制保護(hù)等二次設(shè)備相連接，目前絕大多數(shù)二次設(shè)備廠商提供的產(chǎn)品也是按此匹配的。而新型互感器的二次輸出參數(shù)則完全不同，繼電保護(hù)、計(jì)量儀表及測(cè)控裝置等二次裝置具適合數(shù)字化的特點(diǎn)。第二節(jié)數(shù)字化變電所一、新型電流、電壓互感器傳感準(zhǔn)確化輸出數(shù)字化傳輸光纖化電力系統(tǒng)安全可靠和優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要數(shù)字電力系統(tǒng)建設(shè)的需要互感器發(fā)展趨勢(shì)

1、研制情況（1）我國研制情況我國二十世紀(jì)九十年代初開始電子式互感器的研究。主要研制單位有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國電力科學(xué)研究院、南瑞繼保、南自新寧等。（2）國外研制情況ABB及ALSTHOM約十年前研制出無源電子式電流互感器和無源電子式電壓互感器，但目前無源電子式互感器實(shí)際運(yùn)用的還不多。NxtPhase公司前兩年研制出全光纖無源電子式電流互感器，其計(jì)量精度滿足0.2級(jí)要求，目前處于試運(yùn)行階段。

（一）電子式互感器（一）電子式互感器2、電子式互感器的類型Faraday原理電子式互感器電流互感器電壓互感器Pockels效應(yīng)電容/電感分壓原理Rogowski線圈（一）電子式互感器3、基于Rogowski線圈的電子式電流互感器（1）特點(diǎn)：沒有鐵芯，不會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。輸出的二次電壓量非常小，在毫伏級(jí)，必須就地轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，再傳輸給二次設(shè)備。必須具有電子器件實(shí)現(xiàn)積分、模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，才能得到一次電流量。所以電子線路板必須放置在線圈的二次出口。Rogowski線圈允許CT開路！有源式電子電流互感器激光器驅(qū)動(dòng)電路PIN數(shù)據(jù)處理合并單元保護(hù)測(cè)控計(jì)量LPCT空芯線圈遠(yuǎn)端模塊復(fù)合絕緣子光纖光纜

通過遠(yuǎn)端模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后經(jīng)通信光纖傳送至二次系統(tǒng)。

傳感頭部分有電源電路，所以稱為有源式電子互感器。1、光學(xué)電流互感器發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀

ABB、西門子（20世紀(jì)90年代）

研制成功開環(huán)方案的磁光玻璃式OCT.ABB、Nxtphase（2004年）研制成功新型閉環(huán)光纖電流互感器，準(zhǔn)確度達(dá)到0.2級(jí)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀高校學(xué)術(shù)探索:華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)（20世紀(jì)90年代以來）實(shí)現(xiàn)磁光玻璃式OCT實(shí)驗(yàn)室研制全光纖電子式電流互感器（二）基于法拉第磁致旋光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀企業(yè)和研究院的產(chǎn)品研制

西安同維研制成功磁光玻璃式OCT，并且有少量工程應(yīng)用。

部分企業(yè)正在跟蹤或研制全光纖電子式電流互感器。南瑞航天研制成功光纖電子式電流互感器，并且有少量工程應(yīng)用。（二）基于法拉第磁致旋光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀南瑞航天研制的全光纖電子式電流互感器現(xiàn)狀各種安裝方式的全光纖電子式電流互感器通過原武漢高壓研究院的型式試驗(yàn)，精度達(dá)到0.2s級(jí)通過的委托試驗(yàn)達(dá)到了0.1級(jí)精度掛網(wǎng)試運(yùn)行一年半多，運(yùn)行穩(wěn)定可靠已實(shí)現(xiàn)國內(nèi)應(yīng)用，有幾十套投入運(yùn)行，最高應(yīng)用的電壓等級(jí)為500kV（二）基于法拉第磁致旋光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器2、全光纖電流互感器的原理法拉第磁光效應(yīng)原理A）不通電B）通電保護(hù):5P30/1P50，測(cè)量:0.2級(jí)符合IEC60044-8和GB/T20840.8

利用磁光法拉第效應(yīng)

光波在通電導(dǎo)體的磁場(chǎng)作用下，光的傳播發(fā)生相位變化

檢測(cè)光強(qiáng)的相位變化，測(cè)出對(duì)應(yīng)電流大小2、全光纖電流互感器的原理3、全光纖電流互感器的特點(diǎn)敏感元件和傳輸元件全部采用光纖；共光路技術(shù)和差動(dòng)信號(hào)解調(diào)方式提高了抗干擾能力采用了全數(shù)字閉環(huán)控制技術(shù)；受環(huán)境影響?。桓呔_度和大測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍；精確測(cè)量直流。安裝方式靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。（靈活的安裝方式）（靈活的安裝方式）全光纖電流互感器以其先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)成為新型電流互感器發(fā)展和應(yīng)用的主流方向。FOCT的基礎(chǔ)是光纖陀螺技術(shù)，可靠性和長期工作穩(wěn)定性已經(jīng)經(jīng)過了長期考驗(yàn)。FOCT具有帶寬高、絕緣簡單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是國際上技術(shù)水平最高的產(chǎn)品之一，必將得到廣泛應(yīng)用。4、對(duì)全光纖電流互感器的展望（三）低功率電磁式電流互感器LPCT的輸出一般是直接提供給電子電路，所以二次負(fù)載比較??；其鐵心一般采用微晶合金等高導(dǎo)磁性材料，在較小的鐵心截面(鐵心尺寸)下，就能夠滿足測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。它被列為電子式電流互感器的一種實(shí)現(xiàn)形式，代表著電磁式電流互感器的一個(gè)發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。而在中低壓系統(tǒng)中，基于羅氏線圈的電子式電流互感器和光學(xué)電流互感器成本較高。其它新型電流互感器。二、智能斷路器CIGRE對(duì)SF6斷路器的可靠性調(diào)查結(jié)果表明，72%的故障是由斷路器的二次設(shè)備、機(jī)械缺陷引起的。二、智能斷路器高壓斷路器二次技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是用微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和新型傳感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)，開發(fā)具有智能化操作功能的斷路器。由電力電子技術(shù)、數(shù)字化控制裝置組成執(zhí)行單元，代替常規(guī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的輔助開關(guān)和輔助繼電器。可按電壓波形控制跳、合閘角度，精確控制跳、合閘過程的時(shí)間，減少瞬時(shí)過電壓幅值。斷路器操作所需的各種信息由裝在斷路器設(shè)備內(nèi)的數(shù)字化控制裝置直接處理，使斷路器裝置能獨(dú)立地執(zhí)行其當(dāng)?shù)毓δ?，而不依賴于變電站?jí)的控制系統(tǒng)。新型傳感器與數(shù)字化控制裝置相配合，獨(dú)立采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，可檢測(cè)設(shè)備缺陷和故障，在缺陷變?yōu)楣收现鞍l(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便采取措施避免事故發(fā)生。斷路器具有數(shù)字化接口，可收發(fā)GOOSE消息以實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。二、智能斷路器智能操作斷路器是在現(xiàn)有斷路器的基礎(chǔ)上引入智能控制單元，它由數(shù)據(jù)采集、智能識(shí)別和調(diào)節(jié)裝置3個(gè)基本模塊構(gòu)成。智能斷路器的技術(shù)基礎(chǔ)基于微機(jī)、電力電子技術(shù)和新型傳感器（電子互感器、光學(xué)互感器）建立新的斷路器二次系統(tǒng)；基于IEC

