变电站自动化发展综述

变电站自动化发展综述（精选6篇）

篇1：变电站自动化发展综述

国内外变电站自动化技术发展现状及发展趋势

作者：

指导老师：

摘要：根据有关工作调研、设计实践，对国内外变电站综合自动化的现状和发展 进行了总结和分析, 并对当前应用变电站综合自动化技术提出了若干建议。关键词：变电站综合自动化 结构 性能

Abstract: According to the status and development of related research, design practice , both at home and abroad substation integrated automation Summarized and analyzed, and the current integrated substation automation technology made several recommendations.Keywords：substation integrated automation

configuration

performance 引言：变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）应用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站实施自动监视、测量、控制和协调，以及与调度通信等综合性的自动化系统。实现变电站综合自动化，可提高电网的安全、经济运行水平，减少基建投资，并为推广变电站无人值班提供了手段。计算机技术、信息技术和网络技术的迅速发展，带动了变电站综合自动化技术的进步。近年来，随着数字化电气量测系统（如光电式互感器或电子式互感器）、智能电气设备以及相关通信技术的发展，变电站综合自动化系统正朝着数字化方向迈进。

1.国内变电站综合自动化技术发展现状和趋势

我国变电站综合自动化技术的起步发展虽比国外晚, 但我国70年代初期便先后研制成电气集中控制装置和 “四合一”装置(保护、控制、测量、信号)。如南京电力自动化设备厂制造的 DJK 型集中控制装置, 长沙湘南电气设备厂制造的 WJBX 型“四合一”集控台。这些称之为集中式的弱电控制、信号、测量系统的研制成功和投运为研制微机化的综合自动化装置积累了有益的经验。70年代末80年代初南京电力自动化研究院率先研制成功以 Motorola 芯片为核心的微机 RT U 用于韶山灌区和郑州供电网, 促进了微机技术在电力系统的广泛应用。1987年, 清华大学在山东威海望岛35kV 变电站用3台微型计算机实现了全站的微机继电保护、监测和控制功能。之后, 随着1988年由华北电力学院研制的第1代微机保护(OI 型)投 入运行, 第 2代微机保护(WXB-11)1990年4月投入运行并于同年12月通过部级鉴定。较远动装置采用微机技术滞后且更为复杂的继电保护全面采用微机技术成为现实。至此,随着微机保护、微机远动、微机故障录波、微机监控装置在电网中的全面推广应用,人们日益感到各专业在技术上保持相对独立造成了各行其是, 重复硬件投资, 互连复杂, 甚至影响运行的可靠性。1990年,清华大学在研制鞍山公园变电站综合自动化系统时, 首先提出了将监控系统和 RT U 合而为一的设计思想。1992年5月,电力部组织召开的“全国微机继电保护可靠性研讨会”指出: 微机保护与 RT U, 微机就地监控, 微机录波器的信息传送, 时钟、抗干扰接地等问题应统一规划并制定统一标准, 微机保护的联网势在必行。由南京电力自动化研究院研制的第1套适用于综合自动化系统的成套微机保护装置 ISA 于1993年通过部级鉴定以后, 各地电网逐步开始大量采用变电站综合自动化系统。1994年中国电机工程学会继电保护及自动化专委会在珠海召开了 “变电站综合自动化分专业委员会”的成立大会,这标志着对变电站综合自动化的深入研究和应用进入了一个新阶段。

目前, 国内有关研制和生产单位推出的变电站自动化系统及产品很多, 根据该技术的发展过程及系统结构特点, 归纳起来可分为3种典型类型。第1种类型为基于 RT U、变送器及继电保护与自动装置等设备的变电站综合自动化系统, 一般称为增强型 RT U 方式, 也称集中式, 或第1代综合自动化系统。该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设 RT U 装置以实现 “四遥”。结构上仅是站级概念, 有关重要信息通过硬接点送给 RT U 装置, 变电所的监测量一般经变送器变换后送给 RT U。开关监测量是直接引至 RT U , RT U 的控制输出一般经遥控执行柜发出控制命令。该类系统的特点是: 系统功能不强, 硬件设备重复, 整体性能指标低, 系统联接复杂, 可靠性低, 但其成本低, 特别适合于老站的改造。实际上该类系统仅为变电站综合自动化的初级形式, 尚不能称为综合自动化系统。第2种类型为从硬件结构上按功能对装置进行了划分, 摒弃了集中式单 CP U 结构而走向分散, 系统由数据采集单元,主机单元、遥控执行单元、保护单元组成。各功能单元通过通信网络等手段实现有机结合, 构成系统。该类系统可替代常规的保护屏、控制屏、中央信号屏、远动屏、测量仪表等。它具有较强的在线功能。各种功能比较完善, 且人机界面较好。但系统仍然比较复杂, 联结电缆较多, 系统可靠性不太高。这类系统虽然做到了一定程度上的分散,但没有从整体上来考虑变电站综合自动化系统的结构, 一般仅是监控系统和保护系统简单的相加。由于我国保护和远动分属不同的部门和专业。故我国目前的大多数综合自动化系统均属此类结构系统。这类系统一般称为分散式系统或第2代综合自动化系统, 是一种过渡方案。第3种类型系统是采用国际上成熟的先进设计思想, 引入了站控级和间隔级概念, 系统采用分层分布式结构。设备分变电站层设备(站控级)和间隔层设备(间隔级)。间隔层设备原则上按一次设备组织, 例如1条线路、1台主变压器。每一间隔层设备包括保护、控制、测量、通信、录波等所有功能。设计的原则是: 凡是可以在本间隔层设备完成的功能, 尽量由间隔层设备就地独立处理, 不依赖于通信网和变电站层设备。变电站层设备是通过间隔层设备了解和掌握整个变电站实时运行情况, 并通过间隔层设备实现变电站控制, 它还负责站内信息收集、分析、存储以及与远方调度中心的联系, 这类系统实现了信息资源的共享以及保护、监控功能的综合化,大大简化了站内二次回路, 它完全消除了设备之间错综复杂的二次电缆。由于间隔层设备可放在开关柜上或放置在一次设备附近, 从而可大大缩小主控制室面积, 节省控制电缆, 减少 CT 负担。同时大大提高了整个系统的可靠性、可扩展性, 是综合自动化系统的发展方向。该类系统一般称为分层分布式系统, 也称为第3代变电站综合自动化系统。第1种技术观点认为: 变电站综合自动化系统主要考虑 “四遥量”的采集, 以点为对象, 面向 “功能设计”, 故变电站综合自动化系统应以传统 RT U 装置或在其基础上发展起来的数据采集装置、主控单元、遥控执行等装置组成的监控为基础组成, 它与微机保护的联系只要通过装置上的串行口收集信息即可, 并且特别强调保护的独立性, 即两者不能有任何硬件上的融合。由于变电站综合自动化系统源于传统的 “四遥”并且是在微机远动、微机保护基础上发展起来的, 且保护和远动分属不同的部门和专业, 故这种技术观点曾一度流行。而第2种技术观点认为: 综合自动化技术是以先进可靠的微机保护为核心, 以成熟的网络通信技术将测量控制与继电保护融为一体, 共享数据资源, 并十分强调系统的总体结构优化以及系统的可靠性。系统是以对应的一次设备为对象, 面向“对象设计”。当然它也强调保护的相对独立性, 主张在决不降低保护可靠性和功能的前提下, 目前至少可以在低压上采用保护与测控合一的综合装置。第2种技术观点是在微机保护技术成熟并向网络化多功能方向发展的基础上形成的。因此, 第2种技术观点正逐步成为大家的共识, 它也成为了目前综合自动化技术发展的趋势和潮流。

综观目前国内变电站综合自动化技术的发展轨迹, 我们可以看出如下发展趋势:在总体结构上引入国际上成熟的先进设计思想, 采用分层分布式结构, 并采用计算机局域网(L AN), 通信规约向国际标准靠拢;通信媒介普遍采用光纤, 因为光纤具有抗电磁干扰的突出优点;c.间隔层设备逐步采用保护与测控合一的综合装置, 对于配电线直接安装在开关柜上。

