110 kV变电站综合自动化系统的设计

唐宇奇

（广西智鑫电力设计有限公司，广西 南宁 530022）

1 引言

随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能质量的要求进一步提高，电网自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展以及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化已具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站综合自动化既是实现电网自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时、可靠、安全、经济运行管理的需要。

本论文主要针对 110 kV变电站综合自动化系统进行设计研究，以期从中找到可靠安全的变电站自动化管理的模式与方法经验，并以此和广大同行分享。

2 110 kV变电站综合自动化系统总体结构设计

本文以电压等级为110 kV为例进行变电站综合自动化系统的设计，一次电气设备接线总体设计方案如下：110 kV进线 2回，电压等级为10 kV出线16回，Y/△变压器，暗备用、备用变压器采用3台循环备用制，只有在主变压设备发生故障后才启用备用变压器，进线侧为内桥接线，出线侧单母线分段接线。

该变电站综合自动化系统采用分层分布式多 CPU并行工作的方式，整个系统分为两层：变电站层和间隔层。

2.1 变电站层

变电站层硬件可分为以下几个部分：

2.1.1 监控主机

监控主机（上位机）主要完成：数据采集处理；运行过程监控：事件显示、打印、报警；图形画面、历史报表显示、打印；图形编辑、报表编辑；数据库定义等功能。

2.1.2 工程师站

工程师站主要负责日常的软件开发、管理及维护，其基本配置与监控主机基本一致。

2.1.3 通信管理机

通信管理机是综合自动化系统的通信枢纽，通信管理机和间隔层单元之间通过CAN总线连接，与监控主机及工程师站之间通过以太网连接。另外，通信管理机还通过外置调制解调器和远方调度通信。通信管理机的主要功能是一个规约转换器，它负责以不同的通讯方式收集来自变电站各智能设备（如保护单元、监控单元及其他智能设备）的实时信息，将其分类、筛选、转换、存储，同时以不同的规约经不同的通信介质向监控主机和远方调度转发。

2.1.4 网络设备及网络电缆

光纤网络设备包括网络HUB、光纤模块、光纤收发器等，主要模块安装在网络设备盘内。变电站层设备通过光纤以太网连接，构成高速、可靠的通信网络。

2.2 间隔层

间隔层各智能单元按照变电站一次设备分布配置，智能单元之间相互独立，仅通过站内的CAN通信网络互联并与变电站层通信管理机连接。在功能分配上，采用可以下放尽量下放的原则，凡是可以在各间隔单元就地完成的功能决不依赖通信网。

间隔层按照变电站一次设备配置有：①主变压器保护单元；②主变压器测控单元；③110 kV线路保护单元；④110 kV分段备自投单元；⑤10 kV线路保护测控单元；⑥10 kV分段备自投单元；⑦10 kV电容器保护测控单元；⑧电压无功控制单元；⑨站用变压器保护测控单元；⑩10 kV PT测控单元。

间隔层各单元硬件结构基本相似，采用 16位的 Intel 80C196KC单片机作为CPU；外扩EPROM和SRAM存储器；模拟量测量输入通道、频率测量通道；开关量输入通道保护、控制出口通道、独立电源等。系统通过间隔层各智能单元来完成对变压器、电容器组、母线、进线、出线等设备的测量、控制、保护等功能。

3 110 kV变电站综合自动化系统的实现

3.1 变电站自动化系统数据采集模块的实现

该模块主要是用来对变电站现场所有需要监视的电气设备的电参量和各种开关信号的实时信号采集当前状态。它包括各生产设备运行参数状态及系统安全稳定裕度的图形显示，如各电流电压幅值、变电站的电能度数、各个断路器的状态、上下刀开关的状态、各类参量波形变比趋势显示等。

根据系统结构设计，结合实时性的要求必须对二条以上的线路同时进行数据采集和分析，并且对每条线路的数据采集和分析必须是独立的、同步的，互不干扰，互不影响。目前绝大多数计算机采用的是冯诺依曼体系结构，这种结构的特点是顺序处理，一个处理器在同一时刻只能处理一件事情。为了满足用户的要求，根据大型机的并行处理模式，我们采用了仿并行处理技术。这种技术采用了一种全新的调度策略，将处理器的运算时间分成若干个时间片，当对某一条线路进行监测和分析时，就占用一个时间片；当对另一条线路进行监测和分析时，就占用另一个时间片，这样轮流占用，由于处理器的指令处理周期为10 s～9 s的数量级，这样就可以近似地认为是在对每条线路同时进行监测和分析。

在本系统中，上位机（工业计算机）通过发送采集命令来获取下位机的响应，下位机通过不断查询来确定是否被访问，一有命令数据采集模块立刻响应发送采集到的数据。上位机接收数据后进行相应的处理。对于每条总线都必须执行上述的过程，所以采用了多线程，每条总线采用一个线程，从而实现了同时并行的对所有总线进行数据采集。

3.2 系统数据库系统的实现

数据库是作为110 kV变电站综合自动化系统的核心。为了有助于数据信息的管理和运用，系统将数据信息按一定的数据结构进行组织管理。系统中数据结构设计的优劣直接影响到系统的规模、功能展现、开放性和实时性指标，根据对本系统的分析我们采用了内存数据库、实时数据库、历史数据库的三层数据库结构。考虑到开发周期和维护、升级成本，系统采用商用数据库作为实时数据库及历史数据库。

对于本系统各个数据库的具体层次设计方案分析如下，4台工业计算机中既有内存数据库又有实时数据库，内存数据库存在于该计算机的内存缓冲区中，实时数据库是以文本的形式存在于硬盘中；两台互为备用的服务器里面也有实时数据库和历史数据库，这里的实时数据库有别于4台工业计算机的实时数据库，它的数据是由4台工业计算机上定时下载后保存在服务器上的，历史数据库中的数据由实时数据库中的数据经过稀疏处理后导入数据库中。由于数据库具体设计参考资料太多，因此本文不予赘述。

4 结束语

变电站综合自动化技术的应用必将实现变电站现代化管理，从根本上改变传统变电站的主体结构和值班维护方式，充分体现出现代化生产的特点，是当代电网自动化技术发展的必然趋势。本文对变电站综合自动化的总体结构设计进行了探讨，并对其中自动化系统实现的关键技术进行了研究分析，对于变电站综合自动化系统的建设而言是一次有益的尝试与探索，同时本论文所探讨的自动化设计方案，对于更高电压等级，如380 kV（330 kV）、500 kV等变电站综合自动化系统的设计也有一定指导和借鉴意义。