第三节 变电站综合自动化系统的结构形式

变电站综合自动化系统的结构形式由早期的集中式发展为目前的分层分布式。在分层分布式结构中，按照保护与测控装置安装的位置不同，分为集中组屏、分散安装、分散安装与集中组屏相结合等类型，而完全分散式结构是今后的发展方向。

一、集中式综合自动化系统

集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能，如图110所示。

图110 集中式结构的综合自动化系统框图

需要指出的是，集中式结构并非指由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控、与调度通信等功能也是由不同的微机完成的，只是每台微机承担的任务多一些。这种结构形式的综合自动化系统是按变电站的规模来配置相应容量、功能的微机保护装置和监控主机及数据采集系统，组态不灵活。

集中式结构的缺点是：每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大；软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦；组态不灵活，影响了批量生产，不利于推广；集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。

二、分层（级）分布式综合自动化系统

由于集中式综合自动化系统存在许多不足，随着计算机技术和网络通信技术在变电站综合自动化系统中应用，出现了目前广泛采用的分层分布式综合自动化系统。

（一）分层分布式结构的概念

所谓分层式结构，是指将变电站信息的采集和控制从逻辑上分为过程层、间隔层和站控层三个级分层布置。过程层又称为0层或设备层，间隔层又称1层或单元层，站控层又称2层或变电站层。

“分布”体现在“功能的分布化”上，也就是对智能电子设备IED的设计理念上由集中式自动化系统中的面向厂、站转变为面向对象（如一次设备的一个间隔）。分布式结构中多个CPU并行工作，各CPU之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。图111为面向间隔的分层分布式结构示意图。

1.过程层设备

过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分，实际上是指与变电站一次设备断路器、隔离开关和电流互感器CT、电压互感器PT的接口设备。

过程层的主要功能是：（1）实时的电气量检测。

主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测。

（2）运行设备的状态参数检测。

变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、隔离开关、母线、电容器、电抗器和直流电源系统，在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性及工作状态等数据。

（3）操作控制的执行与驱动。

图111 分层分布结构示意图

操作控制的执行与驱动内容包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制。

在当前大量应用的变电站综合自动化系统中，由于一次设备的智能化尚未实现，过程层的功能实际全部由间隔层的设备来实现。因此，有时也将变电站综合自动化系统的逻辑结构划分为变电站层和间隔层两层。

2.间隔层设备

间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制和保护功能。间隔层的设备主要有各种微机保护装置、测控装置、保护测控装置、电能计量装置及各种自动装置，它们都被看做是智能电子装置IED。

间隔层设备的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。

3.站控层设备

站控层包括监控主机、远动通信机等设备。在大型变电站内，站控层的设备要多一些，除了通信网络外，还包括1～2个监控工作站，1～2个远动工作站、工程师站等；在中小型变电站内，站控层的设备少一些，通常由1台或2台互为备用的计算机完成监控、远动及工程师站的全部功能。

站控层的主要功能：

（1）通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库。

（2）按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心。

（3）接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。（4）具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能。

（5）具有（或备有）站内当地监控的人机联系功能，如显示、操作、打印、报警和实

现视频、声音等多媒体功能。

（6）具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能。（7）具有（或备有）变电站故障自动分析和操作培训功能。

（二）分层分布式变电站综合自动化系统的组屏及安装方式

这里所说的组屏及安装方式是指将间隔层各IED及站控层各计算机以及通信设备如何组屏和安装。在分层分布式变电站综合自动化系统中，站控层的各主要设备都布置在主控室内；间隔层中的电能计量单元和根据变电站需要而选配的备用电源自动投入装置、故障录波装置等公共单元均分别组合为独立的一面屏柜或与其他设备组屏，也安装在主控室内；间隔层中的各IED通常根据变电站的实际情况安装在不同的地点。按照间隔层中各IED的安装位置，综合自动化系统有以下三种不同的组屏和安装方式。

1.集中组屏

集中组屏是将间隔层中各保护测控装置机箱根据其功能分别组装为变压器保护测控屏、各电压等级线路保护测控屏等多个屏柜，并且把这些屏柜都集中安装在变电站的主控室内，如图112所示。

图112 集中组屏结构形式

集中组屏的优点是便于设计、安装、调试和管理，可靠性也较高。主要缺点是安装时需要的控制电缆相对较多，增加了电缆投资。这是因为一次设备的运行状态参数须通过电缆送到主控室各个屏柜的保护测控装置，而保护测控装置发出的控制命令也须通过电缆送到各间隔断路器的操作机构。

2.集中组屏与分散安装相结合

这种安装方式是将10～35kV馈线的保护测控一体化装置分散安装在所对应的开关柜上，而将高压线路和主变保护、测控装置及其他自动装置采用集中组屏安装在控制室内，

如图113所示。

将馈线保护测控一体化装置就地安装在开关柜上可大量节约二次电缆，而对于高压线路和主变的保护、测控及其他重要的装置来说，因集中组屏安装在环境较好的控制室，可靠性较高。因此，这种安装方式在我国比较常用。

3.全分散式

全分散安装方式是将间隔层中所有间隔的保护测控装置，包括低压配电线路、高压线路和主变等间隔的保护测控装置均分散安装在开关柜上或距离一次设备较近的保护小间

图113 集中组屏与分散安装相结合的综合自动化系统结构图

内，各装置只通过通信电缆与主控室的变电站层设备进行信息交换。全分散式结构如图1 14所示，图115为保护小间的实景图。

图114 全分散式综合自动化系统结构图

由于各保护测控装置安装在一次设备附近，大大缩小了控制室的面积，节省了大量连接电缆，也减少了施工和设备安装工程量。随着电子式互感器和光纤通信技术的发展，全分散式结构是变电站综合自动化系统的发展方向。

图115 保护小间

（a）某500kV保护小间；（b）某220kV保护小间