2.国外变电站综合自动化技术发展概况

国外从70年代末、80年代初就开始进行保护和控制综合自动化系统的新技术开发研究工作。其主要特点为: 系统一般采用分层分布式, 系统由站控级和元件/ 间隔级组成, 大部分系统在站控级和元件/ 间隔级的通信采用星形光纤连接,继电保护装置下放到就地, 主控制室与各级电压配电装置之间仅有光缆联系, 没有强电控制电缆进入主控制室, 这样节约了大量控制电缆, 大大减少对主控制室内计算机系统及其他电子元件器的干扰,提高了运行水平和安全可靠性。2.1国外在制定变电站综合自动化技术规范方面的进展

国外变电站综合自动化系统制造厂商颇多, 但他们彼此之间一开始就十分注意系统的技术规范和标准的制定及协调, 以避免各自为政造成的不良后果, 以便于这门新技术能够迅速发展和广泛的应用。目前, 许多国际性组织或权威机构都在进行这项工作, 如国际电工委员会(IEC)、国际大电网会议(CIGRE)、德国电力事业联合会(VDEW)和电工供货商机构(ZVEI)、美 国 电 力 科 学 研 究 院(EP RI)和 IEEE 的电力工程学会(IEEE、PES)都正在制订或已制订了某些标准。1.2.1 德国电力事业联合会(VDEW)和电工供货商机构(Z VEI)制定的关于数字式变电站保护控制系统的推荐草案。该草案于1987年公布, 成为 IECT C57在起草保护与控制之间接口标准的参考。德国的3大电气公司Siemens、ABB、AEG 基本上是按照这一推荐规范设计和开发自己的产品。该草案把变电站的结构规定为 站 控 级(St atio n L evel)和元 件/ 间隔 级(BayL ev el)。对于系统的硬件、软件、参数化、资料、测试、验收和现场调试等都做出了具体而详尽的规定。该推荐草案的公布不仅对德国国内变电站综合自动化的发展而且对整个欧州地区都起了一定的促进和规范作用。

2.2美国电力科学研究院关于变电站控制与保护工程的系统规范

该规范由美国电力科学研究院(EPRI)委托西屋电气公司研究起草, 于1983年8月发表, 1989年11月对该规范作了进一步的修改与增补。该规范定义出了变电站综合自动化系统的范畴, 同时列出了该系统应具备的功能菜单, 规定了每一种功能应具备的内容及基本要求。它反映了变电站综合自动化的基本要求, 总共逐个规定了26种功能。普遍认为, 任何一种装置的功能都不可能超出上述功能清单之外。

3.国内变电站自动化技术发展存在的问题

目前变电站综合自动化系统的设计还没有统一标准，因此标准问题，其中包括技术标准、自动化系统模式、管理标准等问题，是当前迫切需要解决的问题。3.1不同产品的接口问题

接口是综合自动化系统中非常重要而又长期以来未得到妥善解决的问题之一，包括RTU、保护、小电流接地装置、故障录波、无功装置等与通信控制器、通信控制器与主站、通信控制器与模拟盘等设备之间的通信。这些不同厂家的产品要在数据接口方面沟通，需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通信规约等问题。当不同厂家的产品、种类很多时，问题会很严重。如果所有厂家的自动化产品的数据接口遵循统一的、开放的数据接口标准，则上述问题可得到圆满解决，用户可以根据各种产品的特点进行选择，以满足自身的使用要求。3.2运行维护人员水平不高的问题 解决好现行的变电站综合自动化系统管理体制和技术标准等问题的同时，还要培养出一批高素质的专业队伍。目前，变电站综合自动化系统绝大部分设备的维护依靠厂家，在专业管理上几乎没有专业队伍，出了设备缺陷即通知相应的厂家来处理，从而造成缺陷处理不及时等一系列问题。要想维护、管理好变电站综合自动化系统，首先要成立一只专业化的队伍，培养出一批能跨学科的复合型人才，加宽相关专业之间的了解和学习。其次，变电站综合自动化专业的划分应尽快明确，杜绝各基层单位“谁都管但谁都不管”的现象。变电站综合自动化专业的明确，对于加强电网管理水平，防止电网事故具有重大意义。

结论

近年来，通信技术和计算机技术的迅猛发展，给变电站综合自动化技术水平的提高注入了新的活力，变电站综合自动化技术正在朝着网络化、综合智能化、多媒体化的方向发展。

参 考 文 献

[1]龚强.王津.地区电网调度自动化技术与应用.北京: 中国电力出版社,2005.[2]张继雄.变电站自动化系统选型中应注意的问题.内蒙古电力技术,2005,2.[3]洪良山.变电站自动化的现状与发展.电力自动化设备,1999 [4]齐有武.浅谈变电站综合自动化系统及其发展趋势,科学论坛,2011

篇2：变电站自动化发展综述

早期的变电站远动技术

早期的远动技术可以追溯到20世纪40年代至70年代期间，是在自动电话交换机和电子技术基础上逐步发展起来的，最早用于电力工业的远动设备便是由电话继电器、步进器和电子管为主要元器件组成的。随着半导体技术的发展，60年代开始出现晶体管无触点式远动设备，70年代出现集成电路远动设备。这一阶段的远动设备有如下主要特点：不涉及软件，设备都是由硬件制造的，即非智能硬线逻辑方式；核心硬件是晶体管以及中小规模集成电路芯片，其中晶体管开始采用锗管，后来过渡到硅管，而集成电路芯片开始采用PMOS技术芯片，后来采用CMOS技术和TTL技术；其设计理念是面向全站，而不是面向元件或者间隔，因此都采用集中组屏方式；置于厂站端的终端设备与置于远方控制中心或调度中心的接收设备均为一对一方式；远动设备内部各部分之间以并行接口技术为主，很少或几乎不使用串行接口技术；与远方控制中心或调度中心之间的通信以电力线载波技术为主，且多为复用；大部分远动设备只完成遥测与遥信二遥功能，少部分具有遥控遥调的所谓四遥功能。

早期的远动设备由被控站远动设备及厂站远动设备、控制站远动设备、远动通道三部分组成。

a.被控站远动设备及厂站的远动设备包括远动主设备、调制解调器和过程设备三部分。过程设备又包括信息输入设备（如变送器等）、信息输出设备（如执行盘等）以及调节器，人们习惯上又将被控站远动设备称为远动终端，即RTU。

b.控制站远动设备包括远动主设备、调制解调器以及人机设备三部分。人机设备有模拟屏、数字显示设备、打印机、记录仪表及控制操作台等。控制站远动设备又称主站，它接收被控站送来的遥测、遥信信息，经处理后反映到模拟屏、数字显示设备、打印机、记录仪表上，让调度员通过操作控制台发出命令，送往被控站，进行遥控、遥调操作。

c.远动通道包括控制站和被控站的调制解调器（MODEM）和传输线路。远动通道又称数据电路，通常通过远程通信系统来实现。

国内早期的远动设备的代表产品有WYZ系列和SZY系列。

中期的变电站远动（监控）技术

20世纪80年代到90年代，由于微处理器芯片（CPU）和各种作为外围电路的大规模集成电路的出现和应用，远动技术从早期方式进入了中期发展阶段。同时它又与个人计算机（PC）相结合，出现了所谓数据采集与监控系统，即SCADA系统。广义的SCADA系统不仅包括这里所述的远动设备，也包括调度自动化中完整的主站系统。这意味着远动将向提高传输速度、提高编译码的检纠错能力、应用智能控制技术对所采集的数据进行预处理和正确性检验等方向发展，这样远动一词也逐渐为监控所取代。中期远动技术有如下主要特点：以单或多微处理芯片CPU（8/16/32位）和嵌入式软件为核心；PC的应用提高了远动设备的应用水平，拓宽了远动技术的应用空间；在采用多处理器设计时，设备内部逐渐从并行接口转向串行接口技术；设计理念仍然面向全厂或全站，所以仍然采用集中组屏方式；厂站端的终端设备与远方调度中心或控制中心的接收逐步从一对一方式发展为一对N方式，即一台或两台前置接收设备可以接收多达32个以上厂站端设备；与调度中心或远方控制中心之间的通信方式除了电力线载波之外还有了其它诸如微波、特高频、邮电线路、光纤等多种方式；远动功能由二遥发展到四遥且增加了若干附加功能。

