電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)人員培訓教材

電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)人員培訓教材

（廠站部分）

省電網(wǎng)中心調(diào)度所

2011年10月

目錄

1.變電站綜合自動化系統(tǒng)的概念及優(yōu)越性....................................2

1.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的概念...........................................2

1.2對變電站保護和監(jiān)控的要求的變化......................................2

1.3傳統(tǒng)變電站存在的問題.................................................3

1.4變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性.........................................4

1.5變電站綜合自動化對無人值班的促進作用.................................5

1.6變電站自動化技術(shù)的發(fā)展過程.........................................7

2.變電站綜合自動化系統(tǒng)的內(nèi)容和功能......................................15

2.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究內(nèi)容......................................15

2.2變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能......................................15

3.變電站綜合自動化裝置原理介紹.........................................30

3.1硬件原理介紹........................................................30

3.2保護軟件原理介紹....................................................33

3.3實時多任務(wù)系統(tǒng)介紹..................................................35

3.4測控保護算法介紹....................................................36

4.變電站通訊網(wǎng)絡(luò)........................................................40

5.超高壓變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展策略討論..................................43

6.iES-M80變電站自動化系統(tǒng)介紹..........................................47

6.1系統(tǒng)特點............................................................48

6.2系統(tǒng)構(gòu)架............................................................52

6.3以太網(wǎng)為核心構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)............................................52

6.4系統(tǒng)功能部署........................................................54

6.5間隔裝置和功能部署..................................................57

7.變電站的干擾及其防護措施..............................................64

7.1主要干擾源簡述......................................................65

7.2抗干擾措施..........................................................66

1.變電站綜合自動化系統(tǒng)的概念及優(yōu)越性

1.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的概念

隨著微機技術(shù)的發(fā)展和在電力系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，自80年代以來，變電站的二次設(shè)備（包

括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）逐步采用微機型的裝置，即微

機保護、微機監(jiān)控、微機遠動等。這些微機裝置盡管功能不一，但其硬件配置卻大體相同，

裝置所采集的信息量和要控制的對象許多是共同的。但由于這些設(shè)備分屬不同的專業(yè)，加上

管理體制上的一些原因，在變電站上述各專業(yè)的設(shè)備出現(xiàn)了功能重復、裝置硬件配置重復、

互連復雜等問題。這就迫切需要打破各專業(yè)分界的框框，從全局出發(fā)來考慮全微機化的變電

站二次設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計，這便提出了變電站綜合自動化的問題。

變電站綜合自動化是將變電站的二次設(shè)備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算

機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電

線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。變

電站綜合自動化系統(tǒng)，即利用多臺微型計算機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)，代替常

規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替常規(guī)控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠動屏，用微機保護代替常規(guī)的繼

電保護屏，改變常規(guī)的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。因此，變電站綜合自動化是自

動化技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)等高科技在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。變電站綜合自動化系

統(tǒng)可以采集到比較齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能，可方便

地監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設(shè)備的運行和操作。變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化、結(jié)

構(gòu)微機化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等特征。

變電站綜合自動化系統(tǒng)以全微機化的新型二次設(shè)備替代常規(guī)設(shè)備，盡量做到硬件資源、

信息資源共享。用不同的模塊軟件實現(xiàn)常規(guī)設(shè)備的各種功能，用計算機局域網(wǎng)代替大量信號

電纜的連接，用主動模式代替常規(guī)的被動模式，簡化了變電站二次部分的硬件配置，減輕了

安裝施工和運行維護工作量，降低了變電站總造價和運行費用，使變電運行更安全、可靠，

為提高運行管理自動化水平打下了基礎(chǔ)。

1.2對變電站保護和監(jiān)控的要求的變化

使變電站綜合自動化成為電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展方向原因有兩個方面：一是隨著電力系

統(tǒng)的發(fā)展，對變電站保護和監(jiān)控的要求發(fā)生了很大的變化，而現(xiàn)有的常規(guī)保護和監(jiān)控系統(tǒng)漸

漸不能滿足要求；二是變電站現(xiàn)有的常規(guī)保護和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計本身具有很多缺點和不足。

繼電保護要求的變化

當前的電力系統(tǒng)具有電網(wǎng)規(guī)模大、電壓等級高和機組容量大的特點。為了最大限度的發(fā)

揮電網(wǎng)的經(jīng)濟性，電力系統(tǒng)越來越多地運行在其穩(wěn)定極限附近。這就要求一旦發(fā)生故障，繼

電保護裝置能更快地切除故障。

220kV及以上的超高壓輸電線路要求的典型故障切除時間V30ms,嚴重故障時要求故障

切除時間更短；母線保護要求內(nèi)部故障切除時間〈10ms,能自動識別母線運行方式并作出相

應(yīng)調(diào)整，能在近端外部故障下抗CT飽和并可閉鎖；差動保護作為變壓器的主保護，其關(guān)鍵問

題仍是勵磁涌流的鑒別。傳統(tǒng)的辦法是監(jiān)測差流中的諧波成分，但是對超高壓大容量變壓器

接長距離輸電線或低壓側(cè)接無功補償裝置時，內(nèi)部故障電流中也會含有豐富的諧波成分，在

這種情況下就難以判別故障還是涌流。

自動監(jiān)控裝置作用的變化

電力系統(tǒng)監(jiān)控方面最主要的變化在于對監(jiān)控裝置在降低發(fā)電成本和跳提高電網(wǎng)運行水平

方面的要求越來越高。電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行需要更多有關(guān)電網(wǎng)運行的信息和更精確可靠的監(jiān)控,

這就需要更多通道和手段來采集和分析電網(wǎng)信息并作出監(jiān)控。另外在電網(wǎng)進行安全分析，特

別是進行網(wǎng)絡(luò)偶然事故分析時還要求對電網(wǎng)信息采集和監(jiān)控功能進行協(xié)調(diào)。

變電站擴容改造的要求

一般來講，大型變電站開始僅有幾回進線，經(jīng)過幾年后逐步發(fā)展成為具有多回聯(lián)絡(luò)線。

變電站擴容改造的每一步都要增加保護和監(jiān)控設(shè)備，甚至需要重新安排母線的布置，因此要

對現(xiàn)用的監(jiān)控設(shè)備和保護裝置進行較大的調(diào)整或重新配置。這就要求這些裝置具有較大的靈

活性和可擴充性以便以最小的費用和最短的時間完成擴容和改造。

變電站無人值班運行的要求

由于具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟效益（運行可靠性高、勞動生產(chǎn)率高、建設(shè)成本低），發(fā)達國

家早在七十年代就開始實施這種新的變電站運行管理模式。

實現(xiàn)變電站無人值班的技術(shù)基礎(chǔ)是變電站中的測量、監(jiān)視、保護、監(jiān)控等二次設(shè)備具有

高度的安全性與可靠性，優(yōu)越的協(xié)調(diào)性與兼容性。變電站綜合自動化系統(tǒng)的運用是實現(xiàn)變電

站無人值班運行的有效途徑。

1.3傳統(tǒng)變電站存在的問題

眾所周知，變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它擔負著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分

配的繁重任務(wù)，對電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行起著舉足輕重的作用。尤其是現(xiàn)在大容量發(fā)電機組

的不斷投運和超高壓遠距離輸電和大電網(wǎng)的出現(xiàn)，使電力系統(tǒng)的安全控制更加復雜，如果仍

依靠原來的人工抄表、記錄、人工操作為主，依靠原來變電站的舊設(shè)備，而不進行技術(shù)改造

的話，必然沒法滿足安全、穩(wěn)定運行的需要，更談不上適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)管理模式的需求。

傳統(tǒng)的變電站進入九十年代以來越來越暴露出其固有的缺陷和局限性：

(1)安全性、可靠性不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)高可靠性的要求。傳統(tǒng)的變電站大多數(shù)采用

