【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 多國(guó)際性組織或權(quán)威機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行這項(xiàng)工作，如國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）、國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（ CICRE）、德國(guó)電力事業(yè)聯(lián)合會(huì)（VDEW）和電工供貨商機(jī)構(gòu)（ZVEI ）、美國(guó)電力科學(xué)研究院（ EPRI）和 IEEE 的電力工程學(xué)會(huì)（IEEE 、 PES）都正在制訂或已制訂了某些標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)電力行業(yè)協(xié)會(huì)（VDEW）為電子制造商協(xié)會(huì)（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 IEC TC 57 在起草保護(hù)與控制之間接口標(biāo)準(zhǔn)的參考，內(nèi)容非常豐富。德國(guó)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(jì)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(jí)（Station Level）和元件／間隔級(jí)（Bay LeveI）。對(duì)于系統(tǒng)的硬件、軟件、參數(shù)化、資料、測(cè)試、驗(yàn)收和現(xiàn)場(chǎng)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(duì)德國(guó)國(guó)內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展而且對(duì)整個(gè)歐洲地區(qū)都起了一定的促進(jìn)和規(guī)范作用。美國(guó)電力科學(xué)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(hù)項(xiàng)目的系統(tǒng)規(guī)范，于 1983 年 8 月發(fā)表（EL1813 ），1989 年又進(jìn)行了修改與增補(bǔ)。該規(guī)范定義出了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的范疇，同時(shí)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(dòng)化的基本要求，總共逐個(gè)規(guī)定了 26 種功能。普遍認(rèn)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(guó)際電工委員會(huì)第 57 次技術(shù)委員會(huì)（IEC TC 57）為了配合變電站綜合自動(dòng)化方面的進(jìn)展，成立了“變電站控制和保護(hù)接口”工作組，負(fù)責(zé)起草該接口的通信標(biāo)準(zhǔn)，該工作組共12 個(gè)國(guó)家（主要集中在北美和歐洲，亞洲有中國(guó)，非洲有南非） 2022 位成員參加。從 1994年 3 月到 1995 年 4 月舉行了四次討論會(huì)，于 1995 年 2 月向 IEC 秘書處提交了保護(hù)通信伙伴標(biāo)準(zhǔn) IEC87Q5103，為控制與保護(hù)之間的通信提供了一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程我國(guó)變電站綜合自動(dòng)化的研究工作開始于 80 年代中期。 1987 年，清華大學(xué)電機(jī)工程系研制成功一套符合國(guó)情的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，在山東威海 35kV 望島變電站投入運(yùn)行，用 3 臺(tái)微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了全站的微機(jī)繼電保護(hù)、監(jiān)測(cè)和控制功能。之后．隨著 1988 年由華北電力學(xué)院研制的第 1 代微機(jī)保護(hù)（01 型）投入運(yùn)行，第 2 代微機(jī)保護(hù)（WXB—11）1990年 4 月投入運(yùn)行并于同年 12 月通過(guò)部級(jí)鑒定。這樣，在遠(yuǎn)動(dòng)裝置采用微機(jī)技術(shù)后，更為復(fù)雜的繼電保護(hù)全面采用微機(jī)技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。至此，隨著微機(jī)保護(hù)、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)、微機(jī)故障錄波、10 / 80微機(jī)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(duì)獨(dú)立造成了各行其是，重復(fù)硬件投資，互連復(fù)雜，甚至影響運(yùn)行的可靠性。1990 年，清華大學(xué)在研制鞍山公園變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，首先提出了將監(jiān)控系統(tǒng)和 RTU 合二為一的設(shè)計(jì)思想。1992 年 5 月．電力部組織召開的“全國(guó)微機(jī)繼電保護(hù)可靠性研討會(huì)”指出：微機(jī)保護(hù)與RTU，微機(jī)就地監(jiān)控．微機(jī)錄波器的信息傳送，時(shí)鐘、抗干擾接地等問(wèn)題應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃并制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，微機(jī)保護(hù)的聯(lián)網(wǎng)勢(shì)在必行。