摘　要：随着变电站自动化系统技术的发展，按间隔配置设备、分层分布式系统结构体系已成为必然趋势，通过设计过程中的体会和感受，提出一些应注意的问题，供同行们参考和商榷。
关键词：变电站综合自动化； 分层分布式系统； 可靠性
分类号：TM 76　文献标识码：B
文章编号：1006-6047(2000)01-0049-02

Experience in Integrated Substation Automation System Design

HE Yun-hu
（Yunnan Institute of Hydraulic and Electric Engineering Survey Design and Research, Kunming 650021,China）

Abstract：Along with the development of the integrated substation automation,it becomes a necessary tendency to dispose devices according to compartments and to adopt hierarchical and distributed system structure.With the experience in engineering design, the author proposed some viewpoints, which can be used as reference in design.
Keywords：integrated substation automation; hierarchical and distributed system structure; reliability▲

1　变电站自动化系统的设计原则

　　现阶段设计的大部分变电站，自动化系统已取代了常规的仪表盘、柜及一些中央信号装置，集测量、保护、控制、远传等功能于一体，与变电站的生产过程直接联系在一起，它的故障将直接影响被控对象的正常运行。因此，不论我们选择什么样的组网结构和操作系统，都必须围绕着充分保证可靠性和设备安全这一原则。目前，分层分布式组网结构可靠性高，其原因是下层装置可不依赖系统通信，不受系统影响，完全能独立完成被控对象的测控、保护，并且分散安装于各被控设备上，减少了连接电缆等中间环节，大大降低了故障率。

2　变电站自动化系统的选择

2.1　系统的组网结构
　　选择合理的系统组网结构型式，是成功设计的前提。由于国内尚未制定出完善的变电站自动化系统的标准和相关的规程，再加上研制、开发厂家的起点不同和基本指导思想的差异，可以说目前市场上这一领域是“百花齐放”。尽管有些产品的系统构成和功能已达到比较理想的程度，但作为工程实用产品，还必须针对当地运行管理部门的实际情况，进行一些适当的调整。目前仍以RS-485网络构造的分层分布式监控保护系统、“一对一”模式为主流，虽然有的观点认为控制保护单元装置分散布置于被控对象上，当监控系统死机或发生故障时，可能会因为走错间隔而造成不必要的误操作或延误操作时间，但这一问题可以通过完善综合操作系统得以解决。分层分布式系统结构模式的优点是：①可靠性高，各个单元模块集测量、保护、控制、远传等功能于一体，既相互独立，又相互联系；②减少了设备的投资，各个单元模块与上位机之间仅需屏蔽双绞线连接即可；③抗干扰能力强。
2.2　后台操作系统(监控系统)的选定
　　优秀的后台操作系统是变电站自动化系统成功的关键。随着自动控制技术、通信技术、多媒体技术的不断发展，用户对后台操作系统的要求也越来越高、越来越多样化。选择时主要考虑以下几个方面。
　　a. 先进性与继承性。在计算机技术日新月异的今天，选择后台操作系统要有发展的眼光，如DOS操作系统很快被Windows 95取代，而现在真正32位的Windows 98却成为主流。这并不是说一味地追求升级，而是要把系统的稳定性、可靠性和设备的安全性放在第一位，这一点一定要谨慎。尽量选用一些已有运行经验和发展前景的成熟产品、新技术，如防死锁和交流采样自适应同步等技术。
　　b. 操作与维护。在我国，现有运行、维护人员的经验均基于常规二次设备，因此软件平台设计的界面是否简单、直观、易操作便成了考察的首要条件。开发、生产厂家也必须正视这一现实。在选择综合操作系统时，应多考察已经投产的产品、征询运行维护人员的意见，就其人机界面、功能模块的适应性、自检功能等进行全面的比较，必要时可以请厂家进行软件的演示和讲解。
　　c. 系统的完整性和开放性。选择后台综合操作系统时，系统功能的完善性是重要的抉择条件之一，如是否采用了先进的防死锁技术、是否留有与五防闭锁装置的接口、是否包含必要的通信软件、“四遥”软件等。随着变电站运行管理水平的不断提高，在不影响监控系统可靠性的前提下，还要求系统的管理功能比较完善，如增加设备资料情况、运行日志管理，继电保护定值及动作情况统计分析管理，电能计量管理等管理模块。另外，后台操作系统的开放性也是考察的重要条件之一，因为任何一个变电站在建成之后并不是一成不变的。例如，一些用户在运行一段时期之后会有增加一台变压器、母线变色、修改运行数据、报表修改等需要，这就要求后台操作系统有很好的开放性。
2.3　系统的抗干扰能力和自诊断功能
　　变电站内一次设备很集中，而开关、隔离刀闸的操作，雷电波侵入等都是不可避免的干扰源。我们在总体设计时，为了节约电缆、减少弱电信号的衰减、提高抗干扰能力，尽量使控制、保护单元靠近被控设备。但从另一方面看，同时也就把现地控制单元推向恶劣的工作环境。这就要求系统和设备本身对大电流、强磁场、振动等强干扰源有很好的抑制措施。虽然光纤网具有较好的抗干扰和隔离效果，但其投资的昂贵和安装维护的复杂性，又使用户难以接受，目前仅在较为重要的变电站采用。后台操作系统本身还应具有较完善的自诊断功能，对计算机、人机接口、通信接口、过程接口等设备的状况进行在线或离线诊断，当出现故障时要及时登录报警，对于冗余的设备还要能完成自动切换。

3　变电站电气一次设计的配合

3.1　主接线型式和电气设备的选择
　　由于以先进的电气一次设备和计算机为主体的二次监控、保护系统构成的变电站可靠性越来越高，功能越来越完善，我们在确定主接线型式时，应以可靠、简化、明了为原则。对室内中压侧(35 kV，10 kV侧)，宜采用单母线分段接线型式，特别是铠装式手车柜，其母线故障概率极低，因此采用双母线接线型式来提高可靠性，其实已无多大实际意义。对110 kV(及以上)电压等级的设备，如条件允许，也应优先考虑选用免维护或少维护产品(如GIS，SF₆系列)，以提高整个变电站的安全可靠性。
3.2　总体布置观念的变化
　　变电站自动化系统综合考虑了变电站对数据采集、处理的要求，以计算机技术实现测量、保护、监视、控制、信号等功能。一般通过两种方式，即集中组屏方式和分散配置方式来实现。传统的设计模式是通过传感器、变送器等把所有被控设备的状态、电量、非电量等信号集中到中央控制室，然后由计算机按照规定的数学模型进行计算、判断，进而对被控设备进行控制。可这样给我们带来了很多问题：大量的变送设备；经常发生在由被控设备引至中央控制室的控制电缆故障；繁琐的安装调试工作；同时也使用户对系统的可靠性产生了疑问，而设计方却只能通过增加投资设置冗余备份来提高其可靠性。用分层分布式系统结构将测量、保护、控制功能尽量分散安装到各开关柜上，采用单一的光纤(或屏蔽双绞线)代替了连接开关柜与中央控制室的控制电缆，大大减小了中央控制室的面积，节约了电缆，提高了可靠性。特别是对一些“无人值班、少人值守”的变电站，有观点认为甚至可以不设置中央控制室。所以，我们在进行变电站总体布置设计时，应转变传统的观念，合理考虑布置方案。
　　变电站自动化技术发展到现在，已经比较完善、成熟和可靠。有关的管理部门也正在实施其标准化工作，希望能实现产品的“四统一”，即统一设计思想、统一设计模式、统一功能要求、统一通信规约