常規(guī)的設(shè)備，

尤其是二次設(shè)備中的繼電保護和自動裝置、遠動裝置等(有不少變電站沒有自動裝置和

遠動裝置)采用電磁型或晶體管式設(shè)備，設(shè)備本身結(jié)構(gòu)復雜、可靠性不高，而且又沒有故障

自診斷的能力。目前的辦法是依靠對常規(guī)二次系統(tǒng)進行定期的測試和校驗來發(fā)現(xiàn)問題，這不

但增加了維護人員的工作量，而且仍無法保證裝置絕對的可靠，往往是等到保護裝置發(fā)生拒

動或誤動后才能發(fā)現(xiàn)問題再進行調(diào)整與檢修，另外維護人員在定期檢測中造成裝置誤動或形

成新的隱患的情況也時有發(fā)生。同時硬件設(shè)備基本上是按功能獨立配置的，彼此間聯(lián)系很少，

設(shè)備型號龐雜，在組合過程中協(xié)調(diào)性差，也容易造成設(shè)計隱患。

(2)供電質(zhì)量缺乏科學的保證。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平和生活質(zhì)量不

斷提高，家用電器、個人計算機越來越多地進入各家各戶。不僅各工礦企業(yè)，而且居民用戶

對保證供電質(zhì)量的要求越來越高。衡量電能質(zhì)量的主要指標是頻率和電壓，目前還應(yīng)考慮諧

波問題。頻率主要由發(fā)電廠調(diào)節(jié)、保證。而電壓的合格，不能單靠發(fā)電廠調(diào)節(jié)，各變電站，

特別是樞紐變電站也應(yīng)該通過調(diào)節(jié)分接頭位置和控制無功補償設(shè)備進行調(diào)整，使其運行在合

格范圍內(nèi)。但傳統(tǒng)的變電站，大多數(shù)不具備調(diào)壓手段，至于諧波污染造成的危害，還沒有引

起足夠的重視和采取有力的解決措施，且缺乏科學的電能質(zhì)量考核辦法，不能滿足目前發(fā)展

的電力市場的需求。

(3)占地面積大，增加了征地投資。實現(xiàn)了綜合自動化的變電站與傳統(tǒng)的變電站相比，

在一次設(shè)備方面，目前還沒有多大的差別，而差別較大的是二次設(shè)備。傳統(tǒng)的變電站，二次

設(shè)備多數(shù)采用電磁式或晶體管式，體積大、笨重，因此，主控制室、繼電保護室占地面積大。

這對于人口眾多的我國，特別是對人口密度很大的城市來說，是一個不可忽視的問題。如果

變電站實現(xiàn)綜合自動化，則會大大減少占地面積，這對國家眼前和長遠的利益都是很有意義

的。

(4)不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計算和實時控制的要求。電力系統(tǒng)要做到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟運

行，必須及時掌握系統(tǒng)的運行工況，才能采取一系列的自動控制和調(diào)節(jié)手段。但傳統(tǒng)的變電

站主要用指示燈顯示監(jiān)控操作，用各種各樣的模擬式表盤反映模擬量瞬時值，大部分的歷史

數(shù)據(jù)、操作記錄和事件記錄主要靠手工完成或用專門的記錄器記錄，費時費力且易出錯，不

能滿足向調(diào)度中心及時提供運行參數(shù)的要求；而且參數(shù)采集不齊，不準確，變電站本身又缺

乏自動控制和調(diào)控手段，因此沒法進行實時控制，不利于電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

(5)維護工作量大，設(shè)備可靠性差，不利于提高運行管理水平和自動化水平。常規(guī)的保

護裝置和自動裝置多為電磁型或晶體管型，例如晶體管型保護裝置，其工作點易受環(huán)境溫度

影響，因此其整定值必須定期停電校驗，每年校驗保護定值的工作量是相當大的；也無法實

現(xiàn)遠方修改保護或自動裝置的定值。

1.4變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性

由于傳統(tǒng)的變電站存在以上缺點，無法滿足電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟、優(yōu)化運行的要

求。解決這些問題的出路是用先進技術(shù)武裝變電站。對于老式的變電站，逐步進行技術(shù)改造;

對新建的變電站，要盡量采用先進的技術(shù)，提高變電站的自動化水平，增加四遙功能,

逐步實現(xiàn)無人值班和調(diào)度自動化。變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性主要有以下幾方面。

(1)提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率。由于在變電站綜合自動化系統(tǒng)中包括有電壓、無

功自動控制功能，故對于具備有載調(diào)壓變壓器和無功補償電容器的變電站，可以大大提高電

壓合格率，保證電力系統(tǒng)主要設(shè)備和各種電器設(shè)備的安全，使無功潮流合理，降低網(wǎng)損，節(jié)

約電能損耗。

(2)提高變電站的安全、可靠運行水平。變電站綜合自動化系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)，絕大多

數(shù)都是由微機組成的，它們多數(shù)具有故障診斷功能。除了微機保護能迅速發(fā)現(xiàn)被保護對象的

故障并切除故障外，有的自控裝置并兼有監(jiān)視其控制對象工作是否正常的功能，發(fā)現(xiàn)其工作

不正常及時發(fā)出告警信息。更為重要的是，微機保護裝置和微機型自動裝置具有故障自診斷

功能，這是當今的綜合自動化系統(tǒng)比其常規(guī)的自動裝置或四遙裝置突出的特點，這使得采用

綜合自動化系統(tǒng)的變電站一、二次設(shè)備的可靠性大大提高。

(3)提高電力系統(tǒng)的運行、管理水平。變電站實現(xiàn)自動化后，監(jiān)視、測量、記錄、抄表

等工作都由計算機自動進行，既提高了測量的精度，又避免了人為的主觀干預，運行人員只

要通過觀看CRT屏幕，對變電站主要設(shè)備和各輸、配電線路的運行工況和運行參數(shù)便一目了

然。綜合自動化系統(tǒng)具有與上級調(diào)度通信功能，可將檢測到的數(shù)據(jù)及時送往調(diào)度中心，使調(diào)

度員能及時掌握各變電站的運行情況，也能對它進行必要的調(diào)節(jié)與控制，且各種操作都有事

件順序記錄可供查閱，大大提高運行管理水平。

(4)縮小變電站占地面積，降低造價，減少總投資。變電站綜合自動化系統(tǒng)，由于采用

微計算機和通信技術(shù)，可以實現(xiàn)資源共享和信息共享，同時由于硬件電路多數(shù)采用大規(guī)模集

成電路，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、功能強，與常規(guī)的二次設(shè)備相比，可以大大縮小變電站的占地

面積，而且隨著微處理器和大規(guī)模集成電路的不斷降價，微計算機性能價格比逐步上升，發(fā)

展的趨勢是綜合自動化系統(tǒng)的造價會逐漸降低，而性能和功能會逐步提高，因而可以減少變

電站的總投資。

(5)減少維護工作量，減少值班員勞動，實現(xiàn)減人增效。由于綜合自動化系統(tǒng)中，各子

系統(tǒng)有故障自診斷功能，系統(tǒng)內(nèi)部有故障時能自檢出故障部位，縮短了維修時間。微機保護

和自動裝置的定值又可在線讀出檢查，可節(jié)約定期核對定值的時間，而監(jiān)控系統(tǒng)的抄表、記

錄自動化，值班員可不必定時抄表、記錄，可實現(xiàn)少人值班，如果配置了與上級調(diào)度的通信

功能，能實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)，則完全可實現(xiàn)無人值班，達到減人增效的目的。

1.5變電站綜合自動化對無人值班的促進作用

對變電站來說，無人值班和有人值班是兩種不同的管理模式，它與變電站一、二次系統(tǒng)