由南京電力自動(dòng)化研究院研制的第 1 套適用于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的成套微機(jī)保護(hù)系統(tǒng) ISA－1 于 1993 年通過(guò)部級(jí)鑒定以后，各地電網(wǎng)逐步開始大量采用變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。1994 年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)繼電保護(hù)及自動(dòng)化專委會(huì)在珠海召開了“變電站綜合自動(dòng)化分專業(yè)委員會(huì)”的成立大會(huì)，這標(biāo)志著對(duì)變電站綜合自動(dòng)化的深入研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新階段。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)研制和生產(chǎn)單位推出的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及產(chǎn)品很多，根據(jù)該技術(shù)的發(fā)展過(guò)程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，歸納起來(lái)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(hù)與自動(dòng)裝置等設(shè)備的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，一般稱為增強(qiáng)型 RTU 方式，也稱集中式，或第 1 代綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該類系統(tǒng)實(shí)際上是在常規(guī)的繼電保護(hù)及二次接線的基礎(chǔ)上增設(shè) RTU 裝置以實(shí)現(xiàn)“四遙”。結(jié)構(gòu)上僅是站級(jí)概念，有關(guān)重要信息（如保護(hù)動(dòng)作信息等）通過(guò)硬接點(diǎn)送給 RTU 裝置，變電所的監(jiān)測(cè)量一般經(jīng)變送器變換后送給 RTU。開關(guān)監(jiān)測(cè)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(diǎn)是：系統(tǒng)功能不強(qiáng)，硬件設(shè)備重復(fù)、整體性能指標(biāo)低，系統(tǒng)聯(lián)接復(fù)雜，可靠性低，但其成本低，特別適合于老站改造?，F(xiàn)在全國(guó)大量遠(yuǎn)行的無(wú)人值班變電站多采用此種模式。實(shí)際上該類系統(tǒng)僅為變電站綜合自動(dòng)化的初級(jí)形式，尚不能稱為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。11 / 80屏YX 屏YK屏RTU主 控 制 屏保 護(hù) 屏變 送 器 屏電 度 表 屏直 流 屏配 電 屏 其 它 屏 體故 障 錄 波裝 置小 電 流 接地 裝 置 繼 電 保 護(hù)有 功 /無(wú) 功電 流 /電 壓其 它 等電 量 /檔 位電 度 表脈 沖20V直 流20V交 流 控 制 把 手10KV控 制 把 手35KV中 央 信 號(hào) 屏指 示 信 號(hào)多 種ES60 YKX交 直 流 電防 雷 裝 置源 切 換 及開 關(guān) 柜或10KV端 子 箱高 壓 開 關(guān) 室控 制 室 外UPS自 動(dòng) 化 主 站 系 統(tǒng)調(diào) 度 室遙 控 接 線遙 信 接 線遙 測(cè) 接 線電 度 接 線遠(yuǎn) 方 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng)變 電 站 控 制 室直 流 /溫 度YKX第 2 種類型早期的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)多為集中式，由一臺(tái)或兩臺(tái)計(jì)算機(jī)完成變電站的所有繼電保護(hù)、測(cè)量監(jiān)視、操作控制、中央信號(hào)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(wú)關(guān)，采用模塊化軟件連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，集中采集信息，集中處理運(yùn)算。具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，但可擴(kuò)充性、可維護(hù)性差。12 / 80調(diào) 度 主 站 系 統(tǒng)調(diào) 制 解 調(diào) 器后 臺(tái) 機(jī) 開 關(guān) 量輸 入 板V20CPU板開 關(guān) 量輸 出 板鍵 盤接 口 板A/D轉(zhuǎn) 換 板漢 字 庫(kù)板系 統(tǒng)支 持 板電 量 變 送 器 斷 路 器 繼 電 器S TD B US第 3 種類型為從硬件結(jié)構(gòu)上按功能對(duì)裝置進(jìn)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(jī)單元（總控單元）、遙控執(zhí)行單元、保護(hù)單元組成。各功能單元（設(shè)備）通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)等手段實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成系統(tǒng)。該類系統(tǒng)可替代常規(guī)的保護(hù)屏、控制屏、中央信號(hào)屏、遠(yuǎn)動(dòng)屏、測(cè)量?jī)x表等。它具有較強(qiáng)的在線功能。各種功能比較完善，且人機(jī)界面較好。但系統(tǒng)仍然比較復(fù)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(méi)有從整體上來(lái)考慮變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、一般僅是監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單的相加。