当前的变电站自动化技术

20世纪末到21世纪初，由于半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术飞速发展，变电站自动化技术也已从早期、中期发展到当前的变电站自动化技术阶段。其重要特点是：以分层分布结构取代了传统的集中式；把变电站分为两个层次，即变电站层和间隔层，在设计理念上不是以整个变电站作为所要面对的目标，而是以间隔和元件作为设计依据，在中低压系统采用物理结构和电器特性完全独立，功能上既考虑测控又涉及继电保护这样的测控保护综合单元对应一次系统中的间隔出线，在高压超高压系统，则以独立的测控单元对应高压或超高压系统中的间隔设备；变电站层主单元的硬件以高档32位工业级模件作为核心，配大容量内存、闪存以及电子固态盘和嵌入式软件系统；现场总线以及光纤通信的应用为功能上的分布和地理上的分散提供了技术基础；网络尤其是基于TCP/IP的以太网在变电站自动化系统中得到应用；智能电子设备（IED）的大量应用，诸如继电保护装置、自动装置、电源、五防、电子电度表等可视为IED而纳入一个统一的变电站自动化系统中；与继电保护、各种IED、远方调度中心交换数据所使用的规约逐渐与国际接轨。这个时期国内代表产品有CSC系列、NSC系列及BSJ系列。

国外变电站自动化技术

国外变电站自动化技术是从20世纪80年代开始的，以西门子公司为例，该公司第一套全分散式变电站自动化系统LSA678早在1985年就在德国汉诺威正式投入运行，至1993年初，已有300多套系统在德国和欧洲的各种电压等级的变电站运行。在中国，1995年亦投运了该公司的LSA678变电站自动化系统。LSA678的系统结构有两类，一类是全分散式，另一类是集中和分散相结合，两类系统均由6MB测控系统、7S/7U保护系统、8TK开关闭锁系统三部分构成。

日本在20世纪90年代亦新建和扩建了多座高压变电站，采用了以计算机监控系统为基础的运行支持系统。其主要特点是继电保护装置下放到开关现场，并设置微机控制终端，采集测量值和开关接点信息，通过光纤传输至主控制室的后台计算机系统，开关及隔离开关操作命令亦由主控制室通过光纤下达至终端执行。

保护下放有直接置于各高压开关密闭箱内的（内有除湿用加热器，但不设置空调降温），有置于开关场附近保护室内的。

美国变电站自动化系统目前投运的大体有三类：一是以RTU为基础进行实时数据采集，配置微机作为当地功能，并和上级调度中心通信；二是以通用计算机为数据采集设备，不但采集实时数据，而且建立历史数据库，并通过计算机网（以太网）与远程工作站联络；三是采用MODBUS-PLUS（1 Mb/s），保护监控I/O等部件均通过规约转换器接入该网，并通过RTU与调度中心联系，网上标准计算机建立实时、历史数据库和提供人机联系画面等。

近年来，ABB公司、三菱公司相继推出了智能化变电站系统。智能化变电站是把一体化的GIS设备和变电站计算机监控系统综合在一起，采用新型的光电传感器取代传统的电流、电压互感器，由光纤接口替代了微机测控保护装置的输入输出回路，使变电站自动化系统向过程层延伸和发展。智能变电站应用了计算机技术、现代通讯技术和光电技术，使变电站自动化得到进一步提高，其分层分布技术、智能化控制技术、光通讯技术使变电站控制电缆大幅度减少，安装周期缩短，运行维护工作量减少，可靠性大大提高，是变电站技术发展的必然方向。

变电站自动化系统存在的问题

国内变电站自动化系统经过十几年的发展，虽然取得了不小的成绩，但目前还跟不上整个电力工业发展的步伐，真正实现自动化和无人值班的变电站并不多，其社会和经济效益不够显著，这说明我们的变电站自动化技术并不规范，市场发育也不成熟，这与研制、制造、规划、基建和运行等部门对变电站自动化的认识不同有很大的关系。

目前国际上关于变电站自动化系统和通讯网络的国际标准还没有正式公布，国内也没有相应的技术标准出台。标准和规范的出台远落后于技术的发展，导致变电站自动化系统在通讯网络的选择、通讯传输协议的采用方面存在很大的争议，在继电保护和变电站自动化的关系及变电站自动化的概念上还存在分歧。市场竞争日益激烈，不同厂家的设备质量和技术（软硬件方面）差异甚大，各地方电力公司的要求也不尽相同，导致目前国内变电站自动化技术千差万别。

篇3：变电站综合自动化系统综述

变电站综合自动化是将变电站的二次设备 (包括测量仪表、信号系统、自动装置和远动装置等) 经过功能的组合和优化设计, 利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护, 以及调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化具有功能综合化;设备、操作、监视微机化;结构分布分层化;通信网络光缆化及运行管理智能化的特征。它的出现为变电站的小型化、智能化、扩大监控范围及变电站的安全可靠、优质、经济运行提供了数据采集及监控支持而且在其基础上可以实现高水平的无人值班变电站的管理。

同时, 变电站综合自动化是电网调度自动化不可分离的十分重要的基础自动化。只有通过厂站自动化装置和系统向调度自动化系统提供完整可靠的信息, 调度中心才有可能了解和掌握电力系统实时运行状态和厂站设备工况, 才能对其控制做出决策;同样, 要实现调度控制中心的远程控制操作, 也只有依靠变电站自动化装置才能完成或执行操作命令的任务。可以说, 一个完整、先进、可靠的变电站综合自动化, 是实现高水平的电网调度自动化的基础。[1,2,3]

2 变电站综合自动化系统的功能要求

变电站综合自动化系统, 即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统, 代替常规的测量和监视仪表, 代替常规的控制屏、中央信号系统和远动屏, 根据常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息, 利用计算机的高度计算能力和逻辑判断功能, 可方便的监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理理智化等特征。变电站综合自动化系统主要功能如下。

(1) 微机保护功能。

微机保护功能包括馈线保护、母线保护、变压器保护、备用电源自投等等。这是变电站综合自动化首要实现的功能, 对于保障变电站正常运行有着重要的作用。

(2) 数据采集。

数据采集包括状态量、模拟量和电能量。状态量包括断路器状态、隔离开关状态、有载调压变压器分接头位置、继电保护动作信号等。模拟量包括各段母线电压、线路电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等。

对模拟量的采集有直流采样和交流采样两种方式。直流采样即将交流电压、电流等信号经变送器转换为适合于A/D转换器输入电平的直流信号;交流采样, 是指输入各A/D转换器的是与变压器的电压、电流成比例关系的交流电压信号。电能量包括有功电能和无功电能。

(3) 事件顺序记录S O E及故障录波。

事件顺序记录包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。故障录波可以在出现电网故障时, 记录故障前后一段时间的各项电流、电压波形, 供事故分析。

(4) 操作控制功能。

操作人员通过液晶控制屏幕对断路器进行分合闸操作, 对有载调压变压器分接头开关位置进行调节控制, 对电容器组进行投、切控制, 同时接受遥控操作命令, 进行远方操作。为防止计算机系统故障时无法操作被控设备, 在设计时应保留人工直接跳、合闸手段。

(5) 安全监视功能。

在运行过程中, 对采集的电流、电压、频率等量, 要不断进行越限监视。如发现越限, 立即发出告警信号, 同时记录和显示越限时间和越限值。

(6) 与远方调度中心通信。

实现远动装置常规的遥测、遥信、遥控、遥调功能, 即将采集的数据量和模拟量实时地送往调度中心, 并接受上级调度中心的控制和调节操作命令。若有事故发生, 及时向调度中心报警, 还将故障录波和其它继电保护信息送往调度中心, 同时接受调度中心发来的操作控制命令。

(7) 远方整定保护定值。

对各下位机监控保护单元, 可在当地或远方设置一组或多组保护定值, 并可在当地和远方显示、切换整定值。

3 变电站综合自动化系统的设计思路

完整的变电站综合自动化系统除在各控制保护单元保留紧急手动操作跳、合闸的手段外, 其余的全部控制、监视、测量和报警功能均可通过计算机监控系统来完成。变电站无需另设远动设备, 监控系统完全满足遥信、遥测、遥控、遥调的功能以及无人值班的需要。