技術(shù)水平的發(fā)展，與變電站是否實現(xiàn)自動化沒有直接關(guān)系。一、二次設(shè)備可靠性的提高和采

用先進技術(shù)，可以為無人值班提供更為有利的條件，但不是必須具備的條件。

早在四、五十年代，無人值班已經(jīng)在我國一些大城市實行，例如上海、廣州、天津等城

市，對一些不是很重要的35kV變電站，實行無人值班，平時把變電站的門鎖起來，

一旦出現(xiàn)故障，保護跳閘停電，則用戶會用電話或其他方式要求供電局去檢修，恢復供

電。供電局在確認停電事故后，便派出檢修人員去查找并修復故障，恢復供電。這種無人值

班變電站的一、二次設(shè)備與有人值班變電站完全一樣，沒有任何信息送往調(diào)度室。其一、二

次設(shè)備的運行工況如何，只能由檢修人員到現(xiàn)場后，才能知道，因此這類無人值班只適合于

重要性不高的變電站。

到了60年代，由于遠動技術(shù)的發(fā)展，在變電站開始應(yīng)用遙測、遙信技術(shù)，從而進入了遠

方監(jiān)視的無人值班階段。這時，在調(diào)度中心，調(diào)度人員可以了解到下面無人值班站的運行工

況，這比起元四遙功能的無人值班站來說，已前進了一大步。但是，這個階段的遙測、遙信

功能還是很有限的，例如遙信只傳送事故總信號和一些開關(guān)位置信號。值班員通過事故總信

號知道變也站發(fā)生故障，可及早派人到變電站或線路尋找放障和進行檢修，這對及早恢復供

電無疑是很有好處的。相對無四遙功能的無人值班站來說，是一大進步。但是，如果要對開

關(guān)進行操作，還必須到變電站現(xiàn)場才行。

80年代中后期以后，隨著微處理器和通信技術(shù)的發(fā)展，利用微型機構(gòu)成的遠動裝置(簡

稱RTU(RemoteTerminalUnit)的功能和性能有很大提高，具有遙測、遙信和遙控功能，

有的還有遙調(diào)功能，這使無人值班技術(shù)又上了一個臺階。

經(jīng)過幾十年的努力，電網(wǎng)裝備技術(shù)和運行管理水平及人員素質(zhì)都有了很大提高，一次設(shè)

備可靠性提高，遙控技術(shù)逐步走向成熟。特別是“八五”期間，全國電網(wǎng)調(diào)度自動化振興綱

要的實施，電網(wǎng)調(diào)度自動化實用化工作的開展取得了很好的經(jīng)驗，為全國特別是中心城市開

展無人值班工作奠定了扎實的基礎(chǔ)。因此，1995年國家電力調(diào)度通信中心要求現(xiàn)有35kV和

110kV變電站，在條件具備時逐步實現(xiàn)無人值班，新建變電站可根據(jù)調(diào)度和管理需要以及規(guī)

劃要求，按無人值班設(shè)計。這幾年的實踐證明：變電站實行無人值班有明顯的經(jīng)濟效益和社

會效益，特別是提高了運行的可靠性，減少人為事故，保障系統(tǒng)安全，提高了勞動生產(chǎn)率，

降低了建設(shè)成本，推動了電力行業(yè)的科技進步。

上述分析可見，無人值班與變電站綜合自動化是不同范疇的問題。變電站有人值班與無

人值班是變電站運行管理采用“當?shù)亍边€是“遠方”兩種管理模式選擇哪一種的問題；而變

電站綜合自動化是指變電站的技術(shù)水平問題。兩者表面看來沒有直接的關(guān)系。采用常規(guī)的二

次設(shè)備，沒有實現(xiàn)自動化，只要有RTU遠動設(shè)備，便可以實現(xiàn)無人值班。但變電站自動化技

術(shù)的發(fā)展和自動化水平的提高，對無人值班元疑將起很大的推動作用，它可以明顯地提高無

人值班變電站運行的可靠性和技術(shù)水平，而且我們今天提倡的無人值班不能回到40年代、60

年代的簡單水平，必須建立在高可靠性、高技術(shù)水平的基礎(chǔ)上。變電站綜合自動化可適應(yīng)這

種高的要求。用于與常規(guī)二次設(shè)備配合的RTU遠動裝置對模擬量的采集，一般是通過變送器

采樣，對繼電保護信息的采集是通過信號繼電器的輔助觸點，連接電纜多，因此采集的信息

量往往受到限制，而變電站綜合自動化系統(tǒng)可以提供更豐富的信息，它不僅能完成常規(guī)的RTU

的全部功能，而且由于各子系統(tǒng)幾乎都是由微處理機構(gòu)成的、因而可以實現(xiàn)資源失享。因此,

實現(xiàn)綜合自動化的變電站，一般不必再配置單獨的RTU,而是由監(jiān)控系統(tǒng)所采集的模擬量和

開關(guān)狀態(tài)信息，通過通信管理單元直接送往調(diào)度，對于繼電保護動作信息的采集，

可以由各微機保護單元，將動作信息通過綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)送給通信管理單元再

送給調(diào)度，并由通信管理單元轉(zhuǎn)發(fā)或執(zhí)行調(diào)度下達的命令。由于綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系

統(tǒng)間通過網(wǎng)絡(luò)連接，既減少了彼此間的連接電纜，簡化了設(shè)備，又可以傳送更多的信息。更

為突出的特點是可將各微機保護子系統(tǒng)和各自動裝置的定值送往調(diào)度端，上級調(diào)度也可對其

修改定值，而且綜合自動化系統(tǒng)還能將三次進條路1運行此態(tài)和投摩啟診斷時信，擊耐調(diào)度

主席才報苦，這些都是常規(guī)的變電所沒有辦法達到的。因此，目前新建的變電站在投資允許

的情況下，采用綜合自動化系統(tǒng)不僅可以全面提高無人值班變電站的技術(shù)水平，也可提高其

可靠性。

1.6變電站自動化技術(shù)的發(fā)展過程

國外從70年代末80年代初就開始進行保護和控制綜合自動化新技術(shù)的開發(fā)和試驗研究

工作，80年代中期，我國亦開始研究變電站綜合自動化技術(shù)。尤其是近年來，國內(nèi)變電站綜

合自動化技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。下面就國內(nèi)外變電站綜合自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展作一

總結(jié)和分析。

變電站分立元件的自動裝置階段

為了保證電力系統(tǒng)的正常運行，研究單位和制造廠家，長期以來陸續(xù)生產(chǎn)出各種功能的

自動裝置，例如：自動重合閘裝置、低頻自動減負荷裝置、備用電源自投和各種繼電保護裝

置等。電力部門可根據(jù)需要，分別選擇配置。70年代以前，這些自動裝置主要采用模擬電路,

由晶體管等分立元件組成，對提高變電站的自動化水平，保證系統(tǒng)的安全運行，發(fā)揮了一定

的作用。但這些自動裝置，相互之間獨立運行，互不相干，而且缺乏智能，沒有故障自診斷

能力，在運行中若自身出現(xiàn)故障，不能提供告警信息，有的甚至會影響電網(wǎng)運行的安全。同

時，分立元件的裝置可靠性不高，經(jīng)常需要維修、體積大，不利于減少變電站的占地面積，

因此需要有更高性能的裝置代替。

微處理器為核心的智能自動裝置階段

80年代，隨著國家改革開放方針的進展，微處理器技術(shù)開始引人我國，并且吸引了許多

為電力行業(yè)服務(wù)的科技工作者，他們都把注意力放在如何將大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器

技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域上。在變電站自動化方面，首先將原來由晶體管等分立元件組

成的自動裝置逐步由大規(guī)模集成電路或微處理機代替，由于采用了數(shù)字式電路，統(tǒng)一數(shù)字信

號電平，縮小了體積，明顯地顯示出優(yōu)越性，特別是由微處理器構(gòu)成的自動裝置，利用微處

理器的智能和計算能力，可以應(yīng)用和發(fā)展新的算法，提高了測量的準確度和控制的可靠性，

還擴充了新的功能，尤其是裝置本身的故障自診斷能力，對提高自動裝置自身的可靠性和縮

短維修時間是很有意義的。

這些微機型的自動裝置，雖然提高了變電站自動控制的能力和可靠性，但在80年代,

基本上還是維持原有的功能和邏輯關(guān)系的框框，只是組成的硬件結(jié)構(gòu)由微處理器及其接

口電路代替，擴展了一些簡單的功能，多數(shù)仍然是各自獨立運行，不能互相通信，不能共享

資源，實際上形成了變電站的自動化孤島，因此仍然解決不了前述變電站設(shè)計和運行中存在

的所有問題。隨著數(shù)字技術(shù)和微機技術(shù)的發(fā)展，變電站內(nèi)自動化孤島問題引起了國內(nèi)外科技

工作者的關(guān)注，并對其開展研究和尋求解決的途徑。因此變電站綜合自動化是科學技術(shù)發(fā)展

和變電站自動控制技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。

變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展階段

國外變電站綜合自動化的發(fā)展概況

國外從70年代末、80年代初就開始進行保護和控制綜合自動化系統(tǒng)的新技術(shù)開發(fā)和試

驗研究工作。如由美國西屋電氣公司和美國電力科學研究院（EPRI）聯(lián)合研制的SPCS變電

站保護和控制綜合自動化系統(tǒng)、由日本關(guān)西電力公司與三菱電氣公司共同研制的SDCS-L

II保護和控制綜合自動化系統(tǒng)，SDCS-KII系統(tǒng)從1977-1979年進行了現(xiàn)場試驗及試運行，

80年代初已交付商業(yè)應(yīng)用。目前，日本日立、三菱、東芝公司，德國西門子公司（SIEMENS）、

AEG公司，瑞士ABB公司，美國通用電氣公司（GE）、西屋電氣公司（Wesinghouse）,

法國阿爾斯通公司（AL—STHOM）,瑞士Landis&Gyr公司等國際著名大型電氣公司均開發(fā)

