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德国西门子公司于1985年在德国汉诺威正式投运了第一套变电站自动化系统LSA-678，此后陆续在德国以及欧洲投运了300多套该种型号的变电站自动化系统。该系统结构有两类，一类是全分散式的系统，另一类是集中与分散相结合的系统。
日本也在20世纪90年代，将计算机监控系统运用到其新建和扩建的高压变电站的运行支援系统中。其主要特点是继电保护装置下放至开关现场，并设置微机控制终端，将采集到的测量值和开关接点信息，通过光缆传送到主控制室的后台计算机系统。主控制室的后台计算机系统将采集到的测量值和开关接点信息处理后，发出开关及隔离开关操作命令通过光缆下达至终端执行，主控制室计算机系统采用双以太网。
美国投运的变电站自动化技术大体有三类：一类是以远动终端设备（RTU，Remote Terminal Unit）为基础进行实时数据采集，并和上级调度中心通信；另一类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；第三类采用MODBUS PLUS多主站网络系统，保护、监控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。
目前国外产品以ABB公司的SCSl00/200和西门子公司的LSA-678为主流，在间隔层终端集保护、录波、计量、远动功能于一体，并使得信号采集完全分散分布和下放，简化了二次回路。通信网主要以具有很高的通信速率和非常好的抗干扰能力的光纤为介质。也有一部分变电站自动化系统的通信网采用了现场总线技术，现场总线具有很高的抗干扰性能，网络传输速度适中，成本低，施工方便。
1.2.2 国内变电站自动化技术的现状及发展
国内变电站自动化技术起步较晚，在上世纪80年代后开始讨论、研制与开发，真正投入使用，则是在国内微机保护能够实现与监控系统交换数据之后。上世纪80年代及以前，是以RTU为基础的远动装置及当地监控为代表，功能主要是与远方调度进行通信以实现“四遥”(遥测、遥信、遥控、遥调)，与继电保护及自动安全装置的联接通信，此类系统称为集中RTU模式。目前在一些老站改造中仍有少量使用，这一阶段称为自动化的初级阶段。到了上世纪90年代初期，单元式微机保护按功能设计的分散式微机测控装置得到广泛应用，保护与测控装置相对独立，通过通信管理单元能够将各自信息送到后台或调度端计算机。从上
世纪90年代中后期，随着计算机技术、网络及通信技术的飞速发展，采用分层分布式的系统结构，按间隔为对象设计保护测控单元，形成真正意义上的分层分布式自动化系统。目前国内主流厂家均采用了此类结构模式。
进入21世纪后，数字保护技术的发展使得变电站综合自动化技术产生了一个飞跃，变电站综合自动化技术在我国进入了实质性发展阶段。10kV变电站综合自动化多采用分散分布式交流采集系统，通过串行口或网络与后台监控主站相连，将测控部分合并在10kV保护装置内，根据模拟量对采样精度的不同要求，采用专用的电流输入口测量，监控单元多采用工业PC，但其性价比不及计算机工作站和计算机服务器。监控系统大都保留有RTU装置，由RTU进行电量采集，向各级调度中心传递数据，并通过它与监控系统交换信息。现场通信多采用RS串行通信总线，也有少数采用CAN现场总线。但是不同厂家设备的通信规约种类繁多，不仅浪费了大量开发软硬件的人力物力，也给用户的设备选型、运行维护等带来诸多不便，并且由于通信规约及调度中心功能不够完备，综合自动化系统用作无人值班分站时不能实现本应具有的丰富的变电站运行监控功能，浪费了用户的投资费用。这些都是亟需解决的问题。
1.3 变电站综合自动化研究目的与意义
变电站是电力系统中不可缺少的重要组成部分，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。尤其是现在大容量发电机组的不断投运、超高压远距离输电和大电网的出现，使电力系统的安全控制更加复杂，如果仍依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，依靠原来变电站的旧设备操作控制，而不进行技术改造的话，必然没法满足安全、稳定运行的需要，更谈不上适应现代电力系统管理模式的需求。变电站自动监控系统作为变电站综合自动化的重要组成部分，对电力系统安全、稳定和经济、优化起着举足轻重的作用。
（1）提高供电质量，提高电压合格率。变电站自动监控系统中的电压、无功自动控制，能大大提高电压合格率，保证电力系统主要设备和各种电器设备的安全，使无功潮流合理，降低网络损耗，节约电能。
（2）提高变电站的安全、可靠运行水平。变电站自动监控系统是由微机
组成的，具有故障诊断功能。除了微机保护能迅速发现被保护对象的故障并切除故障外，有的自控装置并兼有监视对象工作是否正常的功能，发现其工作不正常
及时发出告警信息。更为重要的是，微机保护装置和微机型自动装置具有自诊断功能，这是当今的综合自动化系统比其常规的自动装置或“四遥”装置突出的特点，这使得采用自动监控系统的变电站一、二次设备的可靠性大大提高。
（3）提高电力系统的运行、管理水平。变电站启用自动监控系统后，监视、测量、记录、抄表等工作都由计算机自动进行，既提高了测量精度，又避免了人为的主观干预，运行人员只要通过观看CRT屏幕，就可对变电站主要设备和各输、配线电路的运行工况和参数便一目了然。自动控制系统具有与上级调度通信功能，可将检测的数据及时送往调度中心，使调度员能及时掌握各变电站的运行情况，也能对它进行必要的调节与控制，且各种操作都是有事件顺序记录可供查阅，大大提高运行管理水平。
（4）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。由于变电站自动监控系统采用微计算机和通信技术，可以实现资源共享和信息共享，同时由于硬件电路多数采用大规模集成电路，结构紧凑、体积小、功能强，与常规的二次设备相比，可以大大缩小变电站的占地面积，而且随着微处理器和大规模集成电路的不断降价，微计算机性价比逐步上升，发展的趋势是自动控制系统的造价逐渐降低，而性能和功能会逐步提高，因而可以减少变电站的总投资。
（5）减少维护工作量，减少值班员劳动，实现减人增效。由于自动监控系统中有故障自诊断功能，系统内部有故障时能自检出故障部位，缩短了维修时间。微机保护和自动装置的定值又可以在线读出检查，可节约定期核对定值的时间，而监控系统的抄表、记录自动化，值班员可不定时抄表、记录，可实现少人值班，如果配置了与上级调度的通信功能，能实现遥测、遥信、遥控、遥调，则完全可实现无人值守，达到减人增效的目的。
1.4 课题研究的主要内容
本课题主要针对110kV变电站的供配电系统情况及有关要求，研究变电站综合自动化系统的建立。重点研究基于PLC的自动化体系结构和功能，由于能力有限，时间有限、主要设计利用PLC实现高压断路器控制、变压器备用自投系统。
2 变电站自动化系统总体设计
2.1 变电站自动化系统原始资料及分析
1、拟建110kV变电站原始资料：
（1）变电站类型：110kV降压综合自动化变电站； （2）主变台数：两台；
（3）电压等级：110kV、35kV、10kV； （4）出线、回路及传输容量：
表2-1 110kV电压侧
出线 X地变 Y地变 系统 Z地变 备用回路
传输容量（kW）
10000 10000 30000 5000 2
距离（km）
6 42 72 36
回路数 1 1 2 1
线路材质 LGJ-150 LGJ-150 LGJ-150 LGJ-150
表2-2 35kV电压侧
出线 A厂 B厂 C厂 D厂 E厂
传输容量（kW）
8000 10000 5000 10000 5000
距离（km）
6 8 15 12 10
回路数 2 2 1 2 1
线路材质 LGJ-120 LGJ-120 LGJ-90 LGJ-120 LGJ-90