目前国内外变电站自动化系统大体分为三种结构:集中式、分散式以及集中与分散结合式。

(1) 集中式结构。初期的变电站自动化设计都是采用集中式结构。这种结构的设计方法是将设备按其不同功能进行归类划分, 形成若干个独立的子系统, 各系统分别采用集中装置完成其功能, 其缺点是资源不能共享, 运行可靠性低, 功能有限。

(2) 分散式结构。这种结构方式一般是按一次回路进行设计。首先将设备按一次安装单位划分为若干单元。分散式结构具有很多优点:各个功能单元上既有通讯联系, 又相对独立, 便于系统扩展、维护管理, 当某一个环节发生故障外不至于相互影响。

(3) 集中式与分散式相结合的结构。这种结构介于集中式与分散式之间, 形式较多。但是目前国内用的较多的是分散式结构集中式组屏。它具有分散式结构的全部优点, 由于采用了集中式组屏, 非常有利于系统的设计、安装与维护管理。因为中低压变电站的一次设备比较集中, 所以此种结构方式比较适用于中低压变电站。

4 变电站综合自动化的发展趋势

随着我国国民经济的持续发展和对能源需求的不断增长, 变电站的数量不断增加, 对变电站二次设备的可靠性及技术水平要求日益提高, 变电站的信息量越来越大, 变电站自动化要求也越来越高。在上世纪六七十年代, 变电站内使用的是机电式继电保护装置和电子式远动装置, 以实现对变电站电气设备的监视和控制。随着微处理机和电子技术的高速发展, 国外从上个世纪8 0年代开始研制了微机远动装置、微机式继电保护装置、微机式故障录波等一系列以微处理器和计算机技术为基础的变电站二次设备, 这些装备尽管功能不一样, 但是硬件配置都大体相同, 除了微处理器系统本身外, 在由CT、P T等采集来的各种模拟量及开关和接点装置的信号量, 以及对断路器、刀闸、变压器分接头等进行控制方面, 各种装置所采集的量和要控制的对象都有共同之处。故自20世纪八九十年代起, 国外和国内先后开发研制成功了变电站必需的集继电保护、故障录波、远动功能、站内监控等功能为一体的变电站综合自动化系统, 取代了变电站常规的测量系统, 如变送器、录波器、指针式仪表等;取代了常规的操作控制盘、手动无功补偿等装置, 以及常规的报警装置如中央信号系统和光字牌等;取代了常规的远动装置等;将变电站的各种装置和保护的信息融为一体, 并可与上级调度中心实时通信, 把变电站自动化程度提高到了一个崭新的阶段, 大大提高了上级调度中心对变电站的实时运行和远方操作的监控能力, 为变电站无人值班打下了坚实的基础, 从而全面提高了变电站的技术水平。[4]

国外从20世纪70年代末、80年代初就开始进行保护和控制综合自动化系统的新技术开发和试验研究工作。如由美国西屋公司和美国电力科学研究院联合研制的S P C S变电站保护和控制综合自动化系统, 由日本关西电力公司和三菱电气共同研制的SDS2保护和控制自动化系统。目前日本日立、三菱、东芝, 德国西门子、AEG公司、瑞典ABB公司, 美国通用电气公司、西屋电气公司、法国阿尔斯通公司等均已开发和生产了变电站综合自动化系统, 并取得了较为成熟的运行经验。推动电力综合自动化有两个因素:一是电力综合自动化程度的不断提高, 对自动化软件提出了更高的要求;二是软件开发技术的不断发展和完善, 使得它能够胜任电力系统自动化领域的特殊要求。我国综合自动化技术的研究比较晚, 虽然也取得了巨大的进步, 但是和国外的先进技术相比无论是硬件上还是软件上还存在着很大的差距。近几年大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展, 给变电站综合自动化水平的提高注入了新的活力。网络技术, 现场总线技术, 给广大科技工作者创造了大显才能的条件。因此, 近几年研究变电站综合自动化进入了新的高潮, 其功能和性能也不断完善。

5 结语

随着科学技术的发展, 变电站综合自动化是今后发展的必然趋势, 更能更全面, 全数字化、智能化的综合自动化系统必将会使变电站安全可靠运行提高到一个全新的水平。

摘要：目前, 变电站综合自动化系统越来越广泛地应用于电力系统中。本文对变电站综合自动化的基本概念、功能要求、设计思路、发展趋势进行了一定的分析、归纳及总结。

关键词：变电站,综合自动化系统

参考文献

[1]黄益庄.变电站综合自动化技术[M].中国电力出版社, 2000, 3.

[2]陈堂.配电系统及其自动化技术[M].中国电力出版社, 2003, 1.

[3]方富淇.配电网自动化[M].中国电力出版社, 2000, 8.

篇4：浅析变电站自动化系统的发展

【关键词】变电站；自动化系统；发展

1.变电站自动化系统的概念与发展状况

1.1变电站自动化系统的概念

变电站自动化系统是电力系统的一部分，其功能是变换电压等级、汇集配送电能，主要包括变压器、母线、线路开关设备、建筑物及电力系统安全和控制所需的设施。 变电站自动化系统是将变电站的二次设备应用到现代通信技术手段和计算机科学技术中去，经过功能重新组合和优化设计，对变电站实行全自动测量、控制、监视、维护和协调，以及与调度通信等综合性的自动化系统。其主要特点是一次设备智能化、二次设备网络化、运行管理系统自动化。建设变电站自动化系统，可以保证电网系统安全、可靠、经济的运行，减少基础设施的投资，降低人工成本。特别是随着网络技术、信息技术、计算机技术的快速发展，变电站逐步向数字化电气量测、智能电气设备、全职能系统等方向发展。

1.2变电站自动化系统的发展状况

国外研究变电站自动化系统，开始于20世纪80年代后期，20世纪90年代发展较快。著名的制造企业有很多，企业之间一开始就十分注重变电站电气设备的技术标准和规范的制度和协调，并且注重技术创新和研究。国外变电站自动化系统技术已经相当成熟，基本能够保证电网系统的安全、可靠运行。

我国变电站自动化的研究工作开始于20世纪80年代中期，1987年清华大学研制成功第一个变电站自动化系统，并在威海望岛变电站成功投入运行。该项技术为国内首创，填补了国内一项空白，并达到当时国际先进水平。其运行效果表明：微机技术可以全面、系统、可靠地应用于变电站的自动化工程中，变电站自动化系统对提高变电站的运行、管理和技术水平、缩小占地面积、减少值班员操作，以及减少维护工作量等方面有显著的优越性。随后投入变电站自动化研究的高等院校、研究单位和生产厂家逐步增加，到20世纪90年代，变电站自动化系统建设已成为热门话题，研究成果和产品如雨后春笋般涌现。

2.变电站数字化的主要技术特征

2.1数据采集数字化

数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。实现了一、二次系统在电气上的有效隔离，增大了电气量的动态测量范围并提高了测量精度，从而为实现常规变电站装置冗余向信息冗余的转变以及信息集成化应用提供了基础。

2.2智能化的一次设备

一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。

2.3网络化的二次设备

变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。

2.4自动化的运行管理系统

变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能及时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。

3.变电站自动化系统结构和存在的问题

3.1变电站自动化系统结构

从系统设计的角度来看，设计者对变电站自动化系统的看法已逐步实现从局部到整体的转化。在目前的变电站自动化系统中，面向对象技术设计系统结构已成为主要趋势，为每一个电气设备配备完整的维护和监控功能装置，以实现装置特定的功能，从而保证系统的分布式开放性。

设计思想的变化导致了系统结构的变化，原先的自动化系统基本依靠集屏实现监控。随着设计思想的改变以及装置的整体化设计，系统结构逐渐由集中式向部分或者整体分散式发展，变电站内不再使用规模庞大的监控显示器以及大量信号源和监控屏之间的电缆，所有监控设备就地装配，取而代之的是一台智能化计算机系统或者是一台便携器。完全分散式的实现主要依据计算机及网络技术，特别是现场总线技术。这一技术的使用简化了操作，性能、效率也大大提高，同时解决了以往系统中RS-485链路信息传输的实时性问题，以及信号传输的容量问题。

