由于500 kV变电所在电网中所处的重要地位和本身的特点，对采用综合自动化系统有较高的技术要求。500 kV双龙变电所是我国已投运的首座取消常规控制，完全采用计算机操作的变电所，其综合自动化系统于1997年12月与变电所同步投产，1年多的运行表明：系统安全、稳定、可靠，各项功能达到了设计指标，满足运行要求。
本文就双龙变电所综合自动化系统的现状和运行情况进行介绍，对超高压变电所综合自动化系统应具备的功能、技术特点和优势做一分析。
1 功能和技术特点
500 kV双龙变电所综合自动化系统采用国际招标方式采购。由Siemens公司中标，并提供站级及以下设备；站内监控系统由Siemens公司分包给电力自动化研究院，并由电力自动化研究院负责整个系统的集成。
考虑系统的完整性和扩建方便，综合自动化系统的站内监控系统按远景规划一次建成，站级及以下设备按变电所中期规模建设，其系统结构示意框图如图1所示。
图1 500 kV双龙变电所综合自动化系统结构框图
Fig.1 Structure of integrated automation system at 500 kV Shuanglong ultra-high-voltage substation
综合自动化系统由一套电力自动化研究院提供的BSJ—200变电站监控系统和5套分别位于每个继电保护小室内的Siemens公司LSA 678装置组成。站内监控系统硬件设备主要包括双主机、双人机工作站、主备通信机和双光纤以太网络设备。
500 kV双龙变综合自动化系统共采集遥信2 467点、遥测413点、脉冲量104点，遥控输出424点，比较全面地实现了对变电所的监控。
双龙变电所综合自动化系统与超高压变电所常规监控系统相比，除实现常规的监控功能外，还具有以下特点：
a.综合自动化系统与变电所总平面布置设计思想一致：即变电所内二次设备相对集中、就近安装。综合自动化设备按出线间隔或串设计，缩短电缆长度，降低强电磁环境下电缆的“天线效应”，提高控制的可靠性。
b.为减少干扰信号造成误操作的可能性，变电所内计算机网络通信和设备间通信基本采用了光纤作为传输介质，并尽可能采用冗余方式。
c.采用Siemens公司的8TK Interlocking Unit作为间隔级的防误闭锁装置，构成变电所的硬件闭锁控制系统。即使站内监控系统崩溃，还可以在间隔层设备上实现完整的监控和防误操作，确保运行可靠性。
d.在站内监控系统上，设有口令授权系统，并在人机界面上将控制设备按串或间隔分成单元；各单元设备的控制操作经操作提示和确认后，启动相应的逻辑判别程序，软件检查正确后，再将控制命令下发，从而与8TK共同构成双重检测闭锁功能。
e.重要的信息（如开关、刀闸位置等）采用双位置接点（一副常开接点，一副常闭接点），并在软件和硬件上判断其合法性。且事件顺序分辨率（SOE）达到1 ms（经华东电力试验研究所现场实测）。
f.对暂态变位信号（如保护动作、重合闸动作等），在人机界面显示时用软件进行处理，采用自保持方式，须经人工确认后，信号才会消失。
g. 在人机界面上采用模拟光字牌代替常规光字牌，并按全所级和间隔级的分层模式来显示，同时采用改变光字牌不同的显示方式来区别事故和预告信号。
h.微机保护的动作信号包括自诊断信息，经保护管理机规约转换后主动上送站内监控系统。各级保护管理部门及调度部门可通过电话拨号方式直接调取保护内部的各类信息，用于分析事故的原因及过程。运行值班人员可通过监控系统远方调取保护信息，远方复归保护动作信号，并且用硬件（压板）或软件两种方式避免远方修改保护定值和通过通信方式从保护装置出口跳闸的可能性。
i.相对独立的自动电压控制（AVC）功能模块集成在综合自动化系统中。它既能控制500 kV系统电压，也可以优先控制220 kV系统电压。控制目标可以是定值方式，也可以是曲线方式；并且有闭环自动调节、半闭环、L&C及开环指导4种不同的运行方式。在软件设计中，充分考虑了被控设备可能出现异常和故障时的自动闭锁。对提高系统电压合格率、无功潮流优化都起到了积极作用。
2 实际运行分析