和生產(chǎn)了變電站綜合自動化系統(tǒng)（或稱保護與控制一體化裝置），并取得了較為成熟的運行

經(jīng)驗。

西門子公司于1985年在德國漢諾威正式投運其第一套變電站自動化系統(tǒng)LSA678,至

1993年已有300多套同類型的系統(tǒng)在德國本土及歐洲其他國家不同電壓等級的變電站投入運

行，至1995年，該公司在中國也陸續(xù)得到十幾個工程項目，基本上是11OkV城市變電站。

LSA678系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有全分散式和集中與分散相結(jié)合兩種類型。

ABB公司的變電站綜合自動化系統(tǒng)SCS100,在芬蘭生產(chǎn)，用于中、低壓變電站。SCS200

在瑞典生產(chǎn)，用于高壓變電站。

各公司變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要特點為：系統(tǒng)一般采用分層分布式，系統(tǒng)由站控級

和元件/間隔級組成，大部分系統(tǒng)在站控級和元件/間隔級的通信采用星形光纖連接，繼電

保護裝置下放到就地，主控制室與各級電壓配電裝置之間僅有光纜聯(lián)系，沒有強電控制電纜

進入主控制室，這樣節(jié)約了大量控制電纜，大大減少對主控制室內(nèi)計算機系統(tǒng)及其他電子元

件器的干擾，提高了運行水平和安全可靠性。

國外在制定變電站綜合自動化技術(shù)規(guī)范方面的進展

國外變電站綜合自動化系統(tǒng)制造廠商頗多，但他們彼此之間一開始就十分注意系統(tǒng)的技

術(shù)規(guī)范和標準的制定及協(xié)調(diào)，以避免各自為政造成的不良后果，以便于這門新技術(shù)能夠迅速

發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，

這是很值得我們學習的。目前，許多國際性組織或權(quán)威機構(gòu)都在進行這項工作，如國際

電工委員會（IEC）、國際大電網(wǎng)會議（CICRE）、德國電力事業(yè)聯(lián)合會（VDEW）和電工供

貨商機構(gòu)（ZVEI）、美國電力科學研究院（EPRI）和IEEE的電力工程學會（IEEE、PES）

都正在制訂或已制訂了某些標準。

德國電力行業(yè)協(xié)會（VDEW）為電子制造商協(xié)會（EVEI）制定的關(guān)于數(shù)字式變電站控制

系統(tǒng)的推薦草案于1987年公布，成為IECTC57在起草保護與控制之間接口標準的參考，內(nèi)

容非常豐富。德國的三大電氣公司Siemens、ABB、AEG基本上是按這一推薦規(guī)范設(shè)計和開

發(fā)自己的產(chǎn)品。該草案把變電站的結(jié)構(gòu)規(guī)定為站控級（StationLevel）和元件/間隔級（Bay

Level）?對于系統(tǒng)的硬件、軟件、參數(shù)化、資料、測試、驗收和現(xiàn)場調(diào)試等那做出了具體而

詳盡的規(guī)定。該推薦草案的公布不僅對德國國內(nèi)變電站綜合自動化的發(fā)展而且對整個歐洲地

區(qū)都起了一定的促進和規(guī)范作用。

美國電力科學研究院EPRI委托西屋電氣公司研究起草的變電站控制與保護項目的系統(tǒng)

規(guī)范，于1983年8月發(fā)表（EL-1813）,1989年又進行了修改與增補。該規(guī)范定義出了變

電站綜合自動化系統(tǒng)的范疇，同時列出了該系統(tǒng)應(yīng)具備的功能菜單，規(guī)定了每一種功能應(yīng)具

備的內(nèi)容及基本要求。它反映了變電站綜合自動化的基本要求，總共逐個規(guī)定了26種功能。

普遍認為，任何一種裝置的功能都不可能超出上述功能清單之外。

國際電工委員會第57次技術(shù)委員會（IECTC57）為了配合變電站綜合自動化方面的進

展，成立了“變電站控制和保護接口”工作組，負責起草該接口的通信標準，該工作組共12

個國家（主要集中在北美和歐洲，亞洲有中國，非洲有南非）2000位成員參加。從1994年

3月到1995年4月舉行了四次討論會，于1995年2月向IEC秘書處提交了保護通信伙伴標

準IEC87Q-5-103,為控制與保護之間的通信提供了一個國際標準。

我國變電站綜合自動化的發(fā)展過程

我國變電站綜合自動化的研究工作開始于80年代中期。1987年，清華大學電機工程系

研制成功一套符合國情的變電站綜合自動化系統(tǒng)，在山東威海35kV望島變電站投入運行，用

3臺微型計算機實現(xiàn)了全站的微機繼電保護、監(jiān)測和控制功能。之后.隨著1988年由華北電

力學院研制的第1代微機保護（01型）投入運行，第2代微機保護（WXB—11）1990年4

月投入運行并于同年12月通過部級鑒定。這樣，在遠動裝置采用微機技術(shù)后，更為復雜的繼

電保護全面采用微機技術(shù)成為現(xiàn)實。至此，隨著微機保護、微機遠動、微機故障錄波、微機

監(jiān)控裝置在電網(wǎng)中的全面推廣應(yīng)用，人們?nèi)找娓械礁鲗I(yè)在技術(shù)上保待相對獨立造成了各行

其是，重復硬件投資，互連復雜，甚至影響運行的可靠性。1990年，清華大學在研制鞍山公

園變電站綜合自動化系統(tǒng)時，首先提出了將監(jiān)控系統(tǒng)和RTU合二為一的設(shè)計思想。1992年5

月.電力部組織召開的''全國微機繼電保護可靠性研討會”指出：微機保護與RTU,微機就

地監(jiān)控.微機錄波器的信息傳送，時鐘、抗干擾接地等問題應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃并制定統(tǒng)一標準，微

機保護的聯(lián)網(wǎng)勢在必行。由南京電力自動化研究院研制的第1套適用于綜合自動化系統(tǒng)的成

套微機保護系統(tǒng)ISA-1于1993年通過部級鑒定以后，各地電網(wǎng)逐步開始大量采用變電站綜

合自動化系統(tǒng)。1994年中國電機工程學會繼電保護及自動化專委會在珠海召開了“變電站綜

合自動化分專業(yè)委員會”

的成立大會，這標志著對變電站綜合自動化的深入研究和應(yīng)用進入了一個新階段。

目前，國內(nèi)有關(guān)研制和生產(chǎn)單位推出的變電站綜合自動化系統(tǒng)及產(chǎn)品很多，根據(jù)該技術(shù)