3.2变电站自动化系统中存在的问题

变电站自动化系统的应用取得了良好的效果，但也存在很多不足之处，主要体现在：变电站自动化产品和系统结果千差万别，缺乏统一的标准和规范；发展速度跟不上整个电力工业的发展，社会和经济效益不显著；发生异常时，会出现大量的事故警告信息，缺乏有效的过滤机制，干扰工人对故障的正确判断；信息标准化、共享化程度低，多套系统并存，设备之间、设备与系统之间联系较少，信息难以被综合应用；试验设备、测试方法、检验标准，特别是EMC（电磁干扰与兼容）控制与试验还是薄弱环节。

4.变电站自动化系统建设的新发展

（1）近年来，ABB公司、三菱公司相继推出了智能化变电站系统。数字化变电站是把一体化的GIS设备和变电站计算机监控系统综合在一起，采用新型的光电传感器取代传统的电流、电压互感器，由光纤接口替代了微机测控保护装置的输入输出回路，使变电站自动化系统向过程层延伸和发展。

（2）数字变电站应用了计算机技术、现代通讯技术和光电技术，使变电站自动化得到进一步提高，其分层分布技术、智能化控制技术、光通讯技术使变电站控制电缆大幅度减少，安装周期缩短，运行维护工作量减少，可靠性大大提高，是变电站技术发展的必然方向。

5.结语

总上所述，变电站自动化系统采用数据采集数字化、智能化的一次设备网络化的二次设备、自动化的运行管理系统等技术，在现实使用中取得了显著的效果，但是还存在着标准不统一、经济效益不显著、信息资源共享度较低等问题。因此，只有把握好智能化变电站系统的发展和应用，采取光通讯技术、智能化控制技术等先进技术，才能保证电网系统的安全、稳定运行。 [科]

【参考文献】

[1]邹炜.浅谈提高变电站电力系统自动化技术[J].中国新技术新产品，2010（17）.

[2]丁书文.变电站多媒体自动化系统及其应用策略[J].电力科学与工程，2009（02）.

篇5：变电站设计文献综述 毕业设计

摘要：随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。降压变电所正朝着高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

关键字：发展 变电站 高效 稳定 重要作用

本课题来源及研究的目的和意义

我国的变电站发展，至今为止，大约可以分为二个阶段：第一个阶段80年代末，我国的电网相当薄弱，南北电网处于分割状态，供需矛盾非常突出，随时都会拉闸限电；第二阶段，90年代中期，随着综合自动化变电站的建立，从35KV变电所到110KV甚至500KV的综合自动化变电站建立投用，我国的电力事业发生明显变化。

近年来，电网日益坚强，科技不断进步，变电站有着飞速的发展，变电站实现集控化已成为变电站的一种发展趋势。近年来，各国均对变电站的设计及使用技术进行了深入的研究，并取得了卓越的理论成就，离高效稳定节能的标准逐渐缩小距离。

现在是跨世纪的时代，科技的发展使变电站设备的科技含量也越来越高，新型的、多功能的变电站设备也相继出现。如沈阳昊诚ZB-F系列箱式变，体积仅为国产常规箱式变的1/3～1/5；安全性高，产品无裸露带电部分，为全封闭、全绝缘结构，完全能达到零触电事故；防渗漏、防腐蚀。河北电力设备厂生产的10～110kV箱式变，设有“四遥”可无人值守。VFI(Vacuum Fault Interrupter Transformer)美式箱式变也以其独到的优势挤身于中国市场，如：最大容量可达10000kVA，可用手动或电动操作，并进而与SCADA系统结合，使技术逐步升级。

此外，近年来, 计算机技术和电子信息技术在电力建设中的应用越来越广泛, 变电站自动化技术也已经达到一定的水平, 随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟, 以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用, 势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响, 全数字化的变电站自动化系统也即将出现。

电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到重要作用。与社会经济和社会发展有着十分密切的关系，它不仅是关系国家经济安全的战略大问题，而且与人们的日常生活、社会稳定密切相关。随着我国经济的发展，对电的需求量不断扩大，电力销售市场的扩大又刺激了整个电力生产的发展。

随着科学技术的发展和能源经济利用的需要，变电站的设计在逐步向经济、稳定的方向发展。迄今为止，变电所的更新设计在国内外也正在逐渐形成一个与人类生活密不可分的行业。优良更新的设计不仅具有标准化、高效化、组合化等当代先进设计思想,又符合节约有效利用资源的原则,更适合当代社会发展的要求。所以是今后电力技术的一个重要发展方向。

变电站的发展现状

变电站自动化技术经过10 多年的发展已经达到了一定的水平, 在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术, 实现无人值班, 而且在220kV 及以上的超高压变电站建设中也大量采用综合自动化新技术, 从而提高了电网建设的现代化水平, 增强了输配电的可能性, 降低了变电站建设的总造价。随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用, 势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响, 全数字化变电站自动化系统即将出现。

数字化变电站自动化系统发展中的主要问题：数字化变电站自动化系统的研究目前处于基础阶段, 主要集中在过程层方面, 诸如智能化开关设备、光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发。目前存在的主要问题是: ①研究开发过程中专业协作需要加强, 比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关。②材料器件方面的缺陷及改进。③试验设备、测试方法、检验标准, 特别是EMC(电磁干扰与兼容)控制与试验还是薄弱环节。

我国电力工业自动化水平正在逐年提高。20 MW及以上大型机组以采用计算机监控系统，许多变电所以装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。迄今，我国电力工业已进入了大机组，大电厂，大电力系统，高电压和高自动化的新阶段。我国在城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班,而且在220kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术,从而大大提高了电网建设的现代化水平,增强了输配电和电网调度的可能性,降低了变电站建设的总造价,这已经成为不争的事实,也是目前变电站建设的主要模式.综合自动化的系统性要求极强,特别是结合了全站的操作防误系统,要求变电站建设一期工程越齐越好,而这在高电压等级的变电站建设中几乎是不可能的；扩建工程的操作防误闭锁逻辑实际验证困难,特别是牵涉到母线类的；一次设备电动操作全部受控于监控系统.监控系统的误动出口必须绝对禁止,对IO设备的运行可靠性要求很高；这是目前国内外在变电所设计中所面临的问题与挑战。变电所综合自动化已成为当前变电所设计应用中的热门课题和发展的必然趋势。

在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到了广泛的重视，国外的配电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统（DMS），其功能已多达140余种。从国外配电自动化系统采用的通信方式看，尚没有一种通信技术可以很好地满足于配电系统自动化所有层次的需要。在一个配电自动化系统内，往往由多种通信技术组合成综合的通信系统，各个层次按实际需要采用合适的通信方式。

研究内容

变电站设计主要根据用电的要求电压等级来选择合理的变压器和母线的设置，来实现变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，通过变压器将各级电压的电网联系起来。主要解决的问题有：

1、变压器的选择

2、母线的选择

3、短路电流的计算

4、继电保护装置的选择

5、隔离开关、断路器的选择

6、避雷装置的选择

7、输电线的选择

8、电流电压互感器的选型

9、一次接线图、二次接线图的绘制

对专变电站设计，可以了解变电所在变换和分配电能中的作用：可靠地保证整个电力系统的安全运行与经济效率，通过变电站的合理设计和配置充分发挥电网的稳固性、可靠性和持续性。

随着社会的发展，科技的不断提高，众多技术逐渐渗透到各个行业，如何利用这些高科技为人类服务，如何充分利用这些高科技在电气行业中，使之更好的为我们服务，这还需要电气行业人员不断的努力，开拓创新。