61850，保護(hù)和控制命令可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與斷路器操作機(jī)構(gòu)的數(shù)字化接口。這些技術(shù)使得變電站的過程層也得以數(shù)字化，以太網(wǎng)構(gòu)成全變電站的神經(jīng)中樞。二、智能斷路器應(yīng)用示例光纖電流傳感器安裝在電壓為145KV的斷路器上二、智能斷路器智能操作的優(yōu)越性使斷路器實(shí)際操作大多是在較低速度下開斷，從而減小斷路器開斷時(shí)的沖擊力和機(jī)械磨損，不僅可減少機(jī)械故障和提高可靠性，還能提高斷路器的操作使用壽命，在工程上有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；有可能改變目前的試探性自動(dòng)重合閘的工作方式，而成為自適應(yīng)自動(dòng)重合閘，即做到在短路故障開斷后，如故障仍存在，則會(huì)拒絕重合，只有當(dāng)故障消除后才能重合；實(shí)現(xiàn)定相合閘，降低合閘操作過電壓，取消合閘電阻，進(jìn)一步提高可靠性；實(shí)現(xiàn)選相分閘，控制實(shí)際燃弧時(shí)間，使斷路器起弧時(shí)間控制在最有利于燃弧的相位角，不受系統(tǒng)燃弧時(shí)差要求的限制，從而提高斷路器實(shí)際開斷能力；實(shí)現(xiàn)集成開關(guān)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)緊湊型變電站。二、智能斷路器集成開關(guān)設(shè)備（系統(tǒng)）智能斷路器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展就是將非常規(guī)互感器、間隔內(nèi)的隔離開關(guān)、接地開關(guān)等一次設(shè)備及其相應(yīng)控制裝置有機(jī)地組合和集成到智能斷路器內(nèi)，這種集成裝置可稱為智能開關(guān)系統(tǒng)。二、智能斷路器智能斷路器舉例：

智能斷路器：PASSABB：插接式開關(guān)系統(tǒng)PASS(Plug&SwitchSystem)。

PASS采用了智能化傳感器技術(shù)和微處理技術(shù)，通過數(shù)字通信實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)、診斷、過程監(jiān)視和站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控。通過智能軟件分析可確定出設(shè)備的運(yùn)行狀況。PASS中安裝了電子式互感器。通過高速現(xiàn)場(chǎng)總線傳送數(shù)字化的電流電壓信號(hào)。全部采用智能化PASS開關(guān)的澳大利亞的275kVBlackwall變電站和Braemar變電站已分別于1999年和2000年投入了運(yùn)行。二、智能斷路器智能斷路器：MITS三菱：MITS智能化開關(guān)產(chǎn)品（MitsubishiInformationTechnologySwitchgear）

MITS以無鐵芯電流互感器和分壓式電壓互感器取代了常規(guī)電流互感器和電壓互感器，配合使用同步相位控制器和復(fù)合傳感器，可以實(shí)現(xiàn)智能化變電站的全數(shù)字化要求。三菱公司在廣東500kV西江變電站部分間隔安裝了MITS系統(tǒng)，由南瑞繼保、北京四方提供配套的二次保護(hù)控制設(shè)備，進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)。二、智能斷路器智能斷路器：HISSIEMENS：HIS(HighlyIntegratedSwitchgear)

類似于ABB的PASS，但未采用電子式互感器。在斷路器智能化方面，采用了智能模塊對(duì)斷路器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，并通過高速現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)阶冸娬緦幼鬟M(jìn)一步的分析。二、智能斷路器智能斷路器：國內(nèi)情況國內(nèi)制造商也開始了智能斷路器技術(shù)的研究。

平頂山天鷹集團(tuán)的ZF11-252KVGIS，狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)集成了傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通訊技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS產(chǎn)品內(nèi)部電器元件、特別是對(duì)其中斷路器及其操作機(jī)構(gòu)部分的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，通過對(duì)其內(nèi)部多種狀態(tài)參數(shù)的采集和結(jié)果的分析處理，完成狀態(tài)信息和分析結(jié)果的顯示以及相應(yīng)的控制操作，已在云南大關(guān)變應(yīng)用。

南瑞PCS-9820A智能控制裝置和CZX-12R1型操作繼電器可組成智能斷路器操作系統(tǒng)。智能斷路器數(shù)字接口四、國際電工委員會(huì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

產(chǎn)生背景：

目前變電站內(nèi)通信規(guī)約雜亂，既有各個(gè)廠商私有的規(guī)約，又有不同版本的國家或國際規(guī)約，設(shè)備之間的通信要經(jīng)過規(guī)約轉(zhuǎn)換才能互連，因此有必要建立統(tǒng)一的規(guī)約，形成電力系統(tǒng)無縫通信體系，IEC61850孕育而生。