的發(fā)展過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點，歸納起來可分為4種典型類型。

第1種類型為基于RTU、變送器及繼電保護與自動裝置等設(shè)備的變電站綜合自動化系統(tǒng),

一般稱為增強型RTU方式，也稱集中式，或第1代綜合自動化系統(tǒng)。該類系統(tǒng)實際上是在常

規(guī)的繼電保護及二次接線的基礎(chǔ)上增設(shè)RTU裝置以實現(xiàn)“四遙”。結(jié)構(gòu)上僅是站級概念，有

關(guān)重要信息（如保護動作信息等）通過硬接點送給RTU裝置，變電所的監(jiān)測量一般經(jīng)變送器

變換后送給RTUo開關(guān)監(jiān)測量是直接引至RTU,RTU的控制輸出一般經(jīng)遙控執(zhí)行柜發(fā)出控制

命令。該類系統(tǒng)的特點是：系統(tǒng)功能不強，硬件設(shè)備重復、整體性能指標低，系統(tǒng)聯(lián)接復雜,

可靠性低，但其成本低，特別適合于老站改造。現(xiàn)在全國大量遠行的無人值班變電站多采用

此種模式。實際上該類系統(tǒng)僅為變電站綜合自動化的初級形式，尚不能稱為綜合自動化系統(tǒng)。

調(diào)度室

自動化主站系統(tǒng)

遠方自動化系統(tǒng)

變苴站控制室高壓開關(guān)室

10KWF關(guān)柜

D

遙控接線

電度接線遙信接線

遙測接線

端子箱

配電屏直流屏電度表屏變送器屏中央信號月其它屏體保護屏主控制屏

交流直流脈沖有功/無功多種故障錄波繼電保護110KV

控制把手

220V220V電度表電流/電壓指示信號裝置

或

電量/檔位

小電流接35KV控制室外

直流/溫度控制把手

地裝置

其它等

第2種類型早期的變電站綜合自動化系統(tǒng)多為集中式，由一臺或兩臺計算機完成變電站

的所有繼電保護、測量監(jiān)視、操作控制、中央信號數(shù)據(jù)通信和記錄打印等功能。系統(tǒng)各功能

模塊與硬件無關(guān)，采用模塊化軟件連接來實現(xiàn)，集中采集信息，集中處理運算。具有工作可

靠、結(jié)構(gòu)簡單、性價比高等優(yōu)點，但可擴充性、可維護性差。

調(diào)度主站系統(tǒng)

調(diào)制解調(diào)器

TT

A/D開關(guān)量開關(guān)量

轉(zhuǎn)換板輸入板輸出板

第3種類型為從硬件結(jié)構(gòu)上按功能對裝置進行了劃分，摒棄了集中式單CPU結(jié)構(gòu)而走

向分散，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元（模擬量、開關(guān)堡、脈沖量），主機單元（總控單元）、遙控

執(zhí)行單元、保護單元組成。各功能單元（設(shè)備）通過通信網(wǎng)絡(luò)等手段實現(xiàn)有機結(jié)合，構(gòu)成系

統(tǒng)。該類系統(tǒng)可替代常規(guī)的保護屏、控制屏、中央信號屏、遠動屏、測量儀表等。它具有較

強的在線功能。各種功能比較完善，且人機界面較好。但系統(tǒng)仍然比較復雜，聯(lián)結(jié)電纜較多，

系統(tǒng)可靠性不太高。這類系統(tǒng)雖然做到了一定程度上的分散（功能分散），但沒有從整體上

來考慮變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、一般僅是監(jiān)控系統(tǒng)和保護系統(tǒng)簡單的相加。由于我國

保護和遠動分屬不同的部門和專業(yè)。故我國目前的大多數(shù)綜合自動化系統(tǒng)均屬此類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

這類系統(tǒng)一般稱為分散式系統(tǒng)或第2代綜合自動化系統(tǒng)，是一種過渡方案。

第4種類型系統(tǒng)是采用國際上成熟的先進設(shè)計思想，引入了站控級和間隔級概念，系統(tǒng)

采用分層分布式結(jié)構(gòu)。設(shè)備分變電站層設(shè)備（站控級）和間隔層設(shè)備（間隔級）。間隔層設(shè)

備原則上按一次設(shè)備組織，例如1條線路、1臺主變壓器。每一間隔層設(shè)備包括保護、控制、

測量、通信、錄波等所有功能。設(shè)計的原則是：凡是可以在本間隔層設(shè)備完成的功能，盡量

由間隔層設(shè)備就地獨立處理，不依賴于通信網(wǎng)和變電站層設(shè)備。變電站層設(shè)備是通過間隔層

設(shè)備了解和掌握整個變電站實時運行情況、并通過間隔層設(shè)備實現(xiàn)變電站控制，它還負責站

內(nèi)信息收集、分析、存儲以及與遠方調(diào)度中心的聯(lián)系，這類系統(tǒng)實現(xiàn)了信息資源的共享以及

保護、監(jiān)控功能的綜合化，大大簡化了站內(nèi)二次回路，它完全消除了設(shè)備之間錯綜復雜的二

次電纜。由于間隔層設(shè)備可放在開關(guān)柜上或放置在一次設(shè)備附近，從而可大大縮小主控制室

面積，節(jié)省控制電纜、減少CT負擔。同時大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性、可擴展性，是綜合

自動比系統(tǒng)的發(fā)展方向。該類系統(tǒng)一般稱為分層分布式系統(tǒng)，也稱為第3代變電站綜合自動

化系統(tǒng)。目前國內(nèi)主要電力自動化研究生產(chǎn)單位的系統(tǒng)均屬于此類產(chǎn)品。

針對110kV及以下中低壓變電站和220kV?500kV的高壓變電站，第3代變電站綜合自

動化系統(tǒng)的構(gòu)成又有一定區(qū)別。110kV及以下中低壓變電站綜合自動化系統(tǒng)以“四合一”（保

護、遙測、遙信、遙控）的測控保護裝置為基礎(chǔ)，配合相應(yīng)的測控和自動化裝置構(gòu)成。220kV?

500kV的高壓變電站綜合自動化系統(tǒng)，考慮其復雜性，仍采用保護、監(jiān)控完全獨立裝置或系

統(tǒng)設(shè)計，保護、監(jiān)控系統(tǒng)均屬于分層分布式系統(tǒng)。

上述產(chǎn)品類型也很大程度上反映了目前在綜合自動化技術(shù)領(lǐng)域上的2種技術(shù)觀點。第1

種技術(shù)觀點認為：變電站綜合自動化系統(tǒng)主要考慮“四遙量”的采集，以點為對象，面向”

功能設(shè)計”，故變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)以傳統(tǒng)RTU裝置或在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)據(jù)采集

裝置、主控單元、遙控執(zhí)行等裝置組成的監(jiān)控為基礎(chǔ)組成，它與微機保護的聯(lián)系只要通過裝

置上的串行口收集信息即可，并且特別強調(diào)保護的獨立性，即兩者不能有任何硬件上的融合。

由于變電站綜合自動化系統(tǒng)源于傳統(tǒng)的“四遙”并且是在微機遠動、微機保護基礎(chǔ)上發(fā)展起

來的，且保護和遠動分屬不同的部門和專業(yè)，故這種技術(shù)觀點曾一度流行。而第2種技術(shù)觀

點認為：綜合自動化技術(shù)是以先進可靠的微機保護為核心，以成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將測量控

制與繼電保護融為一體，共享數(shù)據(jù)資源，并十分強調(diào)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及系統(tǒng)的可靠性。

系統(tǒng)是以對應(yīng)的一次設(shè)備為對象，面向“對象設(shè)計”。當然它也強調(diào)保護的相對獨立性，主

張在決不降低保護可靠性和功能的前提下，目前至少可以在低壓上采用保護與測控合一的綜

合裝置。第2種技術(shù)觀點是在微機保護技術(shù)成熟并向網(wǎng)絡(luò)化多功能方向發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的。

如前所述，由于保護和遠動分屬不同的部門和專業(yè)、加之技術(shù)發(fā)展有個過程，開始持這類觀

點的人并不多，但隨著技術(shù)的發(fā)展和按這一新概念設(shè)計的變電站綜合自動化系統(tǒng)的成功授運,

并加之這一技術(shù)觀點與目前國際上先進的設(shè)計思想及推出的高品質(zhì)系統(tǒng)如同一脈。因此，第2

種技術(shù)觀點正逐步成為大家的共識，它也成為了目前綜合自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢和潮流。

