变电站自动化系统的工作原理及实现
——自动化知识系列讲座之一
一、自动化技术的发展概述
1、概念
自动化技术，也即远动技术，是一种可以实现电力系统调度的远距离检测、控制技术，它的作用是将分布在各个不同位置、不同类型的变电站（包括发电厂）和用户的运行工况（包括开关状态、设备的运行数据等）转换成便于传输的信号形式，加上保护措施以防止传输过程中的外界干扰，经过调制后，由专门的信息通道传送到调度端，在调度端的主站经过反调制，还原为原来对应的信息显示出来，供调度人员监控之用。而调度员的控制命令也可以通过类似过程传送到远方的被控对象。这一过程实际上涉及遥测、遥信、遥调、遥控，所以，传统远动技术是四遥的结合。
而我局目前已经实现了第五遥，遥视——是利用先进的图像传感技术、计算机网络技术和通信技术，将变电站内电气设备的运行状态和安放情况用图像或告警的形式传送到远方，这样，调度人员、巡检运行人员、保安人员玖能够试试的监控现场运行情况。实现了电网的可视化监控和调度，使电网运行更加安全可靠。关于遥视的详细知识将会开设专题讲解。
实际上，还有第六遥，遥脉，也就是电度量的自动采集和传送。
2、发展概述
2.1早期的变电站远动技术（20世纪60、70年代）
早期的远动设备由以下3部分组成。
a、变电站远动设备。它包括远动主设备（RTU）、调制解调器（MODEM）和过程设
备，其中过程设备包括信息输入设备（如变送器等）、信息输出设备（如遥控继电器、档位调节器等）。过程设备的作用：是面向电力生产过程，把强电特性的信息转换为电子技术能处理的小信号（变送器），或相反（遥控继电器）。
工作过程大致为：变电站的各种告警、状态和位置信号经光电隔离后直接送入RTU，测量量来自CT、PT，经变送器转换成直流电压或电流信号后送A/D 转换，再经RTU的逻辑电路处理后，按一定的通信协议发往调度端；而遥控或遥调命令，则由调度端发出，RTU接收后输出给遥控继电器或档位调节器，
从而控制现场设备运行。
b、调度端远动设备。包括远动主设备（主站）、调制解调器（MODEM）和人机设
备。其中人机设备有模拟屏、操作控制台、打印机、数字显示设备及仪表等。
主要完成接收变电站送来的遥测、遥信信息，经处理后反映到人机设备上，而调度员通过操作控制台向变电站发出控制命令，进行遥控、遥调操作。c、远动通道，包括变电站和调度端的MODEM和传输线路。本时期通道多以电力
线载波技术为主。（它的主设备就是变电站中载波塔上那个圆圆的象锅盖的东西。）
早期的远动设备有以下特点：
①不涉及软件，设备由硬件制造，即为非智能硬线逻辑方式；
②核心硬件是晶体管以及中小规模集成电路芯片；
③其设计理念是面向全厂或全站，而不是面向间隔或元件，因此无一例外是采
用集中组屏方式；
④变电站的终端设备与调度端的接收设备均为一对一方式；
⑤远动设备内部各部分之间以并行接口技术为主，很少或几乎不便用串行接口
技术；
⑥大部分远动设备只完成遥测与遥信功能，少部分兼具遥控、遥调的所谓“四
遥”功能。
2.2中期的变电站远动（监控）技术（20世纪80年代～90年代前几年）
在这几年，随着电子技术（CPU和大规模集成电路）的发展，以及远动设备和PC 计算机的结合，出现了数据采集与监控系统（SCADA——Supervisory Control And Data Acquisition）系统。当然，广义上的SCADA系统还包括主站系统，但是这也意味着远动向提高传输速度、提高编译码的检、纠错能力以及应用智能控制技术对所采集的数据进行预处理和正确性校验等方向发展。因此，远动一词也逐渐为监控所取代。
中期的远动设备有以下特点：
①以单或多CPU和嵌入式软件为核心；
②PC机的应用提高了远动设备的应用水平，拓宽了人机联系的范围；
③在采用多CPU设计时，设备内部逐渐从并行接口技术转向以串行接口技
术为主；
④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；
⑤变电站的终端设备与调度端的接收设备，逐步从一对一方式发展为一对N
方式；
⑥通道除了电力线载波之外，还有诸如微波、光纤等多种方式，但以载波、
微波为主；
⑦远动功能由“二遥”发展到“四遥”，且增添了若干附加功能。
2.3当前的变电站自动化技术（20世纪末到现在）
随着半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术的快速发展，分层分布式的自动化系统结构被广泛采用。同时，由于传统上相当独立的远动和继电保护的逐步统一，远动技术的传统概念与内涵也有了质的不同，我们开始把这样的技术称为变电站自动化技术。
当前变电站自动化技术的主要特点有：
①以国际电工委员会(IEC)关于变电站的结构规范为准，真正以分层分布式
结构取代传统的集中式；
②把变电站分为3个层次，即站控层、间隔层以及过程层，在设计理念上
不是以整个变电站作为设备所要面对的目标，而是以间隔和元件作为设
计的依据，在中低压系统中，将测控和保护合并为一台装置，而高压与
超高压系统，则独立分开为测控单元和保护单元；
③主设备的硬件以高档32位工业级模件作为核心，配有大容量内存、闪存
以及电子盘和嵌入式软件，构成所谓嵌入式系统；（这包括用工控机，
如四方公司和嵌入式模块，如继保、深南瑞两种）
④现场总线的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
物质基础；
⑤网络，尤其是基于TCP/IP的以太网，在变电站自动化系统中广泛应用；
（当然，变电站的网络结构也经历了多年的发展，目前我局的变电站内
网络结构呈现多样化，复杂化，对维护带来一定的难度。关于网络结构
的课题将另行安排培训。）
⑥智能电子装置(IED—intelligent electronic device)大量运用，如继