2001年6月11日在挪威奧斯陸召開會(huì)議，會(huì)議正式提出了電力系統(tǒng)無縫通信體系結(jié)構(gòu)方案，如下圖：a)調(diào)度中心之間通信采用IEC60870－6TASE.2（已頒布）。b)變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)采用IEC61850（第1版已頒布）。c）變電站之間網(wǎng)絡(luò)采用IEC61850＋（正在制定中）。d）調(diào)度中心和變電站之間網(wǎng)絡(luò)采用IEC61850＋（正在制定中）。IEC61850體系結(jié)構(gòu)IEC61850把變電站分成三層，即變電站層、間隔層和過程層，其中變電站層包括監(jiān)控設(shè)備、事件日志，告警設(shè)備等；間隔層包括繼電保護(hù)設(shè)備、測(cè)控設(shè)備、向量測(cè)量設(shè)備等；過程層包括智能開關(guān)和數(shù)字互感器。各層之間通過網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系。IEC61850體系結(jié)構(gòu)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)如下圖，總共由10個(gè)文件組成，這個(gè)10個(gè)文件分別論述了5個(gè)方面的內(nèi)容，即系統(tǒng)概貌、配置語言、數(shù)據(jù)模塊、通訊服務(wù)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議映射和一致性測(cè)試。就標(biāo)準(zhǔn)的概念而言，IEC61850主要圍繞以下四個(gè)方面展開：1、功能建模，從變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)的通信性能出發(fā)，定義了變電站系統(tǒng)的功能模型（Part5）。2、數(shù)據(jù)建模，采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎㄓ诨诳蛻魴C(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型（Part7-3/4）。3、通信協(xié)議，定義了數(shù)據(jù)訪問機(jī)制和向通信協(xié)議棧的映射，如在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)映射到制造報(bào)文協(xié)議MMS；間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)映射成串行單向多點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)或映射成基于IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的過程層總線（Part7-2,Part8/9)。4、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程和一致性測(cè)試，定義了基于XML的結(jié)構(gòu)化語言（Part6），描述變電站和自動(dòng)化系統(tǒng)的拓?fù)湟约癐ED結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了驗(yàn)證互操作性，Part10描述了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的一致性測(cè)試。IEC61850模型海寧變方案五、數(shù)字化變電站案例1、間隔層和站層之間的通信采用基于IEC61850的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)與監(jiān)控后臺(tái)、繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)子站的信息交換，測(cè)控裝置之間的聯(lián)閉鎖等；保護(hù)與保護(hù)之間，保護(hù)、測(cè)控裝置與互感器之間，保護(hù)、測(cè)控裝置與開關(guān)之間仍然采用傳統(tǒng)的硬接線方式，南網(wǎng)的數(shù)字化變電站500kV桂林變、湖北500kV武東變、陜西330kV聶劉變等采用此方案。2、海寧變間隔層和站層之間的IEC61850網(wǎng)絡(luò)采用雙星型網(wǎng)絡(luò)。3、海寧變工程進(jìn)度：在2009年6月投入運(yùn)行。

海寧變方案五、數(shù)字化變電站案例蘭溪變方案五、數(shù)字化變電站案例1、全站采用數(shù)字化（除互感器仍采用硬接線，開關(guān)采用就地布置智能操作箱，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的智能化），保護(hù)之間的聯(lián)系，保護(hù)與開關(guān)之間的聯(lián)系，保護(hù)與站級(jí)監(jiān)控的聯(lián)系，測(cè)控裝置之間的聯(lián)閉鎖都采用基于IEC61850的網(wǎng)絡(luò)2、蘭溪變站層和間隔層網(wǎng)絡(luò)采用單環(huán)網(wǎng)，間隔曾和過程層采用單星型網(wǎng)絡(luò)，但按線路間隔配置交換機(jī)。3、蘭溪變工程進(jìn)度：在2009年7月投產(chǎn)。徐行變方案GOOSE、SAV、PTP世界最先進(jìn)的數(shù)字化變電站技術(shù)在徐行改造中的應(yīng)用1、全國第一個(gè)在500kV采用基于法拉第磁光效應(yīng)的光電流互感器2、全國第一個(gè)在過程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)IEC61850-9-23、全世界第一個(gè)在過程網(wǎng)絡(luò)采用精確網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步IEC1588五、數(shù)字化變電站案例1、站內(nèi)主變間隔增加一套全數(shù)字化的差動(dòng)保護(hù)，500kV側(cè)CT采用光CT，光CT通過合并單元向保護(hù)傳送采樣值，220kV側(cè)和35kV側(cè)仍為傳統(tǒng)CT，但傳統(tǒng)CT也是經(jīng)過合并單元向保護(hù)傳送采樣值，開關(guān)就地布置智能操作箱實(shí)現(xiàn)開關(guān)的智能化，差動(dòng)保護(hù)和操作箱之間過程GOOSE信號(hào)實(shí)現(xiàn)保護(hù)跳閘。2、過程網(wǎng)絡(luò)采用IEC1588進(jìn)行時(shí)間同步3、全新的測(cè)試試驗(yàn)手段：過程層測(cè)試儀：輸出基于IEC61850-9-2的采樣值、發(fā)送接收GOOSE信號(hào)基于IEC1588的交換機(jī)：構(gòu)建過程層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)精確網(wǎng)絡(luò)同步PTP報(bào)文分析儀：監(jiān)視分析二次回路時(shí)間測(cè)試儀：測(cè)試時(shí)間同步的精度基于IEC1588的主時(shí)鐘：時(shí)鐘源基于SCL的集成軟件：系統(tǒng)集成徐行變方案五、數(shù)字化變電站案例六、數(shù)字化變電站與智能電網(wǎng)高級(jí)計(jì)量體系A(chǔ)MI用戶戶內(nèi)網(wǎng)HAN計(jì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)MDMS需求響應(yīng)負(fù)荷控制遠(yuǎn)程開合分時(shí)電價(jià)（送到用戶）自動(dòng)讀表AMR（按小時(shí)讀表，遠(yuǎn)方編程，電能計(jì)量，電能質(zhì)量監(jiān)視，負(fù)荷調(diào)查，停運(yùn)撿出）配電SCADA配電快速仿真與模擬DFSM高級(jí)配電運(yùn)行ADODER運(yùn)行高級(jí)配電自動(dòng)化ADA高級(jí)保護(hù)與控制（帶有高級(jí)傳感器的）運(yùn)行管理系統(tǒng)停運(yùn)管理系統(tǒng)配電GISAC/DC微網(wǎng)運(yùn)行新型電力電子裝置變電站自動(dòng)化高級(jí)保護(hù)高級(jí)輸電網(wǎng)元件阻塞管理輸電系統(tǒng)仿真與模擬高級(jí)的輸電運(yùn)行ATOISOEMS可視化輸電SCADA，

WAMS輸電GIS配電AAM基于條件（如可靠性水平）維護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)/建設(shè)資產(chǎn)利用輸電AAM記錄

AMI

ADO

AAM

ATO智能電網(wǎng)的技術(shù)組成數(shù)字化變電站給智能電網(wǎng)暨高級(jí)調(diào)度中心的支撐1、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)后，解決了信息上送的的通道瓶頸，特別是保護(hù)信息，這對(duì)于在調(diào)度中心側(cè)建立基于全信息的故障分析系統(tǒng)，提升調(diào)度處理事故的能力，具有重要意義。2、保護(hù)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，解決了直接從保護(hù)裝置上送定值到調(diào)度中心的通道瓶頸，這為在調(diào)度側(cè)建立實(shí)時(shí)的定值在線校核奠定了基礎(chǔ)。3、數(shù)字化變電站過程層網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施使得二次接線網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)GOOSE技術(shù)的采用，讓網(wǎng)絡(luò)化的二次接線具備了在調(diào)度側(cè)可監(jiān)視性，這為二次設(shè)備的狀態(tài)檢修奠定了基礎(chǔ)。