参考文献：

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外文文献

General Requirements to Construction of Substation

Substations are a vital element in a power supply system of industrial enterprises．They serve to receive，convert and distribute electric energy.Depending on power and purpose ,the substations are divided into central distribution substations for a voltage of 110-500kV;main step-down substations for110-220/6-10-35kV;deep entrance substations for 110-330/6-10Kv;distribution substations for 6-10Kv;shop transformer substations for 6-10/0.38-0.66kV.At the main step-down substations, the energy received from the power source is transformed from 110-220kV usually to 6-10kV(sometimes 35kV)which is distributed among substations of the enterprise and is fed to high-voltage services.Central distribution substations receive energy from power systems and distribute it(without or with partial transformation)via aerial and cable lines of deep entrances at a voltage of 110-220kV over the enterprise territory.Central distribution substation differs from the main distribution substation in a higher power and in that bulk of its power is at a voltage of 110-220kV;it features simplified switching circuits at primary voltage;it is fed from the power to an individual object or region.Low-and medium-power shop substations transform energy from 6-10kV to a secondary voltage of 380/220 or 660/380.Step-up transformer substations are used at power plants for transformation of energy produced by the generators to a higher voltage which decreases losses at a long-distance transmission.Converter substations are intended to convert AC to DC(sometimes vice versa)and to convert energy of one frequency to another.Converter substations with semiconductor rectifiers are convert energy of one frequency to another.Converter substations with semiconductor rectifiers are most economic.Distribution substations for 6-10kV are fed primarily from main distribution substations(sometimes from central distribution substations).With a system of dividing substations for 110-220kV, the functions of a switch-gear are accomplished by switch-gears for 6-10kV at deep entrance substations.Depending on location of substations their switch-gear may be outdoor or indoor.The feed and output lines at 6-10kV substations are mainly of the cable type.at 35-220kV substations of the aerial type.When erecting and wiring the substations ,major attention is given to reliable and economic power supply of a given production.Substations are erected by industrial methods with the use of large blocks and assemblies prepared at the site shops of electric engineering organizations and factories of electrical engineering industry.Substations are usually designed for operation without continuous attendance of the duty personnel but with the use of elementary automatic and signaling devices.When constructing the structural part of a substation.it is advisable to use light-weight industrial structures and elements(panels ,floors ,etc.)made of bent sections.These elements are pre-made outside the erection zone and are only assembled at site.This considerably cuts the terms and cost of construction.Basic circuitry concepts of substations are chosen when designing a powersupply system of the enterprise.Substations feature primary voltage entrances.transformers and output cable lines or current conductors of secondary voltage.Substations are mounted from equipment and elements described below.The number of possible combinations of equipment and elements is very great.Whenelaborating a substation circuitry ,it is necessary to strive for maximum simplification and minimizing the number of switching devices.Such substations are more reliable and economic.Circuitry is simplified by using automatic reclosure or automatic change over to reserve facility which allows rapid and faultless redundancy of individual elements and using equipment.When designing transformer substations of industrial enterprises for all voltages , the following basic considerations are taken into account: 1.Preferable employment of a single-bus system with using two-bus systems only to ensure a reliable and economic power supply;2.Wide use of unitized constructions and busless substations;3.Substantiated employment of automatics and telemetry;if the substation design does not envisage the use of automatics or telemetry ,the circuitry is so arranged as to allow for adding such equipment in future without excessive investments and re-work.4.Use of simple and cheap devices-isolating switches ,short-circuiting switches ,load-breaking isolators ,fuses ,with due regard for their switching capacity may drastically cut the need for expensive and critical oil ,vacuum ,solenoid and air switches.Substation and switch-gear circuitries are so made that using the equipment of each production line is fed from individual transformers ,assemblies ,the lines to allow their disconnection simultaneously with mechanisms without disrupting operation of adjacent production flows.When elaborating circuitry of a substation, the most vital task is to properly choose and arrange

switching

devices(switches ,isolators ,current limiters ,arresters ,high-voltage fuses).The decision depends on the purpose ,power and significance of the substation.Many years ago, scientists had very vague ideas about electricity.Many of them thought of it as a sort of fluid that flowed through wires as water flows through pipes, but they could not understand what made it flow.Many of them felt that electricity was made up of tiny particles of some kind ,but trying to separate electricity into individual particles baffled them.Then, the great American scientist Millikan, in 1909,astounded the scientific world by actually weighing a single particle of electricity and calculating its electric charge.This was probably one of the most delicate weighing jobs ever done by man,for a single electric particle weighs only about half of a millionth of a pound.To make up a pound it would take more of those particles than there are drops of water in the Atlantic Ocean.They are no strangers to us, these electric particles, for we know them as electrons.When large numbers of electrons break away from their atoms and move through a wire,we describe this action by saying that electricity is flowing through the wire.Yes,the electrical fluid that early scientists talked about is nothing more than electrical flowing along a wire.But how can individual electrons be made to break away from atoms? And how can these free electrons be made to along a wire? The answer to the first question lies in the structure of the atoms themselves.Some atoms are so constructed that they lose electrons easily.An atom of copper, for example ,is continually losing an electron, regaining it(or another electron),and losing it again.A copper atom normally has 29 electrons, arranged in four different orbits about its nucleus.The inside orbit has 2 electrons.The next larger orbit has 8.The third orbit is packed with 18 electrons.And the outside orbit has only one electron.It is this outside electron that the copper atom is continually losing, for it is not very closely tied to the atom.It wanders off, is replaced by another free-roving electron, and then this second electron also wanders away.Consequently,in a copper wire free electrons are floating around in all directions among the copper atoms.Thus, even through the copper wire looks quite motionless to your ordinary eye, there is a great deal of activity going on inside it.If the wire were carrying electricity to an electric light or to some other electrical device, the electrons would not be moving around at random.Instead, many of them would be rushing in the same direction-from one end of the wire to the other.This brings us to the second question.How can free electrons be made to move along a wire? Well ,men have found several ways to do that.One way is chemical.Volta,s voltaic pile,or battery, is a chemical device that makes electricity(or electrons)flow in wires.Another way is magnetic.Faraday and Henry discovered how magnets could be used to make electricity flow in a wire.Magnets

Almost everyone has seen horseshoe magnets-so called because they are shaped like horseshoes.Probably you have experimented with a magnet, and noticed how it will pick up tacks and nails, or other small iron objects.Men have known about magnets for thousands of years.Several thousand years ago, according to legend, a shepherd named Magnes lived on the island of Crete, in the Mediterranean Sea.He had a shepherds crook tipped with iron.One day he found an oddly shaped black stone that stuck to this iron tip.Later, when many other such stones were found, they were called magnets(after Magnets).These were natural magnets.In recent times men have learned how to make magnets out of iron.More important still, they have discovered how to use magnets to push electrons through wires-that is, how to make electricity flow.Before we discuss this, there arecertain characteristics of magnets that we should know about.If a piece of glass is laid on top of a horse-shoes magnet, and if iron filings are then sprink ledon the glass, the filings will arrange themselves into lines.If this same thing is trid with a bar magnet(a horseshoe magnet straightened out),the lines can be seen more easily.These experiments demonstrate what scientists call magnetic lines of force.Magnets, they explain, work through lines of force that ext-end between the two ends of the magnet.But electrons seem to have magnetic lines of force around them, too.This can be proved by sticking a wire through a piece ofcard board, sprinkling iron filings on the cardboard, and connecting a battery to the wire.The filings will tend to form rings around the wire,as a result of the magnetism of the moving electrons(or electricity).So we can see that there is arelationship between moving electrons and magnetism, Magnetism results from the movement of electrons.Of course, electrons are not really flowing in the bar magnet, but they are in motion, circling the nuclei of the iron atoms.However, in the magnet, circling thelined up in such a way that their electrons are circling in the same direction.Perhaps a good comparison might be a great number of boys whirling balls onstrings in a clockwise direction around their heads.变电站建设的一般要求

变电站(所)在电源系统的工业企业是一个至关重要的因素。他们接收,转换和发送电能。根据能源和需求,变电站分为中央配电变电站电压为110-500kV；主要降压变电所电压为110-220/6-10-35kV； 深入口变电站为110-330/6-10kV；二次变电站的电压为6-10Kv；车间变电所电压为6-10/0.38-0.66kV。在主要的降压变电所,电源能量转化电压为110-220kV，通常使用6-10Kv(有时为35kV变电所)的电压分配给企业和被用来满足高压服务。