由于我國(guó)保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)分屬不同的部門和專業(yè)。故我國(guó)目前的大多數(shù)綜合自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)，是一種過(guò)渡方案。13 / 80C70 48VDCCANBus10k/s通 訊 控 制 器 AC70 通 訊 控 制 器 B通 訊 切 換 裝 置交 流直 流20V20V 調(diào) 度 主 站 系 統(tǒng)調(diào) 制 解 調(diào) 器微 機(jī) 保 護(hù)智 能 電 度 表小 電 流 接 地裝 置電 壓 無(wú) 功 自動(dòng) 控 制 裝 置其 它 智 能 裝 置集 控 中 心 其 它 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng) 當(dāng) 地 監(jiān) 控 系 統(tǒng)iESL70交 /直 流 切 換UPS系 統(tǒng) 主 電 源R705變 電 站 二 次 回 路20:35:43GPS 鐘組 屏R701組 屏 R703組 屏 R704組 屏R7026組 屏第 4 種類型系統(tǒng)是采用國(guó)際上成熟的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，引入了站控級(jí)和間隔級(jí)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(jí)）和間隔層設(shè)備（間隔級(jí)）。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(tái)主變壓器。每一間隔層設(shè)備包括保護(hù)、控制、測(cè)量、通信、錄波等所有功能。設(shè)計(jì)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(dú)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(guò)間隔層設(shè)備了解和掌握整個(gè)變電站實(shí)時(shí)運(yùn)行情況、并通過(guò)間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)變電站控制，它還負(fù)責(zé)站內(nèi)信息收集、分析、存儲(chǔ)以及與遠(yuǎn)方調(diào)度中心的聯(lián)系，這類系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息資源的共享以及保護(hù)、監(jiān)控功能的綜合化，大大簡(jiǎn)化了站內(nèi)二次回路，它完全消除了設(shè)備之間錯(cuò)綜復(fù)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(fù)擔(dān)。同時(shí)大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性，是綜合自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)主要電力自動(dòng)化研究生產(chǎn)單位的系統(tǒng)均屬于此類產(chǎn)品。針對(duì) 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(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)以“四合一”（保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控）的測(cè)控保護(hù)裝置為基礎(chǔ)，配合相應(yīng)的測(cè)控和自動(dòng)化裝置構(gòu)成。220kV～500kV 的高壓變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，考慮其復(fù)雜性，仍采用保護(hù)、監(jiān)控完全獨(dú)立裝置或系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)均屬于分層分布式系統(tǒng)。14 / 80SL30 CANBusCAL21通 訊 控 制 器 A通 訊 切 換 裝 置調(diào) 度 主 站 系 統(tǒng)調(diào) 制 解 調(diào) 器集 控 中 心 其 它 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng)當(dāng) 地 監(jiān) 控 系 統(tǒng)SL3020:35:43GPS 鐘CA21… CAT21變 電 站 層 間隔層生 產(chǎn) 過(guò) 程 層CAL21 CAB21SL30 通 訊 控 制 器 BCAM213CAT21其 它智 能設(shè) 備上述產(chǎn)品類型也很大程度上反映了目前在綜合自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域上的 2 種技術(shù)觀點(diǎn)。第 1種技術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要考慮“四遙量”的采集，以點(diǎn)為對(duì)象，面向”功能設(shè)計(jì)”，故變電站綜合自動(dòng)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(lái)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(jī)保護(hù)的聯(lián)系只要通過(guò)裝置上的串行口收集信息即可，并且特別強(qiáng)調(diào)保護(hù)的獨(dú)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(dòng)化系統(tǒng)源于傳統(tǒng)的“四遙”并且是在微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)、微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，且保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)分屬不同的部門和專業(yè)，故這種技術(shù)觀點(diǎn)曾一度流行。