4、二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，為在調(diào)度側(cè)建立基于電氣量的雙端測(cè)距奠定了基礎(chǔ)，為調(diào)度在故障處理時(shí)的故障定位提高支撐，同時(shí)可利用上送的保護(hù)裝置上送的故障電流，校核電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型。5、IEC1588的應(yīng)用解決了電流電壓的同步問題，特別是提高了差動(dòng)保護(hù)的可靠性。數(shù)字化變電站給智能電網(wǎng)暨高級(jí)調(diào)度中心的支撐數(shù)字化變電站給調(diào)度運(yùn)行帶來的影響1、繼電保護(hù)專業(yè)：1）、保護(hù)裝置之間的聯(lián)系，保護(hù)的跳閘回路、電流電壓量輸入回路由傳統(tǒng)的硬接線模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)模式；2）、交換機(jī)成為保證保護(hù)系統(tǒng)正確動(dòng)作的重要設(shè)備，其重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過保護(hù)裝置和測(cè)控裝置，是數(shù)字化變電站建設(shè)的關(guān)鍵；3）、保護(hù)測(cè)控一體化由低電壓等級(jí)向高電壓等級(jí)發(fā)展的趨勢(shì)，同時(shí)集中式的保護(hù)也成為可能；4）、保護(hù)專業(yè)向自動(dòng)化、通信專業(yè)滲透；2、調(diào)度專業(yè)：1）、對(duì)變電站二次接線的熟悉，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)變電站二次網(wǎng)絡(luò)接線的熟悉；2）、保護(hù)的運(yùn)行模式要考慮網(wǎng)絡(luò)的接線方式，交換機(jī)故障或者合并單元故障可能導(dǎo)致多套保護(hù)失去；3）、二次系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)事故事故處理成為調(diào)度員要面對(duì)的課題；3、方式專業(yè)二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化后，二次系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式可能要影響一次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式；數(shù)字化變電站給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢修帶來的影響1、保護(hù)屏柜的壓板基本取消，對(duì)保護(hù)的操作都經(jīng)過后臺(tái)或者保護(hù)面板，二次網(wǎng)絡(luò)的接線方式影響到保護(hù)的運(yùn)行方式，這對(duì)變電站人員提出了很高的要求；2、現(xiàn)場(chǎng)檢修情況下，保護(hù)的安全措施、聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)是一個(gè)新的課題；3、新設(shè)備的接入，如何優(yōu)化二次網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式，以達(dá)到減少停電設(shè)備；本章作業(yè)1、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能有哪些?2、變電所綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)形式?3、數(shù)字化變電所的主要技術(shù)特點(diǎn)？4、新型電流互感器的優(yōu)勢(shì)？5、智能斷路器的含義？6、IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定的作用？第七章變電所綜合自動(dòng)化

和數(shù)字化變電所回顧：電力系統(tǒng)自動(dòng)化的分類（按運(yùn)行管理區(qū)域分類）

調(diào)度自動(dòng)化發(fā)電廠自動(dòng)化火電廠自動(dòng)化水電廠自動(dòng)化配電網(wǎng)自動(dòng)化變電站自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化第7章變電所綜合自動(dòng)化和數(shù)字化變電所常規(guī)的變電站存在的問題： ★安全性、可靠性不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求。 ★不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計(jì)算和實(shí)時(shí)性要求。 ★供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證。 ★不利于提高運(yùn)行管理水平?！锞S護(hù)工作量大，設(shè)備可靠性差。 ★占地面積大，增加征地投資。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動(dòng)化提供了有利的條件。一、變電站自動(dòng)化的發(fā)展過程1、變電站分立元件的自動(dòng)裝置階段

20世紀(jì)70年代以前，這些自動(dòng)裝置主要采用模擬電路、晶體管等分立元件組成，對(duì)提高變電站的自動(dòng)化水平，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，發(fā)揮了一定的作用。缺點(diǎn)：這些自動(dòng)裝置，相互之間獨(dú)立運(yùn)行，互不相干，而且缺乏智能，沒有故障自診斷能力，在運(yùn)行中若自身出現(xiàn)故障，不能提供報(bào)警信息，有的甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)運(yùn)行的安全。分立元件的裝置可靠性不高，經(jīng)常需要維修，且體積大。第7章變電所綜合自動(dòng)化和數(shù)字化變電所2、微處理器為核心的智能自動(dòng)裝置階段20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的應(yīng)用，在變電站自動(dòng)化階段，將原來由晶體管等分立元件組成的自動(dòng)裝置逐步由大規(guī)模集成電路或微處理器替代。微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置分別設(shè)置，分別完成各自的功能。優(yōu)點(diǎn):①由于采用了數(shù)字電路，縮小了體積，明顯的顯示出優(yōu)越性。②利用微處理器的智能和計(jì)算能力，可以應(yīng)用和發(fā)展新的算法，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度和控制的可靠性，還擴(kuò)充了新的功能。③裝置本身的故障自診斷能力，對(duì)提高裝置自身的可靠性是很有意義的。缺點(diǎn)：

各自動(dòng)化裝置仍是獨(dú)立運(yùn)行，不能互相通信，不能共享資源。

國際上，20世紀(jì)70年代末開始變電站綜合自動(dòng)化的研究工作，于80年代開始進(jìn)入實(shí)用應(yīng)用。

例：西門子公司于1985年在德國投入其第一套變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。我國從20世紀(jì)80年代末開始研制和開發(fā)，20世紀(jì)90年代進(jìn)入應(yīng)用階段。

例：清華大學(xué)電機(jī)系研制成功的變電站微機(jī)監(jiān)測(cè)、保護(hù)綜合控制系統(tǒng)。變電站綜合自動(dòng)化階段的特征：

將微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)等功能進(jìn)行統(tǒng)一考慮，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成以上所有的功能。3、變電站綜合自動(dòng)化階段二、變電站綜合自動(dòng)化的概念變電站綜合自動(dòng)化（IntegratedSubstationControlSystem，ISCS）是在變電站應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)和信息處理與傳輸技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)或自動(dòng)化裝置代替人工進(jìn)行各種運(yùn)行作業(yè)，提高變電站運(yùn)行、管理水平的一種自動(dòng)化系統(tǒng)。三、變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展概況1、國外變電站綜合自動(dòng)化的早期發(fā)展概況

國外變電站自動(dòng)化的研究工作始于20世紀(jì)70年代。70年代末，英、西德、意大利、澳大利亞等國新裝的遠(yuǎn)動(dòng)裝置都是微機(jī)型的。

