1、整个系统的数字化、集成化、规范化

当前变电站自动化的发展趋势将会不断朝着高集成化、数字化、标准化方向发展。随着集成电路和计算机技术的飞速发展，各种新型的大规模集成电路将会进一步应用在继电保护和测控装置上，这些新器件的应用将使保护和测控装置的电路板更加小型集成化。高集成化可以使装置通信、数据存储及处理能力更强，降低成本，减少故障率，有利于实现统一的运行管理。

数字化是指变电站自动化系统的整体数字化、信息化以及与电力整体的协调操作。随着变电站一次设备的智能化，如智能开关设备、光电式电压和电流互感器和各类智能电子装置的出现和应用，变电站自动化将进人数字化阶段，有利于改进和优化现有的保护和控制功能。

变电站自动化系统将逐步向产品标准化方向发展。具体表现在:产品基本功能设计和要求的标准化及产品的对外接口和通讯协议的标准化，变电站内不同厂家的设备可以做到互换互连，"即插即用"增加了用户选择变电站内各类设备和更换设备的自由度，同时不满足标准化设计的厂商将被逐步淘汰，使变电站自动化专业逐步走向良性的发展。

2、从集中控制、功能分散型向分层分布式网络型发展

传统的保护、远动和站级监控、故障录波等设备是按功能分散考虑的。趋势是从一个功能模块管理多个间隔单元，向一个模块管理一个间隔单元发展，实现地理位置上的高度分散。这样发生故障时对系统的影响可大大减小，功能模块的独立性、适应性更强。通信接口的发展也是日新月异，早期的串行通信到现场总线，从现场总线再到工业以太网通信，工业以太网技术取得了飞速的发展，带宽的提高和交换技术等新技术的发展，使通信实时性得到了保障。在网络化的IEC61850 数字化变电站系统中，基于上述技术的交换式以太网，解决了基于HUB的共享式以太网冲突检测机制造成的丢包问题和交换式以太网的实时性不确定问题，以太网交换机除了用于构建各种网络架构和传输各种控制命令和监测数据以外，还通过网络传输间隔设备之间的跳闸命令和闭锁信号。因此，对工业以太网交换机在IEC61850 系统中的应用提出更高的要求，它已经成为组成变电站综自系统其中极为重要的设备。已有的实际工程应用中，这些交换机还存在着部分问题，如电源损坏率高，部分严酷情况下会出现丢包现象等，在设计中必须考虑采用符合IEC61850-3 标准的产品，应满足与安装在变电站间隔层就地的保护测控装置一样的环境、机械以及电磁兼容的要求。通信容量更大、实时性更高、可靠性更高的需求影响着未来通信技术的发展方向。

3、遥视系统的应用

遥视系统在综合自动化变电站内已广泛使用，它将变电站内采用摄像机拍摄的视频图象远距离传输到调度中心或集控站(主站)，使主站的运行、管理人员可以借此对变电站电气设备的运行环境进行监控，以保证无人值班变电站的安全运行。遥视系统的视频图象监视在本质上还属于图象获取系统，将计算机视觉技术运用到图象信息的分析与理解中，可以实现变电站系统图象信息的智能处理。计算机视觉技术在变电站领域已成功应用的例子有指针式仪表表示值的自动检定、移动物体的自动识别报警和跟踪运行人员的操作过程。随着与计算机视觉相关的一些技术的不断发展应用，其在变电站领域显示出了良好的应用前景。

4、蓝牙技术的发展应用

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信开放性全球规范，它是一种以低成本的近距离无线连接为基础、为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术，解决了以太网用于变电站自动化布线难的问题。该技术具有小功率、微型化、低成本以及与网络时代相适应的特点。蓝牙技术是一项发展中的技术，其应用正处于起步阶段，但蓝牙技术标准统一、知识产权共享的优势是非常明显的，其未来的发展不可限量。可以预见，变电站内许多设备问采用无线方式通信在不久的将来就可以实现。

XNR-800型微机综合自动化系统，是在综合国内外多家微机保护的基础上，创造性地吸收当前国内外先进微机技术，采用国际最新的DSP为核心处理单元，研制成集保护、测控、远动、通讯于一体的综合自动化系统。该系统适用于110kV及以下电压等级变电站，具有保护、遥测、遥信、遥脉、遥调、遥控等功能，可实现对变电站全方位的控制和管理，实现了变电站无人值守功能。