中央配电变电站从电力系统接收能量并分发它(不包括或者包括部分变换)给企业不同区域，通过空中电缆和地下电缆线路电压为110-220kV。中央分配变电站站不同于主配电变电它是一个更强大的电力设施,它的电压大部分在110-220kV的电压。它可以简化初级电压、中级电压或地区的开关电路。中低级别变电站改造能量来自6-10kv的电压,它的二次侧电压为380/220或660/380。

升压变压器变电站用于将电厂产生的能量转化使发电机产生的电压升高,从而有效地减少在远距离输电能量的损失转换器变电站的目的是为了将直流转换成交流(有时相反)和转换成能量时改变频率。转换器变电站的能量转换是用半导体整流器来变频的。带半导体整流器的转化器变电站是最经济的。6-10kV的配电变电站主要依据主配电变电站(有时依据中央配电变电站)。110-220kV变电站系统区域的划分时，根据变电站设备功能划分时是有学问的，6-10kV的变电站设备划分在变电站的入口。

根据变电站变的位置，电站设备在可以露天或室内。6-10kV变电站的在电缆的类型主要是供给输出线。在35-220kV变电站空中线路样式,在变电站架线和接线,主要注重供电生产的可靠和经济。

用工业的方式建设变电站，是使用大量的数块和在电气工程组织和工厂电气工程等行业的车间的位置进行组装。变电站通常是专为不连续操作的责任人员所设计,但用的是基本的自动设备和信号装置。

当建立变电站结构的一部分,应当采用薄型建造结构以及由弯段组成的组件(板材、地板等)。这些元件是预先安装区外面建造区域并且只是在这个位置组装。这样可以有效的削减变电所建造成本。

变电站基本电路概念设计的选择,是根据企业的供电系统特点得到的。变电站电压特性主要入口，变压器和输出电缆线路导线或当前导体的二次电压.变电站安装的设备和元件，设备和元件的若干种可能的组合是非常好的。当阐述了变电站的电路时争取切换装置最大的简化和数目的最小化。这样的变电站更可靠、经济。电路简化是采用自动接入或自动转入储备的方法,允许快速和无错误的自动接入每一个元件和使用设备。当设计工业企业全电压变电站时,下面的基本因素都要考虑在内。1.优先使用采用两编组的单总线系统可以确保可靠的和经济的供应电力。2.配套建设和变电站广泛使用。

3.变电站使用自动化并且支持遥测技术;如果变电站的设计并不支持使用自动化或遥测、线路安而且不允许添加设备，确保以后没有过度投资和返工。

4.使用简单、便宜的装置，有绝缘装置的断路器、短路开关、过载保护隔离器、保险丝,预期到他们的交换容量可考虑大幅度削减昂贵的器件需要和临界油、真空、螺线管和空气开关电路使用。变电站和开关电路,采用这样的设备的每个生产线服从个体变压器、装配、允许他们同时的断开而不破坏断开连接的生产流程的机制的线条。

变电站的线路的意义,最重要的一点是要妥善安排与选择转换器件(开关、隔离者、电流限制器等、避雷器、高低压熔断器),这决定了变电站的目的、功能和意义。

很多年以前，科学家们对电仍只有很模糊的概念。他们之中不少人认为电是一种“流体”，这种流体就像水流经管道一样流过导线。但他们并不了解是什么东西使电流动。他们之中的许多人觉得电是有某种极小的微粒构成的，但试图把电分离成单个的小颗粒他们却束手无策。

此后，以为伟大的美国科学家密利坎于1909年，真正地称出了单个的电粒子的重量并算出它的电荷而使科学界震惊不已。这可能是人类做过的最细致的计量工作之一，因为一个单个的电粒子的重量仅为一磅的百万分之一，百万分之一的一半左右的重量。要合成一磅重需要的电粒子数将要比大西洋的全部水的水滴数还要多。

这些电粒子，他们对我们并不陌生，因为我们知道他们就是电子。当大量电子摆脱原子跑出来并通过导线运动时，我们把这种现象说成是电通过导线“流动”。是的，早先的科学家所说的电的“流体”只不过是沿着导线流动的电子。

那么，如何能使一些单个的电子摆脱原子的束缚而跑出来呢？ 而且，又怎样能使这些自由电子沿导线运动呢？

第一个问题的答案就在于原子本身的结构上。某些原子的结构使他们很容易失去电子。例如，一个铜原子在正常情况下有29个电子，它们排列在核子周围的4个不同的轨道上。最里层的轨道上有2个电子。第二层较大的轨道上有8个电子。第三层轨道上挤满18个电子。而外层轨道上只有一个电子。正是这个外层电子，铜原子不断丢掉它，因为这个电子受原子的约束不那么紧。它忽而游离而去，并被另一游离的电子所替代，然后，这后一个电子也游离而去。

结果，在铜导线中自由电子在铜原子之间向四面八方漂浮。所以，尽管对你们的普通的肉眼来说，铜导线看来是完全不动的，但在它内部却不断地进行着大量的活动。

如果导线把电输送到一盏电灯或者另外某个电气设备那里，这些电子就不会杂乱无章地到处跑来跑去，而是它们中的许多电子将会向一个方向奔去-从导线的一端奔向另一端。

这就把我们引向第二个问题，如何才能使自由电子沿导线运动呢？好啦，人们已经找到几种方法来做到这一点。一种就是化学方法。伏特电堆，或者叫电池，就是能使电流在导线中流动的一种化学装置。另一种方法就是电磁法。法拉第和亨利发现了怎样能把磁铁用来使电在导线中流动的办法。磁铁

几乎每个人都见过马蹄形磁铁-之所以这样叫他是因为他们的形状做成马蹄形的。可能你们都用磁铁做过试验，并且看到它是怎样吸起按钉，小钉子或者其他一些小铁件的。人们了解磁铁已经几千年了。

据传说，几千年前有个名叫麦格尼斯的牧羊人住在地中海的克里特岛上。他有一根牧羊人用的带铁头的棍杖。一天，他发现一块奇形怪状的黑石头黏在铁头上。后来，当又发现许多这种石头时，人们就叫它们为磁铁。这些就是天然磁铁。

近年来，人们已经掌握怎样使用铁来制成磁铁。尤其重要的是，人们发现了如何使用磁铁推动电子通过导线-也就是怎样使电流动。

在我们讨论这点之前，磁铁有某些特性我们应当了解。如果把一块玻璃放在马蹄形磁铁的端部，然后把一些铁粉末撒在玻璃上，那么铁粉自己就会排成许多线。如果用一根棒做的话，就更容易看出这些铁粉排成的线条了。这些实验演示了科学家们所谓的磁力线。他们解释说。磁铁通过磁铁两端之间延伸出来的磁力线起作用。

但是，在电子周围似乎也有磁力线。把一根导线穿过一块硬纸板，在纸板上撒上铁粉，并把电池与导线连通在一起，这点就可以得到证明。由于运动的电子的磁性的结果，铁粉就会绕导线周围形成一些圆环。因此，我们可以看到，在运动者的电子和磁性之间有一种关系。磁性就是由电子的运动引起的。

篇6：变电站自动化发展综述

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文献综述

摘要：电能的开发和利用，是人类征服自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就。它消除了黑夜对人们生活和生产劳动的限制，大大延长了人类用于创造财富的劳动时间，改善了劳动条件，丰富了人们的生活。在现代文明中，电是不能被贮存的，只能当时生产然后马上投入使用。所以，在电力系统中，变电站是不可或缺的。

关键词：变电站的性质 设计 目的及意义

电能与国民经济发展的关系极为密切。国民经济发展越快，现代化水平就越高，对电能的需求量也就越大。电力工业的使用范围不断扩大，电能的消费量不断上升。世界能源消耗变化总趋势是电能将成为主要能源。世界各国都把电能消费占能源消费的比重和电力工业的发展速度，作为衡量国家经济发展和现代化水平的标志，所以发展电力是当今世界每个国家的重点。电力工业已经成为国民经济中具有社会公益性和发展先行性的国民经济基础行业，关系着国家工业生产的命脉，是实现国家经济发展现代化的战略重点。而变电站在电力系统中占有重要的地位。