變電站綜合自動(dòng)化的研究工作，于70年代中、后期開始。1975年由關(guān)西電子公司和三菱電氣有限公司合作，研究配電變電站數(shù)字控制系統(tǒng)。1979年9月完成樣機(jī)，稱為SDCS-1型，12月在變電站安裝運(yùn)行，1980年開始商品化生產(chǎn)。SDCS-1型由13臺(tái)微機(jī)組成。如下圖，它具有對(duì)一個(gè)77kV/6.6kV的配電變電站的全部保護(hù)和控制功能。該變電站具有3臺(tái)變壓器，4回77kV進(jìn)線，36回6.6kV饋電線路。三、變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展概況

SDCS－1結(jié)構(gòu)方框圖1、國外變電站綜合自動(dòng)化的早期發(fā)展概況2、我國變電站自動(dòng)化的發(fā)展過程

我國變電站綜合自動(dòng)化的研究工作始于80年代中期。1987年清華大學(xué)電機(jī)工程系研究成功國內(nèi)第一個(gè)符合國情的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)由3臺(tái)微機(jī)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖。1987年在山東威海望島變電站成功地投入運(yùn)行。望島變電站是一個(gè)35kV/10kV城市變電站，有2回35kV進(jìn)線，2臺(tái)主變，8回10kV出線，2組電容器。該系統(tǒng)擔(dān)負(fù)全變電站安全監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、電壓無功控制、中央信號(hào)等任務(wù)。按功能分為3個(gè)子系統(tǒng)：（1）安全監(jiān)控子系統(tǒng)；（2）微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)；（3）電壓、無功控制子系統(tǒng)。這是我國第一個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其成功的投入運(yùn)行，證明了我國完全可以自行研究，制造出具有國際先進(jìn)水平，符合國情的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

90年代中期后，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)迅速發(fā)展。隨著微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和已投入運(yùn)行的變電站綜合系統(tǒng)取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，吸引全國許多用戶和科研單位和高等院校，因此變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)到90年代，成為熱門話題。三、變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展概況三、變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展概況2、我國變電站自動(dòng)化的發(fā)展過程變電站微機(jī)監(jiān)測(cè)、保護(hù)綜合控制系統(tǒng)框圖3、國外無人值班的發(fā)展簡況西歐、北美、日本等發(fā)達(dá)國家的絕大多數(shù)變電站，包括許多500kV、380kV的變電站也都實(shí)行無人值班。

例如：巴黎，1985年建立新一代的計(jì)算機(jī)自動(dòng)管理系統(tǒng)，所有225/20kV變電站都由調(diào)度中心集中控制。調(diào)度室可掌握所有225/20kV變電站及20kV主網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，調(diào)度中心可以直接進(jìn)行必要的處理，使受停電影響的用戶迅速恢復(fù)供電。與此同時(shí)也出現(xiàn)一批無人值班或少人值班的大、中小型水電站。

例如，到1980年止，意大利ENEL公司的474個(gè)水電站中，無人值班達(dá)408個(gè)，法國EDF公司450個(gè)水電站中，有403個(gè)無人值班占90%。4、國內(nèi)無人值班的發(fā)展簡況?早期的無人值班變電站沒有自動(dòng)化功能。只適合不重要的35KV變電站。?20世紀(jì)60年代，進(jìn)入了遠(yuǎn)方監(jiān)視的無人值班階段。?20世紀(jì)80年代后期，無人值班技術(shù)又上了一個(gè)臺(tái)階。促進(jìn)了調(diào)度自動(dòng)化實(shí)用化的深入開展和電網(wǎng)調(diào)度管理水平的提高。

?國家電力調(diào)度通信中心于1993年12月28日發(fā)布了調(diào)自[1994]2號(hào)文件《關(guān)于在地區(qū)電網(wǎng)中實(shí)施變電站遙控和無人值班的意見》。

該文件明確指出實(shí)行變電站遙控和無人值班是可行的，是電網(wǎng)調(diào)度管理的發(fā)展方向，并明確指出各單位要積極穩(wěn)妥地開展此項(xiàng)工作，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，因地制宜，統(tǒng)籌安排，綜合考慮，做好規(guī)劃，逐步實(shí)施。根據(jù)需要有些地區(qū)可考慮新建變電站一步到位，即按無人站設(shè)計(jì)建設(shè)，尤其是地區(qū)變電站。該文件對(duì)全國無人值班變電站的建設(shè)起了很大的推動(dòng)作用。變電站實(shí)現(xiàn)無人值班的目的和意義(1)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)的需要

不僅發(fā)達(dá)地區(qū)、人口密集經(jīng)濟(jì)發(fā)展的地區(qū)需要發(fā)展無人值班變電站；人口密度少、經(jīng)濟(jì)不甚發(fā)達(dá)的邊遠(yuǎn)地區(qū)，發(fā)展無人值班也很重要。(2)

提高運(yùn)行的可靠性，減少誤操作率。(3)提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率(4)降低變電站建設(shè)成本。變電站綜合自動(dòng)化全面提高無人值班變電站的技術(shù)水平（1）提高了變電站的安全、可靠運(yùn)行水平。（2）提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行、管理水平和技術(shù)水平（3）縮小變電站占地面積，降低造價(jià)，減少總投資。（4）提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率，降低電能損耗。（5）減少維護(hù)工作量。由于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的微機(jī)保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置，都具有故障自診斷功能，裝置內(nèi)部有故障，能自動(dòng)顯示故障部位，縮短了維修時(shí)間。三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能體現(xiàn)在下述5個(gè)子系統(tǒng)的功能中：1.監(jiān)控子系統(tǒng)

(1)數(shù)據(jù)采集

對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的在線實(shí)時(shí)采集是變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能之一，變電站的數(shù)據(jù)包括模擬量、開關(guān)量和電能量。（2）數(shù)據(jù)處理與記錄

數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容為電力部門和用戶內(nèi)部生產(chǎn)調(diào)度所要求的數(shù)據(jù)。1)變電所運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)、分析與計(jì)算2)變電所內(nèi)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備的越限報(bào)警及記錄3)變電所內(nèi)的事件記錄（3）運(yùn)行監(jiān)視運(yùn)行監(jiān)視即對(duì)采集到的反映變電所運(yùn)行狀況和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視。（4）故障錄波和測(cè)距、故障記錄①故障錄波與測(cè)距

110kV及以上的重要輸電線路距離長、發(fā)生故障影響大，必須盡快查找出故障點(diǎn)，以便縮短修復(fù)時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，減少損失。

②故障記錄

35kV和10kV的配電線路很少專門設(shè)置故障錄波器，為了分析故障方便，可設(shè)置簡單故障記錄功能。故障記錄是記錄繼電保護(hù)動(dòng)作前后與故障有關(guān)的電流量和母線電壓。