500 kV双龙变电所综合自动化系统经过1年多的实际运行，与常规变电所相比，不但给变电所的运行和维护工作带来了相当大的方便之处，而且为保证变电所的安全运行起到了关键作用。
2.1 采集信息
双龙变电所综合自动化系统采集的信息量多、面广，并在人机界面设计上采用了事故音响报警、变位开关闪烁、简报窗口文字提示、模拟光字牌及模拟量越限报警等多种手段和方式，确保双龙变在发生事故和出现异常情况时能迅速做出反应、详细记录、直观显示。既保留了部分传统的运行监视习惯，又改变了运行值班的监视方式，提高了对运行设备的监视效果。
采用精度较高的交流采样I/O装置和变送器。通过抽测和年校测试，除极个别无功功率测点外，综合误差均小于0.5%。在程序设计上做到了测点的限值可方便设定，越限报警除在告警窗口文字提示外，还采取在人机界面上对模拟量显示变色、模拟屏上相对应模拟量值闪烁等多种提示手段，提高了监视的效果。
自500 kV双龙变电所投产以来，综合自动化系统经受了5次线路事故的考验，每次事故发生，综合自动化系统都能准确地记录事故的全过程。如1998年4月5日23时57分，因对侧变电所一条220 kV线路故障，对侧变电所因电压互感器（TV）多点接地，保护失去方向性，造成双龙变至该变电所的3回220 kV线路开关同时跳闸。综合自动化系统中预告信号一览表详细记载了从23时36分51秒500 kV1号故障录波器启动开始到23时37分35秒故障消除期间共668条记录；事件一览表记录了从23时36分51秒577毫秒到23时36分51秒831毫秒共254毫秒内73条有关各类保护动作及开关跳闸的准确时间及内容；微机保护一览表提供了各套线路保护的动作时间、动作行为、故障测距等内容，为运行值班人员的故障分析、判断和及时处理提供了强有力的支持和帮助。
在试运行期间，500 kV兰双5407线路保护复用载波机由于抗干扰能力不足，造成误发信，综合自动化系统准确地记录和反映了这个现象，及时地发现了事故隐患。
2.2 控制与操作
自1997年12月29日至1998年12月31日，运行人员在正常倒闸操作中通过自动化系统共进行了1 042次控制操作，正确率达100%。另外，在新设备投产期间，共进行控制试验962次，正确率也达100%。统计结果表明，通过综合自动化系统进行倒闸操作，操作速度比常规变电所提高约10%～15%，其中，一次设备的操作速度至少要提高50%以上。影响操作速度的主要原因是由于继电保护分布布置，在进行保护投退操作时，需往返于继电保护小室与主控室。
2.3 运行管理和统计报表
双龙变综合自动化系统取代了常规的人工报表和统计，能自动完成各类日、月负荷报表的生成和打印，自动完成全所电量计算、电压合格率统计、开关动作次数及跳闸次数统计、主变有载开关调节次数统计等；并且可按照变电所运行工作的需要，方便地生成各类运行管理需要的报表，大大减少了值班人员手工抄表和统计计算的工作量。
2.4 变电所电气设备的检修和消缺
由于双龙变电所综合自动化系统以及保护装置均按串或间隔设计，任一间隔设备的停运不会影响其他部分，给检修和消缺工作带来了很大的方便。综合自动化系统能清晰地反映所内一、二次电气设备的运行状态，记录并保存电气设备的运行、缺陷及异常状况。检修人员可在工作前进行相应查询，对需检修或消缺的设备进行必要的了解，如：该设备目前的运行状况，有无缺陷，是否已处理，有无遗留问题等，真正使检修人员做到心中有数，体现出“应修必修，修必修好”这一宗旨。继保人员和运行值班人员在工作前和工作后，随时可利用综合自动化系统核对保护定值，彻底杜绝“误整定”事故的发生。1998年11月18日，双航2381线LFP—902A保护检验完毕，终结工作票前，值班员通过综合自动化系统核对保护定值，发现定值有变化，后查明系继保人员试验时所设的临时定值未及时更改，从而防止了一起保护“误整定”事故。对于一些疑难缺陷，可进一步利用综合自动化系统查询缺陷的现象、发生的时间、是否消失过、出现的频繁程度以及是否带有普遍性等。如1998年4月5日，双航2381线901保护收发信机（YBX—1K）装置异常，继保人员现场检查后认为装置完好，查不出装置异常的原因，通过综合自动化系统发现，其他3条220 kV线路保护的收发信机均出现过类似情况，不同的是它们在告警后很快自动返回，最快的龙云2374线从装置异常信号发出到自动返回仅间隔2 ms。通过分析认定是由于干扰信号引起，采取了措施后，该类装置就再未出现类似现象。