2.變電站綜合自動化系統(tǒng)的內(nèi)容和功能

2.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究內(nèi)容

十多年來，我國開展變電站自動化的研究與開發(fā)工作，主要包括如下兩方面內(nèi)容：

（1）對110kV及以下中、低壓變電站，利用現(xiàn)代計算機和通信技術(shù)，對變電站的二次

設(shè)備進行全面的技術(shù)改造，取消常規(guī)的保護、監(jiān)視、測量、控制屏，實現(xiàn)綜合自動化，以全

面提高變電站的技術(shù)水平和運行管理水平，并逐步實行無人值班或減人增效。

（2）對220kV以上的變電站，主要是采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)以提高運行管理水平，同時

采用新的保護技術(shù)和控制方式，促進各專業(yè)在技術(shù)上的協(xié)調(diào)，達到提高自動化水平和運行、

管理水平的目的。

總之，變電站綜合自動化的內(nèi)容應(yīng)包括電氣量的采集和電氣設(shè)備（如斷路器等）的狀態(tài)

監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)。實現(xiàn)變電站正常運行的監(jiān)視和操作，保證變電站的正常運行和安全。發(fā)

生事故時，由繼電保護和故障錄波等完成瞬態(tài)電氣量的采集、監(jiān)視和控制，并迅速切除故障

和完成事故后的恢復正常操作。從長遠的觀點看，綜合自動化系統(tǒng)的內(nèi)容還應(yīng)包括高壓電器

設(shè)備本身的監(jiān)視信息（如斷路器、變壓器和避雷器等的絕緣和狀態(tài)監(jiān)視等）。除了需要將變

電站所采集的信息傳送給調(diào)度中心外，還要送給運行方式科和檢修中心，以便為電氣設(shè)備的

監(jiān)視和制定檢修計劃提供原始數(shù)據(jù)。

實現(xiàn)變電站綜合自動化的目標是提高變電站全面的技術(shù)水平和管理水平，提高安全、可

靠、穩(wěn)定運行水平，降低運行維護成本，提高經(jīng)濟效益，提高供電質(zhì)量，促進配電系統(tǒng)自動

化。實現(xiàn)變電站綜合自動化是實現(xiàn)以上目標的一項重要技術(shù)措施。

2.2變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能

變電站綜合自動化是多專業(yè)性的綜合技術(shù)，它以微計算機為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對變電站傳統(tǒng)

的繼電保護、控制方式、測量手段、通信和管理模式的全面技術(shù)改造，實現(xiàn)了電網(wǎng)運行管理

的一次變革。國際大電網(wǎng)會議WG34.03工作組在研究變電站的數(shù)據(jù)流時，分析了變電站自動

化需完成的功能大概有63種，歸納起來可分為以下幾種功能組：①控制、監(jiān)視功能；②自動

控制功能；③測量表計功能；④繼電保護功能；⑤與繼電保護有關(guān)功能；⑥接口功能；⑦系

統(tǒng)功能。結(jié)合我國的情況，具體來說，變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能主要體現(xiàn)在微機保

護、安全自動控制、遠動監(jiān)控、通信管理四大子系統(tǒng)的功能中，下面注意論述。

微機保護子系統(tǒng)

（-）微機保護的優(yōu)越性

微機保護裝置在我國投入運行已有10多年的歷史,

并且越來越受到繼電保護人員和運行人員的普遍歡迎。這是因為，它顯示出比常規(guī)的繼

電器型或晶體管型保護裝置有不可比擬的優(yōu)越性，突出表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)靈活性強。由于微機保護裝置是由軟件和硬件結(jié)合來實現(xiàn)保護功能的，因此在很大

程度上，不同原理的繼電保護的硬件可以是一樣的，換以不同的程序即可改變繼電器功能。

例如：三段式的電流保護、重合閘和后加速跳閘、低周減載等功能，可以通過同一套保護裝

置實現(xiàn)，只要保護軟件具備這些功能即可，這是常規(guī)繼電器很難做到的。

(2)可明顯改善保護性能。利用微計算機的軟硬件技術(shù)，可以尋求更多的原理、算法等

實施手段，使保護性能得到改善。同時其很強的邏輯判斷能力，能夠根據(jù)眾多因素進行靈活

規(guī)律準確的處理，這在常規(guī)繼電保護中，用模擬電路是很難實現(xiàn)的。

(3)性能穩(wěn)定，可靠性高。微機保護的功能主要取決于算法和判據(jù)，也即由軟件決定，

對于同類型的保護裝置，只要程序相同，其保護性能必然一致，所以性能穩(wěn)定。而晶體管型

的繼電器的元器件受溫度影響大，機械式的繼電器運動機構(gòu)可能失靈，觸點性能不良，接觸

不好等。而微機保護采用了大規(guī)模集成電路，所以裝置的元件數(shù)目、連接線等都大大減少，

因而可靠性高。

(4)微機保護利用微機的智能，可實現(xiàn)故障自診斷、自閉鎖和自恢復，而不必進行一年

一度的定期檢驗。

(5)體積小、功能全。由軟件可實現(xiàn)多種保護功能和獲取各種附加功能，可大大簡化裝

置的硬件結(jié)構(gòu)，可以在事故后，打印出各種有用數(shù)據(jù)。例如故障前后電壓、電流采樣值、故

障點距離、保護的動作過程和出口時間等。

(6)使用維護方便、工作量小。微機保護有良好的人際界面，甚至可在當?shù)鼗蜻h方計算

機上召喚裝置相關(guān)信息和進行控制。

由于微機保護具有突出的優(yōu)越性，是今后繼電保護技術(shù)的發(fā)展方向，因此變電站綜合自

動化系統(tǒng)中，采用微機保護是必然的趨勢。尤其是新建的變電站，如果條件許可，則應(yīng)該采

用變電站綜合自動化系統(tǒng)，全面提高變電站的技術(shù)水平。

(二)微機保護子系統(tǒng)的功能

微機保護應(yīng)包括全變電站主要設(shè)備和輸電線路的全套保護，具體有：①高壓輸電線路的

主保護和后備保護；②主變壓器的主保護和后備保護；③無功補償電容器組的保護；④母線

保護；⑤配電線路的保護。

(三)對微機保護子系統(tǒng)的要求

微機保護是綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的功能和可靠性如何，在很大程度上影響了

整個系統(tǒng)的性能，因此設(shè)計時必須給予足夠的重視。

微機保護子系統(tǒng)中的各保護單元，除了具有獨立、完整的保護功能外，還必須滿足以下

要求，也即必須具備以下附加功能。

（1）滿足保護裝置快速性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求，它的工作不受監(jiān)控系統(tǒng)和

其他子系統(tǒng)的影響。為此，要求保護子系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)要相對獨立，而且各保護單元，

例如變壓器保護單元、線路保護單元、電容器保護單元等，必須由各自獨立的CPU組成模塊

化結(jié)構(gòu)；主保護和后備保護由不同的CPU實現(xiàn)，重要設(shè)備的保護，最好采用雙CPU的冗余

結(jié)構(gòu)，保證在保護子系統(tǒng)中一個功能部件模塊損壞，只影響局部保護功能而不能影響其他設(shè)

備。

（2）存儲多套保護定值和定值的自動校對，以及保護定值、功能的遠方整定和投退。

（3）具有故障記錄功能。當被保護對象發(fā)生事故時，能自動記錄保護動作前后有關(guān)的故

障信息，包括故障電壓電流、故障發(fā)生時間和保護出口時間等，以利于分析故障。在此基礎(chǔ)

上，盡可能具備一定的故障錄波功能，以及錄波數(shù)據(jù)的圖形顯示和分析，這樣更有利于事故

的分析和盡快解決。

（4）具有統(tǒng)一時鐘對時功能，以便準確記錄發(fā)生故障和保護動作的時間。

（5）故障自診斷、自閉鎖和自恢復功能。每個保護單元應(yīng)有完善的故障自診斷功能，發(fā)

現(xiàn)內(nèi)部有故障，能自動報警，并能指明故障部位，以利于查找故障和縮短維修時間，對于關(guān)