三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能（5）事故順序記錄與事故追憶

事故順序記錄就是對(duì)變電所內(nèi)的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、斷路器等在事故時(shí)動(dòng)作的先后順序自動(dòng)記錄。

事故追憶是指對(duì)變電所內(nèi)的一些主要模擬量，如線路、主變壓器的電流、有功功率、母線電壓等，在事故前后一段時(shí)間內(nèi)作連續(xù)測(cè)量記錄。

（6）控制及安全操作閉鎖

操作人員可通過顯示器屏幕對(duì)斷路器、隔離開關(guān)進(jìn)行分、合閘操作；對(duì)變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；對(duì)電容器組進(jìn)行投、切控制。并且所有的操作控制均能就地和遠(yuǎn)方控制、就地和遠(yuǎn)方切換相互閉鎖，自動(dòng)和手動(dòng)相互閉鎖。

操作閉鎖包括以下內(nèi)容：操作系統(tǒng)出口具有斷路器分、合閘閉鎖功能。三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能(7)人機(jī)聯(lián)系功能(8)諧波分析與監(jiān)視三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能2.微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的微機(jī)繼電保護(hù)主要包括：

輸電線路保護(hù)；電力變壓器保護(hù)；母線保護(hù)；電容器保護(hù)；小電流接地系統(tǒng)自動(dòng)選線；自動(dòng)重合閘等。

對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求：

(1)系統(tǒng)的繼電保護(hù)按被保護(hù)的電力設(shè)備單元(間隔)分別獨(dú)立設(shè)置，直接由相關(guān)的電流互感器和電壓互感器輸入電氣量，然后由觸點(diǎn)輸出，直接操作相應(yīng)斷路器的跳閘線圈。(2)保護(hù)裝置設(shè)有通信接口，供接入站內(nèi)通信網(wǎng)，在保護(hù)動(dòng)作后向變電站層的微機(jī)設(shè)備提供報(bào)告等，但繼電保護(hù)功能完全不依賴通信網(wǎng)。(3)為避免不必要的硬件重復(fù)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和降低造價(jià)，可以配給保護(hù)裝置其他一些功能，但不應(yīng)降低保護(hù)裝置的可靠性。3.電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)在運(yùn)行中，能實(shí)時(shí)控制電壓/無功的基本手段是有載調(diào)壓變壓器的分接頭調(diào)檔和無功補(bǔ)償電容器組的投切。

?多采用一種九區(qū)域控制策略進(jìn)行電壓/無功自動(dòng)控制。電壓無功控制裝置(VQC)：

適用于一些地區(qū)電網(wǎng)、變電所。自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)(AutomaticVoltageControl，AVC)：

適用于一些省級(jí)電網(wǎng)。自動(dòng)電壓控制裝置的類型：變電站10kV系統(tǒng)電壓無功綜合控制裝置簡介

4.低頻減負(fù)荷控制自動(dòng)低頻減載裝置：當(dāng)電力系統(tǒng)頻率降低時(shí)，能根據(jù)系統(tǒng)頻率下降的不同程度自動(dòng)有次序、有計(jì)劃地切除相應(yīng)的負(fù)荷，以阻止系統(tǒng)頻率降低，并使系統(tǒng)頻率迅速恢復(fù)到給定值。5、備用電源自動(dòng)投入子系統(tǒng)備用電源自動(dòng)投入：

當(dāng)工作電源因故障被斷開后，能自動(dòng)而迅速的將備用電源投入，保證用戶連續(xù)供電的一種裝置，稱備用電源自動(dòng)投入裝置。發(fā)電廠、變電所中都設(shè)有備用電源，此外一些重要的工礦企業(yè)用戶為保證供電的可靠性也設(shè)置了備用電源。備用電源自動(dòng)投入已成為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能之一。

備用電源自動(dòng)投入裝置的作用與類型

作用：用于兩路及以上電源進(jìn)線的變配電所中，提高供電可靠性。

工作電源與備用電源的接線方式可分為兩大類：明備用:在正常時(shí)，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障時(shí)才投入工作。暗備用:在正常時(shí)，兩電源都投入，互為備用。

2/6/2023在正常情況下，QF1閉合，QF2斷開，負(fù)荷由工作電源供電。

當(dāng)工作電源故障時(shí)，APD動(dòng)作，將QF1斷開，切除故障電源，然后將QF2閉合，使備用電源投入工作，恢復(fù)供電。a)明備用正常情況下，QF1,QF2閉合，QF3斷開，兩個(gè)電源分別向兩段母線供電。

若電源A(B)發(fā)生故障，APD動(dòng)作，將QF1(QF2)斷開，隨即將QF3閉合，此時(shí)全部負(fù)荷均由B(A)電源供電。b)暗備用1）不論什么原因失去工作電源，APD都能迅速起動(dòng)并投入備用電源；2）必須在工作電源確已斷開、而備用電源電壓也正常時(shí)，才允許投入備用電源；3）APD應(yīng)只動(dòng)作一次，以免將備用電源重復(fù)投入永久性故障回路中；4）當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時(shí)，APD不應(yīng)誤動(dòng)作。對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置的基本要求第7章變電所綜合自動(dòng)化

5．通信子系統(tǒng)?通信功能包括站內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)間的通信和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度的通信兩部分。四、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集中式分層分布式分布集中組屏分布分散與集中相結(jié)合結(jié)構(gòu)四、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式集中式分布分散式與集中相結(jié)合分層分布式集中組屏采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能。

把變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集單元、控制單元和保護(hù)單元分別集中安裝在變電所控制室內(nèi)的相應(yīng)屏（柜）中。

將變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集，微機(jī)保護(hù)及監(jiān)控單元綜合為一個(gè)裝置，就地安裝在數(shù)據(jù)源現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)柜上。

1.集中式的結(jié)構(gòu)（1）定義：

集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)指采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能。

集中式結(jié)構(gòu)不是指由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控、與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計(jì)算機(jī)完成的。圖7-2集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖（2）舉例：安裝在變電站中央控制室內(nèi)。（3）集中式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可大大減少占地面積，而且造價(jià)低。缺點(diǎn)：

A、可靠性低：B、集中式結(jié)構(gòu)的軟件復(fù)雜，修改工作量大，調(diào)試麻煩；C、組態(tài)不靈活,對(duì)不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大，影響了批量生產(chǎn)，不利于推廣。D、集中式保護(hù)與長期以來采用一對(duì)一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀，不符號(hào)運(yùn)行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩，只適合保護(hù)算法比較簡單的情況。一般適合于小型變電所的新建或改造。