该系统自投入市场以来，以其运行稳定、功能完善、采样准确、开入开出正确、通讯可靠而深受用户的好评。

该系统采用分层分布式控制模式，装置可以集中组屏，也可分散安装于开关柜的二次仪表室中。集中组屏时，屏柜采用2260(或2360)×800×600尺寸，每面屏柜可装4层装置，每层可装3个装置。其各种保护测控装置、自动化控制装置从物理性能上与空间分布至主变电站一次设备间隔层，各装置作为一个完整系统，具有独立的电源，CPU及独立的操作回路，完成对变电站对应间隔的保护、测量、控制等功能，各装置在软、硬件设计上是完全独立的，不依赖通讯网。

构成分布式系统的保护、测控装置的CPU芯片采用国际先进的DSP芯片，并采取了隔离、软硬件滤波、看门狗电路、抗干扰编码、智能诊断、各种开放、闭锁控制电路、抗震动、抗干扰的新型结构设计等多种软硬件方面的措施，提高了装置的可靠性。

在通讯系统中，各装置可通过现场总线直接连接微机进行通讯，也可与通讯管理机进行通讯，将采集到的各种信息通过通讯管理机上传给微机监控系统;同时通讯管理机把接收到的各种命令传送到所对应的装置中。控制设备层以站内一次设备为测控对象，面向对象，综合分析变电站对信息的采集、处理及控制要求，分布式配置小型化、高可靠性的微机保护和测控装置。各装置相对独立，可与变电站层设备通讯，实现变电站综合自动化。

1、 微机保护:是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护应具有下列功能: 1)故障记录2)存储多套定值 3)显示和当地修改定值 4)与监控系统通信。根据监控系统命令发送故障信息，动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。

2、数据采集及处理功能

包括状态数据，模拟数据和脉冲数据 1)状态量采集 状态量包括:断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号、事故跳闸总信号、预告信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。 2)模拟量采集 常规变电站采集的典型模拟量包括:各段母线电压、线路电压，电流和有功、无功功率值。馈线电流，电压和有功、无功功率值。

3、事件记录和故障录波测距

事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。 变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。

4、控制和操作功能

操作人员可通过后台机屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。

5、防误闭锁功能

6、系统的自诊断功能

系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能，方便维护与维修，可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置。

7、 数据处理和记录

历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有:

1)断路器动作次数;

2)断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数;

3)输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大，最小值及其时间;

4)独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间;

5)控制操作及修改整定值的记录。

根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。

8、 人机联系系统的自诊断功能 系统内各插件应具有自诊断功能，自诊、断信息也像被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心与远方控制中心的通信。

9、本功能在常规远动"四遥"的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等，其信息量远大于传统的远动系统。还应具有同调度中心对时，统一时钟的功能和当地运行维护功能。

XNR-800系统设计了系列化的测控装置:微机保护装置和综合一体化的保护测控装置。不同规模、不同一次接线、不同要求的变电站实现综合自动化，可以方便的应用这些面向对象设计的装置。

为了更好地满足用户的需求，XNR-800型系统已形成系列化产品如下:

(一)、差动保护部分

1、XNR-891 二圈变压器差动保护测控装置(不带操作回路)

2、XNR-892 二圈变压器差动保护测控装置(带操作回路)

3、XNR-893 三圈变压器差动保护测控装置

4、XNR-894 线路差动保护测控装置

5、XNR-896 电动机差动保护测控装置

6、XNR-897 线路光纤纵差保护测控装置

7、XNR-898 发电机差动保护测控装置

8、XNR-899 发变组差动保护测控装置

(二)、后备保护部分

1、XNR-882 二圈变压器(高/低)后备保护测控装置

2、XNR-883 三圈变压器(高/中/低)后备保护测控装置

3、XNR-888 发电机后备保护测控装置

4、XNR-889 发电机接地保护测控装置

5、XNR-885 主变后备保护操作装置

6、XNR-886 主变非电量保护测控装置

7、XNR-881 线路距离后备保护测控装置

(三)、负荷保护部分

1、XNR-871 线路保护测控装置

2、XNR-872 变压器保护测控装置

3、XNR-873 电动机保护测控装置

6、XNR-876 电容器保护测控装置

7、XNR-877 电抗器保护测控装置

8、XNR-878 线路距离保护测控装置

9、XNR-879 母联保护测控装置

(四)、辅助保护部分

1、XNR-862 备自投保护测控装置

2、XNR-863 母线PT保护测控装置

3、XNR-861 通讯管理总控装置

4、XNR-864 电容器自动投切保护测控装置

5、XNR-867 低压减载保护测控装置

6、 NPS-637 低周减载保护测控装置

7、 NPS-638 电压无功自动投切保护测控装置

(五)、低压保护部分

1、XNR-881 线路保护测控装置

2、XNR-882 发电机保护测控装置

3、XNR-883 电动机保护测控装置

XNR-800型分层分布式结构示意图如下:

常规水电站通讯示意图

110KV变电站通讯示意图

汉字显示:该装置采用大屏幕液晶直接显示电流、电压、功率等所需的电气量，并且将保护动作的各种信息显示在屏幕上，并记录其动作时间及大小。指示明确:保护装置上有六个指示灯，可以指示保护装置的工作状态、监视元件的状态及对断路器的跳合位监视。操作方便:保护装置的保护投退、定值整定、数据查询、开入检测、开出试验等都可在保护装置的面板上直接操作，大大提高了操作的方便性。保密性强:保护装置的保护投退、定值整定、开出试验等设计到数据改动及继电器的开出都需要输入密码，从而大大提高了操作的安全性。定值整定:所有的保护定值都通过操作菜单直接整定，在微机上及监控微机上进行定值整定都需要输入操作密码及权限，保证了整定值的安全性。开出操作:按照图纸对应的继电器回路，所有的继电器开出都可通过面板直接开出操作，但都需要输入其相应的密码。数据显示:保护装置所采集到的:测量电流、母线电压以及由此计算的线电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率等电气量都集中显示在液晶屏上。采样性能:保护电路和测量电路具有独立的采样回路，既保证了监测精度，又保证了保护的抗饱和性能。出口独立:所有出口继电器都单独使用一个通道，方便保护的投入和退出。遥控分合、保护合闸、保护跳闸、事故信号、预告信号及其特殊信号出口都独立。软件开放:通过软件编辑的菜单，可查寻保护装置所采集的各种电气量，还可检查出负荷的运行状态，以及一些参数设置。事件记录:能够记录最新60条以上事件信息，主要元件任何变位都有信息记录，并且具有断电保持功能，该信息可在事件记录中查询。自保功能:每个断路器对应一个操作回路，紧急时可直接对开关进行操作;另外，装置具有断路器跳合闸线圈保护功能，避免因机械拒动而烧毁断路器线圈。抗扰性能:装置机箱均采用密闭式，内部双层屏蔽，减少了电磁对装置的干扰。防震性能:保护装置所有板件都是通过硬插件紧密相连，并有固定螺丝固定，避免了保护装置在长途运输中出现松动及脱落现象。替代性强:保护装置功能强大，具有"四遥"功能，完全可替代常规继电器的保护，数字式的输入方式，大大减少了维护量。设计灵活:根据现场情况，可设计成集中组屏式，也可分散安装于开关柜上。

运行可靠:完善的自检体系，硬件检测直到继电器跳闸出口，均采用可靠的元器件

本系统由电源及继电器模件、交流采样模件、CPU及开入量模件、总线模件、人机接口模件等组成。CPU采用DSP芯片，断路器操作模件代替了原来开关柜的全部操作。

各装置设有独立箱体，液晶显示屏、按键、运行指示灯、断路器位置指示灯、电源指示灯均装于面板上便于操作、观察。NPS-600系统采用模块化设计，即由相同的硬件构成不同种保护。

1)、硬件组成

NPS-600型微机保护测控装置由下列模件组成:交流采样模件，CPU及开入量模件，电源及继电器模件，总线模件，液晶显示模件，全封闭金属机箱。各模件之间有金属屏蔽板，减少电磁干扰的影响。

各模件功能简述如下:

1、电源及继电器模件:提供装置各种工作电源，直流或交流185-265V输入，输出±5V，+24V。二组电压均不共地，且采用浮地方式，同外壳不相连。

+5V用于CPU及外围芯片

+24V用于驱动继电器

同时此模件安装出口继电器及中央信号继电器，用于断路器控制和中央信号报警。

2、交流采样模件:将交流电压、电流转变为弱电信号，以便模数转换。保护CT与测量CT分开，保证保护要求的抗饱和特性与测量精度。交流模件共可以装13路交流输入回路?据用户所要求的保护功能及测量功能而配备。其原理图如下:

3、CPU及开入量模件:该模件是整个装置的核心部分，完成模拟量、开关量的采集、处理，各种保护判据的运算，判断，然后产生相应的控制出口，发信号及通讯传输等。

其原理及与相关插件的关系示意图如下所示:

同时，此模件可接入开入量，所有接入微机保护的开入量，可将开入量的一端作为公共端短接后接入微机保护的公共端，另外一端作为信号输入接到对应编号的端子上，所提供的开入量均做无源接点接入即可，保护装置内部已经提供了公共端电源。

4、 总线模件:各模件之间用可靠得接插件与总线板相连接，通过总线板相互传递数据。

5、人机接口模件:人机接口模件装有大屏幕液晶显示器、键盘和指示灯，完成人机之间的对话，例如显示电压电流、保护事件，修改定值等。

超高压变电站自动化系统主要模式

超高压变电站自动化系统的结构模式从早期的以集中为主，发展到现在的以相对分散和分层分布分散为主，经历了一个探索、改进和完善提高的过程，在模式设计和实际的工程建设中都有应用。