鍵部位故障，例如A/D轉(zhuǎn)換器故障或存儲器故障，則應(yīng)自動閉鎖保護出口。如果是軟件受干

擾，造成“飛車”軟故障，應(yīng)有自啟動功能，以提高保護裝置的可靠性。

（6）通信功能。各保護單元必須設(shè)置有通信接口，與保護管理機或通訊控制器連接。保

護管理機（或通訊控制器）在自動化系統(tǒng)中起承上啟下的作用。把保護子系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)

系起來，向下負責管理和監(jiān)視保護子系統(tǒng)中各保護單元的工作狀態(tài)，并下達由調(diào)度或監(jiān)控系

統(tǒng)發(fā)來的保護類型配置或整定值修改等信息；如果發(fā)現(xiàn)某一保護單元故障或工作異常，或有

保護動作的信息，應(yīng)立刻上傳給監(jiān)控系統(tǒng)或上傳至遠方調(diào)度端。

安全自動控制子系統(tǒng)

為了保障電網(wǎng)的安全可靠經(jīng)濟運行，和提高電能質(zhì)量，變電站綜合自動化系統(tǒng)中根據(jù)不

同情況設(shè)置有相應(yīng)安全自動控制子系統(tǒng)，主要包括以下功能：①電壓無功自動綜合控制；②

低周減載；③備用電源自投；④小電流接地選線；⑤故障錄波和測距；⑥同期操作；⑦五防

操作和閉鎖；⑧聲音圖象遠程監(jiān)控。

五防操作和閉鎖即：防止帶負荷拉合刀閘；防止誤入帶電間隔、防止誤分、合斷路器；

防止帶電掛接地線；防止帶地線合刀閘。由于具有較強的獨立性，一般有獨立廠家生產(chǎn)，與

保護監(jiān)控僅存在通訊聯(lián)系，所以此處不再詳述。

電壓無功自動綜合控制

電力工業(yè)部安全生產(chǎn)司于1997年頒布的關(guān)于《電力行業(yè)一流供電企業(yè)考核標準》（試

行）的通知中，明確提出一流供電企業(yè)必備條件之一是供電電壓合格率大于等于98%,其中

A

類電壓大于等于99%,配電系統(tǒng)用戶供電可靠率RS1大于等于99.9%、RS3大于等于

99.96%。線損率降低系數(shù)K大于等于0.007?

電力系統(tǒng)長期運行的經(jīng)驗和研究、計算的結(jié)果表明，造成系統(tǒng)電壓下降的主要原因是系

統(tǒng)的無功功率不足或無功功率分布不合理。對電壓和無功進行合理的調(diào)節(jié)，可以提高電能質(zhì)

量、提高電壓合格率、降低網(wǎng)損。因此，要對電壓和無功功率進行綜合調(diào)控，保證實現(xiàn)包括

電力部門和用戶在內(nèi)的總體運行技術(shù)指標和經(jīng)濟指標最佳，具體的調(diào)控目標如下：

(1)維持供電電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。根據(jù)前能源部頒發(fā)的《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技

術(shù)導則》規(guī)定，各級供電母線電壓的允許波動范圍(以額定電壓為基準)如下：500(330)

kV變電所的220kV母線：正常時0%~+10%；事故時-5%?+10%。220kV變電所的35?

110kV母線：正常時一3%?+7%；事故時一10%?+10%配電網(wǎng)的10kV母線：10.0-10.7kVo

(2)保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡。主輸電網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)實現(xiàn)無功分層平衡；地區(qū)供

電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實現(xiàn)無功分區(qū)就地平衡的原則，才能保護各級供電母線電壓，(包括用戶入口電壓)

在《導則》規(guī)定的范圍內(nèi)。

(3)保證在電壓合格的前提下使電能損耗為最小。為了達到以上目標，必須增強對無功

功率和電壓的調(diào)控能力，充分利用現(xiàn)有的無功補償設(shè)備和調(diào)壓設(shè)備(調(diào)相機、靜止補償器、

補償電容器、電抗器、有載調(diào)壓變壓器等)的作用，對它們進行合理的優(yōu)化調(diào)控。對發(fā)電廠

來說，主要的調(diào)壓手段是調(diào)整發(fā)電機的勵磁；在變電站主要的調(diào)壓手段是調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓

器分接頭位置和控制無功補償電容器。少數(shù)220kV以上的高壓或超高壓變電站裝有調(diào)相機或

靜止無功補償器，有的變電站既裝有并聯(lián)電容器也裝有并聯(lián)補償電抗器。

下面的論述主要考慮通過調(diào)整有載變壓器變比和電容器投切進行電壓無功的控制。有載

調(diào)壓變壓器可以在帶負荷的情況下切換分接頭位置，從而改變變壓器的變比，起到調(diào)整電壓

和降低損耗的作用?？刂茻o功補償電容器的投切，可改變網(wǎng)絡(luò)中無功功率的分布，改善功率

因數(shù)，減少網(wǎng)損和電壓損耗，改善用戶的電壓質(zhì)量。

以上兩種調(diào)節(jié)和控制的措施，都有調(diào)整電壓和改變無功分布的作用，但它們的作用原理

和后果有所不同。利用改變有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置進行調(diào)壓時，調(diào)壓措施本身不產(chǎn)生

無功功率，但系統(tǒng)消耗的無功功率與電壓水平有關(guān)，因此在系統(tǒng)無功功率不足的情況下，不

能用改變變比的辦法來提高系統(tǒng)的電壓水平，否則電壓水平調(diào)得越高，該地區(qū)的無功功率越

不足，反而導致惡性循環(huán)。所以在系統(tǒng)缺乏無功的情況下，必須利用補償電容器進行調(diào)壓。

投補償電容器既能補充系統(tǒng)的無功功率，又可改變網(wǎng)絡(luò)中的無功分布，從而又有利于系統(tǒng)電

壓水平的提高。因此必須把調(diào)分頭與控制電容器組的投切兩者結(jié)合起來，進行合理的調(diào)控，

才能起到既改善電壓水平，又降低網(wǎng)損的效果。

然而，如果靠運行人員手工操作來進行對分接開關(guān)和電容器的調(diào)節(jié)控制，則運行人員必

須經(jīng)常監(jiān)視變電站的運行工況，并作出如何調(diào)控的判斷，這不僅增加運行人員的勞動強度，

而且難以達到及時進行最優(yōu)控制的效果。而采用電壓無功自動綜合控制功能具有以下優(yōu)點：

(1)可選用先進合理控制規(guī)律，便于功能升級和擴展。

(2)能自動判斷運行方式，并根據(jù)不同的運行方式、時段，自動選擇相應(yīng)的調(diào)控決策。

(3)對電容器組的控制具有輪流投、切功能。對裝有串聯(lián)電抗器的電容器組，可根據(jù)變

電站的實際需要，做到最先投和最后切電抗率為12%的電容器組。

(4)對于具有并聯(lián)電容器組又有并聯(lián)電抗器的變電站，則執(zhí)行相應(yīng)的正確控制規(guī)律。

(5)具有分接開關(guān)聯(lián)調(diào)制動和故障閉鎖功能，確保電力系統(tǒng)的安全。

(6)可增加電壓合格率計算、監(jiān)視和記錄功能。

電壓無功自動綜合控制功能的實現(xiàn)根據(jù)實際情況的不同，又有多種實現(xiàn)方式：①集中控

制；②分散控制；③關(guān)聯(lián)分散控制。

(1)集中控制。集中控制是指在調(diào)度中心對各個變電站的主變壓器的分接頭位置和無功

補償設(shè)備進行統(tǒng)一的控制。理論上，這種控制方式是維持系統(tǒng)電壓正常，實現(xiàn)無功優(yōu)化控制，

提高系統(tǒng)運行可靠性和經(jīng)濟性的最佳方案。但它要求調(diào)度中心必須具有符合實際的電壓和無

功實時優(yōu)化控制軟件，而且對各變電站要有可靠性高的通道；在各變電站，最好要具有智能

執(zhí)行單元。但在我國目前各變電站的基礎(chǔ)自動化水平層次不一的情況下，實現(xiàn)全系統(tǒng)的集中

優(yōu)化控制有較大的難度?，F(xiàn)在一些地區(qū)調(diào)度中心，雖然也自稱為對電壓和無功可以實行集中

控制，但實際上多數(shù)只是由操作員通過RTU執(zhí)行機構(gòu)，進行遠方手動操作，既不能實現(xiàn)自動

優(yōu)化控制，也增加調(diào)度員的負擔，這是目前集中控制普遍存在的一個問題。

(2)分散控制。這是我國當前進行電壓、無功綜合控制的主要方式。分散控制是指在各

個變電站或發(fā)電廠中，自動調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置或其他調(diào)壓設(shè)備，以控制地區(qū)