现如今，电力工业在整个工业中所占比例也逐渐加大，各类发电厂、变电站分工完成整个系统的发电、变电和配电的任务。变电站更是电力系统的中间传输者，而它的设计更是电力工业建设中不可去除的项目。而变电站的设计内容多，范围涵盖广，对于不同电压等级、不同类型和不同性质负荷的变电站在设计的时候，侧重点也会有所差异。

一、变电站的设计

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能的场所，它控制着电力的流向和调整电压的电力设施，通过其变压器将各级电压的电网联系起来。我国电力工业的发展正飞速发展，对变电站的设计提出了更高的要求，使其能跟上发展的需要，满足整个工业的需求。

综合我国的电力工业现况，以为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能为前提，优化各个电压等级的变电站，体现安全、可靠、经济和先进。一般的变电站的设计主要包括一下几个方面：

1.对拟定建设的变电站进行一定的分析和补充： 分析电源、电力系统和负荷情况，对当地的环境条件进行补充。然后在来制定无功平衡方案，决定各变电站的电容补偿容量，选择主接线方案。

2.主变压器的选择：

变压器是变电站的主要设备，按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分列式等型式。

为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压器的分接头。按分接头切换方式变压器有带负荷有载调压变压器和无负荷无载调压变压器。有载调压变压器主要用于受端变电站。

3.电压及电流互感器：

电压和电流互感器是测量一次电压和电流量的仪表，在额定情况下电压互感器的额定电压是100V，电流互感器的额定电流是5A或1A。

4.开关设备

它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等都是断开和合上电路的设备。断路器在电力系统正常运行情况下用来合上和断开电路故障时在继电保护装置控制下自动把故障设备和线路断开，还可以有自动重合闸功能。在我国，220KV以上变电站使用较多的是空气断路器和六氟化硫断路器。

隔离开关（刀闸)的主要作用是在设备或线路检修时隔离电压，以保证安全。它不能断开负荷电流和短路电流，应与断路器配合使用。在停电时应先拉断路器后拉隔离开关送电时应先合隔离开关后合断路器。如果误操作将引起设备损坏和人身伤亡。

负荷开关能在正常运行时断开负荷电流没有断开故障电流的能力，一般与高压熔断丝配合用于10KV及以上电压且不经常操作的变压器或出线上。

为了减少变电站的占地面积近年来积极发展六氟化硫全封闭组合电器(GIS)。它把断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中集中组成一个整体外壳充以六氟化硫气体作为绝缘介质。这种组合电器具有结构紧凑体积小重量轻不受大气条件影响，检修间隔长，无触电事故和电噪声干扰等优点，具有发展前景。目前，它的缺点是价格贵，制造和检修工艺要求高。5.防雷

现在用得最多的防雷设备是金属氧化锌避雷器，同时还有避雷针。它们都是防止直击雷引起输电线路产生雷电过电压，将直击雷引入到大地。另外，在断路器合闸的时候也会产生过电压，它其实是一种电能的冲击。而这种冲击不及时消除也会造成严重的后果。避雷器就可以在产生过电压之后，如果超过了它的限值，它就自动对地放电同时自动灭弧。

二、变电站的分类

1.按变电站的建造规模及系统中的地位(1)系统枢纽变电站

枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，它的电压是系统最高输电电压，目前电压等级有220KV、330KV(仅西北电网)和500KV，枢纽变电站连成环网，全站停电后，将引起系统解列，甚至整个系统瘫痪，因此对枢纽变电站的可靠性要求较高。

枢纽变电站主变压器容量大，供电范围广。(2)地区一次变电站

地区一次变电站位于地区网络的枢纽点，是与输电主网相连的地区受电端变电站，任务是直接从主网受电，向本供电区域供电。全站停电后，可引起地区电网瓦解，影响整个区域供电。电压等级一般采用220KV或330KV。

地区一次变电站主变压器容量较大，出线回路数较多，对供电的可靠性要求也比较高。

(3)地区二次变电站

地区二次变电站由地区一次变电站受电，直接向本地区负荷供电，供电范围小，主变压器容量与台数根据电力负荷而定。

全站停电后，只有本地区中断供电。(4)终端变电站

终端变电站在输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，全站停电后，只是终端用户停电。

2.按安装位置(1)室外变电站

室外变电站除控制、直流电源等设备放在室内外，变压器、断路器、隔离开关等主要设备均布置在室外。这种变电站建筑面积小，建设费用低，电压较高的变电站一般采用室外布置。

(2)室内变电站

室内变电站的主要设备均放在室内，减少了总占地面积，但建筑费用较高，适宜市区居民密集地区，或位于海岸、盐湖、化工厂及其他空气污秽等级较高的地区。

(3)地下变电站

在人口和工业高度集中的大城市，由于城市用电量大，建筑物密集，将变电站设置在城市大建筑物、道路、公园的地下，可以减少占地，尤其随着城市电网改造的发展，位于城区的变电站乃至大型枢纽变电站将更多的采取地下变电站。这种变电站多数为无人值班变电站。

(4)箱式变电站

箱式变电站又称预装式变电站，是将变压器、高压开关、低压电器设备及其相互的连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式集中布置在一个或几个密闭的箱壳内。箱式变电站是由工厂设计和制造的，结构紧凑、占地少、可靠性高、安装方便，现在广泛应用于居民小区和公园等场所。

箱式变电站一般容量不大，电压等级一般为3kv~35kv，随着电网的发展和要求的提高，电压范围不断扩大，现已经制造出了132kv的箱式变电站。

箱式变电站按照装设位置的不同又可分为户外和户内两种类型。(5)移动变电站

将变电设备安装在车辆上，以供临时或短期用电场所的需要。

3.按变压器的功能划分(1)升压变电站

升压变电站是把低电压变为高电压的变电站，例如在发电厂需要将发电机出口电压升高至系统电压，就是升压变电站。

(2)降压变电站

与升压变电站相反，是把高电压变为低电压的变电站，在电力系统中，大多数的变电站是降压变电站。

三、今后变电站的变化趋势

现如今，各个地区的变电站都正在尝试着一种改革，那就是综合自动化，用微机编程来执行原来值班人员的工作，它要求安全、灵活、可靠。这可以减少电力部门在安检中发生事故的概率。一般说来，变电站自动化公司只负责变电站的保护和监控系统，那么要想实现变电站的综合自动化，需要改造原主变的档位变送系统和测温系统、接地补偿装置、接地选线装置、无功补偿及电压调整等设备，这些设备要改造为具备“四遥”功能，其接口方式、通讯规约必须与保护、监控系统相统一，才能构成完整的变电站综合自动化。这是一项重要的工作，需要在各厂家间做大量的组织协调工作。而综合自动化功能要求则采用分布式变电所综合自动化系统，系统从整体上分为三层：变电站层、通讯层、间隔层。对于系统功能要求，通过测控装置进行实现数据的采集和处理，直流测量、所用电测量10kV-110kV母线电压测量采用综合测控单元。监控系统通过以上数据采集，产生各种实时数据，供数据库更新。除此之外，还应同时具备以下功能：事故报警和预告报警功能，事件顺序记录和事故追亿功能，断路器、有载调压开关、主变中性点刀闸的控制功能，管理功能，画面显示和打印功能，系统自诊断和自恢复功能等。

其次，对保护及自动装置的要求也有明确的规定。保护测控功能合二为一的装置，要求保护功能独立，即有独立的变流电流、电压输入回路，各种开关量输入应不经自动化系统及其通信网，而直接接入装置，保护测控装置不与监控设备联网时应能独立动行，各种保护功能（速断、过流、重合闸、低周减载等）均可单独投退。

现在，我们所学的课程都在向着自动化看齐，这就要求我们要温故知新。把三年所学都融入到今后的工作实践中去。同时，还要牢牢掌握计算机的编程工作。还望为以后的科研工作做一点小小的贡献。

参考文献

[1]《电力工程设计手册》第一册、第二册 上海科技出版社 [2]熊信银 《发电厂电气部分》（第三版）中国电力出版社.[3] 韩笑 《电力工程专业毕业设计指南 继电保护分册》 中国水利电力出版社 [4]孟祥萍 《电力系统分析》 高等教育出版社

[5]弋东方 [6]熊信银

《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）

《电气工程概论》

中国电力出版社