所谓集中模式，指的是保护、监控、通信等自动化功能模块均在控制室集中布置，各模块从物理上联系较弱甚至毫无联系。早期的系统，包括许多引进的产品，主要采用这种结构模式，目前仍有为数不少的这样的系统在运行。

相对分散模式，指的是自动化系统设备按站内的电压等级或一次设备布置区域划分成几个相对独立的小区，在该小区内建设相应的设备小室，保护、监控等设备安装于设备小室中，主站通信控制器、直流、录波等设备仍集中安装在控制室，各小室之间以及与控制室之间均通过工业总线网络互联。这种模式从90年代后期开始得到大量应用。

分层分布分散模式亦即全监控，指的是参照中低压变电站综合自动化的结构模式，除主变、母线和高压线路的保护测控、中央信号、通信仍采用集中组屏外，出线、电容器的保护、监控等设备完全按设备间隔安装于就地的设备小室或直接安装在一次设备上，各模块之间采用标准局域总线和通信规约互联。当然，也可按集中组屏的方式安装这些模块。这种模式在最近有迅速发展的势头。

随着新技术的发展、新标准的制订、新应用需求的提出，还会出现与之相适应的新的系统结构模式。

(1)在系统集成方面，应更强调功能集成、模块协调，实现数据、资源共享，除了因可靠性要求外，要减少一切不必要的冗余，以提高系统的运行可靠性和性价比。

(2)对减少建设投资的考虑，应从减少占地、减少二次连接电缆、减少装置数量、减少每个装置中所用元器件数量、减少人员、降低后续的维护费用等方面综合考虑，才能全面反映出采用新型设备所取得的经济效益。

(3)对于面向对象问题，需对对象有统一明确的定义。面向变电站、面向电压等级、面向设备间隔、面向物理监控对象等不同的基点，会产生不同的设计思想，从而会引起系统结构的完全不同。

(4)关于系统的标准化问题，不仅通信接口硬件、通信规约要标准化，而且模块的物理结构尺寸、接线端子也要尽量标准化，以利于系统未来的扩容升级改造。

(5)对于系统的诊断，需要诊断软件能够迅速定位和隔离故障，并增加设置专用"黑盒子"，避免再出现类似二滩电厂那样的大事故却无法追踪的尴尬局面。

(6)直接采用数字载波、数字微波、光纤等高速数据通信通道，彻底避免数字通道模拟使用、高速通道低速使用的弊端。光纤通道由于具有:可靠性高、抗干扰能力强、传输频带宽、通信容量大、传输衰耗小、通信距离远、传输速度快、体积小、重量轻、敷设方便等优点应优先考虑采用。

(7)关于变电站自动化系统中保护压板的设置问题，应考虑尽量减少硬压板而采用软压板，保护投退可全部采用软压板。当然，保护出口回路仍必须采用硬压板。

(8)低周减载功能应智能化，结合时间定值、负荷性质、负荷容量等从系统级综合考虑。

(9)对小电流接地选线功能，若完全分散完成则降低了选线的准确性，传统的完全集中又过多地占用了硬件资源，所以应采用数据共享法来保证准确性和低造价。

(10)电压无功综合控制功能，应由系统完成，而不考虑另配置专门的功能单元。

(11)系统设备的维护问题，应提倡现场模块级维护，对故障模块进行更换，尽量避免现场的元件级维护。

(12)系统干扰主要有辐射干扰和传导干扰，长导线易引起传导干扰，所以要尽量减少电缆长度，要符合电器设备电磁兼容性国际标准国家标准行业标准。辐射干扰对系统的影响则比较有限。

(13)直流电源的配置方式需给以充分考虑。保护监控就地分散安装后，直流电源供电电缆成了主要的传导干扰源，因此其配置方式就成了抗干扰的瓶颈。

(14)SCADA实时数据、电量计费数据、保护数据、故障录波数据等尽量统一规约，统一通道，统一时标。

(15)事故总信号最好由保护系统的中心管理模块统一集中产生，

(16)保护远方复归-自动化系统须考虑远方复归功能，但运行单位可根据当地的规定选择投入或退出以及屏蔽。

(17)主变主保护高中低压后备保护非电量保护从硬件上应结合成一体，由于共用一套出口回路，如果分开设置相互之间连线太多，而且操作箱出口故障时后备也起不到后备作用。

当然，在工程建设中还会出现一些新的问题，需要进一步探讨解决。