的電壓和無功功率在規(guī)定的范圍內(nèi)。分散控制是在各廠、站獨立進行的，它可以實現(xiàn)局部地

區(qū)的優(yōu)化，對提高變電站供電范圍內(nèi)的電壓質(zhì)量和降低局部網(wǎng)絡(luò)和變壓器的電能損耗，減少

值班員的操作是很有意義的。但是，目前已實現(xiàn)的變電站分散控制，只能做到局部的優(yōu)化，

無法實現(xiàn)全局的優(yōu)化控制。

(3)關(guān)聯(lián)分散控制。眾所周知，電力系統(tǒng)是個復雜的互聯(lián)系統(tǒng)，其潮流是互相關(guān)聯(lián)的。

電壓水平是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的一個重要因素，在電力系統(tǒng)運行調(diào)度中，往往需要監(jiān)視并控

制某些中樞點電壓和無功功率，使其維持在一個給定的范圍內(nèi)。如何維持這些中樞點的電壓

有多種調(diào)控決策需要選擇。對各個變電站來說，也有各自的優(yōu)化控制方案選擇問題，同時還

必須考慮許多實際問題。例如：一個220kV變電站，要使其中11OkV側(cè)母線電壓調(diào)整至規(guī)定

范圍內(nèi)，方法有多種，例如調(diào)整分接頭位置或投、切補償電容器，都可改變11OkV的母線電

壓。到底采用何種調(diào)節(jié)措施，這必須通過判斷和綜合分析比較變電站的運行方式、運行參數(shù)、

分接頭當前的位置和各組電容器的投、切歷史以及低壓側(cè)母線的電壓水平、負載情況等諸多

因素后，才能選擇最好的調(diào)節(jié)決策進行調(diào)節(jié)。這些調(diào)節(jié)方案的判斷、決策，如果集中由調(diào)度

中心的計算機負責，則必然造成軟件復雜，而且不可能對各變電站因地制宜地考慮得那么細

致。因此，最好的控制方式是采用關(guān)聯(lián)分散控制的方式。

所謂關(guān)聯(lián)分散控制，是指電力系統(tǒng)正常運行時，

由分散安裝在各廠、站的分散控制裝置或控制軟件進行自動調(diào)控，調(diào)控范圍和定值是從

整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行出發(fā)，事先由電壓無功優(yōu)化程序計算好的，而在系統(tǒng)負荷

變化較大或緊急情況或系統(tǒng)運行方式發(fā)生大的變動時，可由調(diào)度中心直接操作控制，或由調(diào)

度中心修改下屬變電站所應(yīng)維持的母線電壓和無功功率的定值，以滿足系統(tǒng)運行方式變化后

新的要求。因此，關(guān)聯(lián)分散控制最大的優(yōu)點是：在系統(tǒng)正常運行時，各關(guān)聯(lián)分散控制器自動

執(zhí)行對各受控變電站的電壓、無功調(diào)控，做到責任分散、控制分散、危險分散；緊急情況下，

執(zhí)行應(yīng)急程序，因而可以從根本上提高全系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。為達此目的，這就要求執(zhí)

行關(guān)聯(lián)分散控制任務(wù)的裝置，除了要具有齊全的對受控站的分析、判斷和控制功能外，還必

須具有強的通信能力和手段。在正常運行情況下，能把控制結(jié)果向調(diào)度報告。系統(tǒng)需要時，

能接受上級調(diào)度下達的命令，自動修改和調(diào)整整定值或停止執(zhí)行自己的控制規(guī)律，而作為調(diào)

度下達調(diào)控命令的智能執(zhí)行單元。對調(diào)度中心而言，必須具備應(yīng)急控制程序，這是今后研究

的方向。

（4）關(guān)聯(lián)分散控制的實現(xiàn)方法。如上所述，關(guān)聯(lián)分散控制器是安裝在變電站，獨立完成

對該站電壓、無功優(yōu)化控制的自動裝置。其實現(xiàn)方法有兩種：一是通過監(jiān)控系統(tǒng)的軟件模塊

實現(xiàn)；另一種是由獨立的關(guān)聯(lián)分散控制裝置實現(xiàn)。

軟件實現(xiàn)的方法，一般是在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)有專用的調(diào)分接頭和調(diào)電容器的控制軟件。這

種方法的最大優(yōu)點是可以減少硬件開銷（增加一些輸入、輸出接口電路是必要的）；缺點是,

對監(jiān)控系統(tǒng)來說，功能過于集中，不容易對電壓和無功控制的規(guī)律和調(diào)控決策進行優(yōu)化。

硬件實現(xiàn)的關(guān)聯(lián)分散控制，實際上是由專門的電壓無功綜合控制裝置實現(xiàn)對U、Q的優(yōu)

化控制。由于該類裝置有獨立的CPU和信息采集以及控制輸出電路，有專門的控制軟件和通

信接口，可以獨立對該站的U、Q進行控制，也可以執(zhí)行來自監(jiān)控系統(tǒng)或調(diào)度的命令。由于

是專用的硬件和軟件，能夠根據(jù)變電站不同的運行方式和工況選擇最優(yōu)的調(diào)控決策，可以自

動判斷運行方式和計算投、切電容對諧波放大的影響及采取合適的抑制措施。同時還可考慮

調(diào)控決策與保護的配合問題?？傊?，其獨立性、靈活性和控制規(guī)律都有其突出的特點。但由

于采用專門的裝置，投資必然增加一些，同時現(xiàn)場還需要進行必要的安裝接線。

低周減載

電力系統(tǒng)的頻率是電能質(zhì)量重要的指標之一。電力系統(tǒng)正常運行時，必須維持頻率在50

土（0.1~0.2）Hz的范圍內(nèi)。系統(tǒng)頻率偏移過大時，發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備都會受到不良的影響。

輕則影響工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；重則損壞汽輪機、水輪機等重要設(shè)備，甚至引起系統(tǒng)的

“頻率崩潰”，致使大面積停電，造成巨大的經(jīng)濟損失。

（一）電力系統(tǒng)頻率偏移的原因

電力系統(tǒng)的頻率是反映系統(tǒng)有功功率是否平衡的質(zhì)量指標。當系統(tǒng)發(fā)出的有功功率有盈

余時，頻率就會上升，超過額定頻率；當系統(tǒng)發(fā)送的有功功率缺額時，頻率就會低于額定值。

電力系統(tǒng)的頻率與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速有著嚴格的對應(yīng)關(guān)系，電機的轉(zhuǎn)速是由作用在機組轉(zhuǎn)軸上的

轉(zhuǎn)矩決定的，原動機輸入的功率如果在扣除了勵磁損耗和各種機械損耗后能與發(fā)電機輸出的

電磁功率保持平衡，則發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將保持不變,

電力系統(tǒng)所有發(fā)電機輸出的有功功率的總和，在任何時刻都將等于此系統(tǒng)包括各種用電

設(shè)備所需的有功功率和網(wǎng)絡(luò)的有功損耗的總和。但由于有功負荷經(jīng)常變化，其任何變動都將

立刻引起發(fā)電機輸出電磁功率的變化，而原動機輸入功率由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的滯后，不能立即隨

負荷波動而作相應(yīng)的變化，此時發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡被打破，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化,

系統(tǒng)的頻率隨之發(fā)生偏移。

在非事故情況下，負荷變化引起的頻率偏移將由電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整來限制。對于負荷

變化幅度小，變化周期短（一般為10s以內(nèi)）所引起的頻率偏移，一般由發(fā)電機的調(diào)速器進

行調(diào)整，這就是電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整。對于負荷變化幅度大，變