2.分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)（1）定義：

所謂分布式結(jié)構(gòu)，是在結(jié)構(gòu)上采用主從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊（通常是各個(gè)從CPU）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了集中式結(jié)構(gòu)中獨(dú)立CPU計(jì)算處理的瓶頸問題，方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊（部件）正常運(yùn)行。?所謂分層式結(jié)構(gòu)，是將變電站信息的采集和控制分為管理層、站控層和間隔層三個(gè)級(jí)分層布置。如圖7-3所示。（2）舉例：

分層分布式系統(tǒng)集中織屏結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下：

(1)由于分層分布式結(jié)構(gòu)配置，在功能上采用可以下放的盡量下放原則，凡事可以在本間隔層就地完成的功能，絕不依賴通信網(wǎng)。

這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與集中式系統(tǒng)比較，明顯優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，任一部分設(shè)備有故障時(shí)，只影響局部；可擴(kuò)展性和靈活性高；所內(nèi)二次電纜大大簡化，節(jié)約投資也簡化維護(hù)。分布式系統(tǒng)為多CPU工作方式，各裝置都有一定數(shù)據(jù)處理能力，從而大大減輕了主控制機(jī)的負(fù)擔(dān)。

(2)繼電保護(hù)相對(duì)獨(dú)立。繼電保護(hù)裝置的可靠性要求非常嚴(yán)格，因此，在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)小，繼電保護(hù)單元宜相對(duì)獨(dú)立，其功能不依賴于通信網(wǎng)絡(luò)或其它設(shè)備。通過通信網(wǎng)絡(luò)和保護(hù)管理機(jī)傳輸?shù)闹皇潜Ｗo(hù)動(dòng)作的信息或記錄數(shù)據(jù)。

(3)具有和系統(tǒng)控制中心通信的能力。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)本身已具有對(duì)模擬量、開關(guān)量、電能脈沖量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的功能，還收集繼電保護(hù)動(dòng)作信息、事件順序記錄等，因此不必另設(shè)獨(dú)立的RTU的裝置，不必為調(diào)度中心單獨(dú)采集信息。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采集的信息可以直接傳送給調(diào)度中心，同時(shí)也可以接受調(diào)度中心下達(dá)的控制、操作命令和在線修改保護(hù)定值命令。(4)模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)小的各功能模塊都由獨(dú)立的電源供電，輸入輸出回路也相互獨(dú)立，因此任何一個(gè)模塊故障，都只影響局部功能，不會(huì)影響全局。由于各功能模塊都是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的，所以軟件結(jié)構(gòu)較集中式的簡單，便于調(diào)試和擴(kuò)充。

(5)室內(nèi)工作環(huán)境好，管理維護(hù)方便。分級(jí)分布式系統(tǒng)采用集中組屏結(jié)構(gòu)，屏全部安放在控制室內(nèi)，工作環(huán)境較好，電磁干擾比放于開關(guān)柜附近弱，便于管理和維護(hù)。

分布集中式機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是安裝時(shí)需要的控制電纜相對(duì)較多，增加了電纜投資。3.分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)是將配電線路的保護(hù)和測(cè)控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，高壓線路保護(hù)和主變壓器保護(hù)裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

這是當(dāng)前綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式。分散式與集中相結(jié)合的特點(diǎn)：（1）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。（2）減少了設(shè)備安裝工程量。（3）簡化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。（4）分層分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。分層分散式結(jié)構(gòu)，由于分散安裝，減小了TA的負(fù)擔(dān)。

由于采用分散式的結(jié)構(gòu)可以降低總投資，所以全分散式結(jié)構(gòu)是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。第二節(jié)數(shù)字化變電所傳統(tǒng)變電站存在的問題：規(guī)約不統(tǒng)一模擬信號(hào)級(jí)聯(lián)信號(hào)重復(fù)引線第二節(jié)數(shù)字化變電所

數(shù)字化變電站的概念數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)之上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。

數(shù)字化變電站的四大技術(shù)特點(diǎn)：

1、新型電流、電壓互感器代替常規(guī)電流電壓互感器，將大電流、高電壓直接變成數(shù)字信號(hào)或低電平信號(hào)。 2、利用高速以太網(wǎng)構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)和信息實(shí)現(xiàn)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一建模。4、采用智能斷路器等一次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備控制和監(jiān)視的數(shù)字化。第二節(jié)數(shù)字化變電所數(shù)字式變電站與傳統(tǒng)變電站的概要比較

-常規(guī)互感器的缺陷:絕緣、飽和、爆炸、諧振、精度等.

傳統(tǒng)互感器二次輸出側(cè)以1A，5A，或100V的信號(hào)形式與電能表計(jì)、控制保護(hù)等二次設(shè)備相連接，目前絕大多數(shù)二次設(shè)備廠商提供的產(chǎn)品也是按此匹配的。而新型互感器的二次輸出參數(shù)則完全不同，繼電保護(hù)、計(jì)量儀表及測(cè)控裝置等二次裝置具適合數(shù)字化的特點(diǎn)。第二節(jié)數(shù)字化變電所一、新型電流、電壓互感器傳感準(zhǔn)確化輸出數(shù)字化傳輸光纖化電力系統(tǒng)安全可靠和優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要數(shù)字電力系統(tǒng)建設(shè)的需要互感器發(fā)展趨勢(shì)

1、研制情況（1）我國研制情況我國二十世紀(jì)九十年代初開始電子式互感器的研究。主要研制單位有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國電力科學(xué)研究院、南瑞繼保、南自新寧等。（2）國外研制情況ABB及ALSTHOM約十年前研制出無源電子式電流互感器和無源電子式電壓互感器，但目前無源電子式互感器實(shí)際運(yùn)用的還不多。NxtPhase公司前兩年研制出全光纖無源電子式電流互感器，其計(jì)量精度滿足0.2級(jí)要求，目前處于試運(yùn)行階段。

（一）電子式互感器（一）電子式互感器2、電子式互感器的類型Faraday原理電子式互感器電流互感器電壓互感器Pockels效應(yīng)電容/電感分壓原理Rogowski線圈（一）電子式互感器3、基于Rogowski線圈的電子式電流互感器（1）特點(diǎn)：沒有鐵芯，不會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。輸出的二次電壓量非常小，在毫伏級(jí)，必須就地轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，再傳輸給二次設(shè)備。必須具有電子器件實(shí)現(xiàn)積分、模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，才能得到一次電流量。所以電子線路板必須放置在線圈的二次出口。Rogowski線圈允許CT開路！有源式電子電流互感器激光器驅(qū)動(dòng)電路PIN數(shù)據(jù)處理合并單元保護(hù)測(cè)控計(jì)量LPCT空芯線圈遠(yuǎn)端模塊復(fù)合絕緣子光纖光纜