而第 2 種技術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為：綜合自動(dòng)化技術(shù)是以先進(jìn)可靠的微機(jī)保護(hù)為核心，以成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將測(cè)量控制與繼電保護(hù)融為一體，共享數(shù)據(jù)資源，并十分強(qiáng)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(duì)應(yīng)的一次設(shè)備為對(duì)象，面向“對(duì)象設(shè)計(jì)”。當(dāng)然它也強(qiáng)調(diào)保護(hù)的相對(duì)獨(dú)立性，主張?jiān)跊Q不降低保護(hù)可靠性和功能的前提下，目前至少可以在低壓上采用保護(hù)與測(cè)控合一的綜合裝置。第 2 種技術(shù)觀點(diǎn)是在微機(jī)保護(hù)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(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)分屬不同的部門和專業(yè)、加之技術(shù)發(fā)展有個(gè)過(guò)程，開始持這類觀點(diǎn)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(jì)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的成功授運(yùn)，并加之這一技術(shù)觀點(diǎn)與目前國(guó)際上先進(jìn)的設(shè)計(jì)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(diǎn)正逐步成為大家的共識(shí)，它也成為了目前綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。15 / 802. 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)容和功能 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容十多年來(lái)，我國(guó)開展變電站自動(dòng)化的研究與開發(fā)工作，主要包括如下兩方面內(nèi)容：（1）對(duì) 110kV 及以下中、低壓變電站，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)，對(duì)變電站的二次設(shè)備進(jìn)行全面的技術(shù)改造，取消常規(guī)的保護(hù)、監(jiān)視、測(cè)量、控制屏，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化，以全面提高變電站的技術(shù)水平和運(yùn)行管理水平，并逐步實(shí)行無(wú)人值班或減人增效。（2）對(duì) 220kV 以上的變電站，主要是采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以提高運(yùn)行管理水平，同時(shí)采用新的保護(hù)技術(shù)和控制方式，促進(jìn)各專業(yè)在技術(shù)上的協(xié)調(diào)，達(dá)到提高自動(dòng)化水平和運(yùn)行、管理水平的目的?？傊?，變電站綜合自動(dòng)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(shí)現(xiàn)變電站正常運(yùn)行的監(jiān)視和操作，保證變電站的正常運(yùn)行和安全。發(fā)生事故時(shí)，由繼電保護(hù)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(fù)正常操作。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，綜合自動(dòng)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(yùn)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(jì)劃提供原始數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化的目標(biāo)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(yùn)行水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，提高供電質(zhì)量，促進(jìn)配電系統(tǒng)自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能變電站綜合自動(dòng)化是多專業(yè)性的綜合技術(shù)，它以微計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站傳統(tǒng)的繼電保護(hù)、控制方式、測(cè)量手段、通信和管理模式的全面技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行管理的一次變革。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議 工作組在研究變電站的數(shù)據(jù)流時(shí)，分析了變電站自動(dòng)化需完成的功能大概有 63 種， 歸納起來(lái)可分為以下幾種功能組：①控制、監(jiān)視功能；②自動(dòng)控制功能；③測(cè)量表計(jì)功能；④繼電保護(hù)功能；⑤與繼電保護(hù)有關(guān)功能；⑥接口功能；⑦系統(tǒng)功能。結(jié)合我國(guó)的情況，具體來(lái)說(shuō)，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能主要體現(xiàn)在微機(jī)保護(hù)、安全自動(dòng)控制、遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控、通信管理四大子系統(tǒng)的功能中，下面注意論述。