通過遠(yuǎn)端模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后經(jīng)通信光纖傳送至二次系統(tǒng)。

傳感頭部分有電源電路，所以稱為有源式電子互感器。1、光學(xué)電流互感器發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀

ABB、西門子（20世紀(jì)90年代）

研制成功開環(huán)方案的磁光玻璃式OCT.ABB、Nxtphase（2004年）研制成功新型閉環(huán)光纖電流互感器，準(zhǔn)確度達(dá)到0.2級(jí)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀高校學(xué)術(shù)探索:華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)（20世紀(jì)90年代以來）實(shí)現(xiàn)磁光玻璃式OCT實(shí)驗(yàn)室研制全光纖電子式電流互感器（二）基于法拉第磁致旋光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀企業(yè)和研究院的產(chǎn)品研制

西安同維研制成功磁光玻璃式OCT，并且有少量工程應(yīng)用。

部分企業(yè)正在跟蹤或研制全光纖電子式電流互感器。南瑞航天研制成功光纖電子式電流互感器，并且有少量工程應(yīng)用。（二）基于法拉第磁致旋光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀南瑞航天研制的全光纖電子式電流互感器現(xiàn)狀各種安裝方式的全光纖電子式電流互感器通過原武漢高壓研究院的型式試驗(yàn)，精度達(dá)到0.2s級(jí)通過的委托試驗(yàn)達(dá)到了0.1級(jí)精度掛網(wǎng)試運(yùn)行一年半多，運(yùn)行穩(wěn)定可靠已實(shí)現(xiàn)國內(nèi)應(yīng)用，有幾十套投入運(yùn)行，最高應(yīng)用的電壓等級(jí)為500kV（二）基于法拉第磁致旋光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器2、全光纖電流互感器的原理法拉第磁光效應(yīng)原理A）不通電B）通電保護(hù):5P30/1P50，測(cè)量:0.2級(jí)符合IEC60044-8和GB/T20840.8

利用磁光法拉第效應(yīng)

光波在通電導(dǎo)體的磁場(chǎng)作用下，光的傳播發(fā)生相位變化

檢測(cè)光強(qiáng)的相位變化，測(cè)出對(duì)應(yīng)電流大小2、全光纖電流互感器的原理3、全光纖電流互感器的特點(diǎn)敏感元件和傳輸元件全部采用光纖；共光路技術(shù)和差動(dòng)信號(hào)解調(diào)方式提高了抗干擾能力采用了全數(shù)字閉環(huán)控制技術(shù)；受環(huán)境影響??；高精確度和大測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍；精確測(cè)量直流。安裝方式靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。（靈活的安裝方式）（靈活的安裝方式）全光纖電流互感器以其先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)成為新型電流互感器發(fā)展和應(yīng)用的主流方向。FOCT的基礎(chǔ)是光纖陀螺技術(shù)，可靠性和長期工作穩(wěn)定性已經(jīng)經(jīng)過了長期考驗(yàn)。FOCT具有帶寬高、絕緣簡單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是國際上技術(shù)水平最高的產(chǎn)品之一，必將得到廣泛應(yīng)用。4、對(duì)全光纖電流互感器的展望（三）低功率電磁式電流互感器LPCT的輸出一般是直接提供給電子電路，所以二次負(fù)載比較?。黄滂F心一般采用微晶合金等高導(dǎo)磁性材料，在較小的鐵心截面(鐵心尺寸)下，就能夠滿足測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。它被列為電子式電流互感器的一種實(shí)現(xiàn)形式，代表著電磁式電流互感器的一個(gè)發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。而在中低壓系統(tǒng)中，基于羅氏線圈的電子式電流互感器和光學(xué)電流互感器成本較高。其它新型電流互感器。二、智能斷路器CIGRE對(duì)SF6斷路器的可靠性調(diào)查結(jié)果表明，72%的故障是由斷路器的二次設(shè)備、機(jī)械缺陷引起的。二、智能斷路器高壓斷路器二次技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是用微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和新型傳感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)，開發(fā)具有智能化操作功能的斷路器。由電力電子技術(shù)、數(shù)字化控制裝置組成執(zhí)行單元，代替常規(guī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的輔助開關(guān)和輔助繼電器。可按電壓波形控制跳、合閘角度，精確控制跳、合閘過程的時(shí)間，減少瞬時(shí)過電壓幅值。斷路器操作所需的各種信息由裝在斷路器設(shè)備內(nèi)的數(shù)字化控制裝置直接處理，使斷路器裝置能獨(dú)立地執(zhí)行其當(dāng)?shù)毓δ?，而不依賴于變電站?jí)的控制系統(tǒng)。新型傳感器與數(shù)字化控制裝置相配合，獨(dú)立采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，可檢測(cè)設(shè)備缺陷和故障，在缺陷變?yōu)楣收现鞍l(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便采取措施避免事故發(fā)生。斷路器具有數(shù)字化接口，可收發(fā)GOOSE消息以實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。二、智能斷路器智能操作斷路器是在現(xiàn)有斷路器的基礎(chǔ)上引入智能控制單元，它由數(shù)據(jù)采集、智能識(shí)別和調(diào)節(jié)裝置3個(gè)基本模塊構(gòu)成。智能斷路器的技術(shù)基礎(chǔ)基于微機(jī)、電力電子技術(shù)和新型傳感器（電子互感器、光學(xué)互感器）建立新的斷路器二次系統(tǒng)；基于IEC

61850，保護(hù)和控制命令可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與斷路器操作機(jī)構(gòu)的數(shù)字化接口。這些技術(shù)使得變電站的過程層也得以數(shù)字化，以太網(wǎng)構(gòu)成全變電站的神經(jīng)中樞。二、智能斷路器應(yīng)用示例光纖電流傳感器安裝在電壓為145KV的斷路器上二、智能斷路器智能操作的優(yōu)越性使斷路器實(shí)際操作大多是在較低速度下開斷，從而減小斷路器開斷時(shí)的沖擊力和機(jī)械磨損，不僅可減少機(jī)械故障和提高可靠性，還能提高斷路器的操作使用壽命，在工程上有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；有可能改變目前的試探性自動(dòng)重合閘的工作方式，而成為自適應(yīng)自動(dòng)重合閘，即做到在短路故障開斷后，如故障仍存在，則會(huì)拒絕重合，只有當(dāng)故障消除后才能重合；實(shí)現(xiàn)定相合閘，降低合閘操作過電壓，取消合閘電阻，進(jìn)一步提高可靠性；實(shí)現(xiàn)選相分閘，控制實(shí)際燃弧時(shí)間，使斷路器起弧時(shí)間控制