2.5 二次电气设备的运行可靠性
常规变电所中控制层上的光字牌、信号灯及指示仪表的故障在变电所的缺陷处理中占有很大的比例，也影响到二次设备的安全运行。500 kV双龙变电所由于采用综合自动化系统，取消了常规控制屏，提高了二次设备运行可靠性，缺陷处理次数明显减少。同时继电保护装置就地小室分布，大大节省了二次电缆用量（据华东电力设计院统计，节省约达36.6%），并节约了电缆的投资。更主要的是，常规变电所由于使用了较长的电缆，产生较大的对地分布电容，使得保护装置误发信号情况时常出现，给运行和检修人员的分析、判断和处理带来了极大的困难。而500 kV双龙变电所自投运至今，类似情况没有出现过一次。
3 建议和探讨
从500 kV双龙变综合自动化系统的实际运行情况分析和现场运行人员对系统运行的反馈中，对变电站综合自动化系统提出下列几点建议和设想。
3.1 提高综合自动化系统的可靠性
提高综合自动化系统的可靠性始终是综合自动化技术发展的根本出发点。对综合自动化系统的本身设备包括运行的软件，加强监视和控制，是提高可靠性的重要途径之一。
我们认为，变电站站内监控系统虽然在功能上与SCADA系统有许多类似之处，但两者的侧重点并不同。变电站站内监控系统具有相对功能稳定性，对系统的可靠性、安全性和稳定性具有较高的要求，特别是对信号的处理和设备的控制方面要求更高。站内监控系统因各地要求不同，运行习惯不同，应用软件不可能完全一致。简化一些不必要的非实时功能，对主要运行程序和计算机内部资源管理等采用自诊断、自恢复等方式，可提高系统的可靠性。
3.2 扩大综合自动化系统的监控范围
变电站站内监控系统除反映潮流分布情况外，更主要的是反映一、二次设备本身的运行状况。如果在设计和产品选型时考虑一次设备的绝缘在线监测，就有可能纳入综合自动化的监控范围，提高对运行设备的在线监测能力和设备的科学管理水平。另外，目前一次设备的倒闸操作，特别是刀闸类设备的操作，还必须派人员到现场核对设备的操作情况及操作状态。如果能将计算机远方图像监控系统与综合自动化系统有机结合在一起，利用图像监控系统实现对操作设备的运行状态监视，对提高运行值班人员监视质量和倒闸操作速度将有极大益处。
3.3 微机保护的远方投退及修改定值
目前，对微机保护的投退除修改保护定值中的控制字外，必须要对出口压板进行操作，而且绝大部分运行单位也不允许远方修改保护定值。运行中发现，影响倒闸操作速度的最主要原因就是二次设备的投退切换操作，需要人工就地（即在继电保护小室）进行。因此远方投退保护和修改定值是综合自动化发展的需要。目前已有不少专家、学者和生产厂商正在着重此方面的研究，主要需解决可靠性和管理模式的问题。
3.4 智能化的运行管理
在目前超高压变电所有人值班的模式下，提高变电所智能化管理水平是电力系统发展的需要，也是实际运行的需要。变电所的智能化管理与综合自动化系统有非常紧密的关系，很多方面依赖于综合自动化系统的实时信息。但是在具体实施中，为了保证综合自动化系统的安全可靠，不宜将此集成在站内监控系统中，可以作为一个相对独立的系统。在现阶段变电所智能化运行管理系统至少应包括以下3个部分：
a.根据综合自动化系统采集的信息和数据，在电网或变电所内发生事故时，能准确判别事故的类型、性质和事故的范围，自动生成对运行值班人员的事故处理指导意见，以便运行值班人员根据指导意见和操作程序快速处理事故。
b.根据调度命令和监控系统的实时信息，在线自动生成操作票，即具有操作票专家系统功能。
c.根据变电所运行管理要求，自动统计并生成各类报表，实现变电所各类运行记录和技术资料的微机化管理。
4 结语
随着科学技术的发展，超高压变电所实现综合自动化是电力系统技术发展的必然趋势，也是提高变电所运行质量和管理水平的需要。500 kV双龙变电所作为原电力工业部的试点和国内首批实现综合自动化的超高压变电所，凝聚了众多参加建设单位、主管部门和生产厂商技术人员的集体智慧和心血，目前实现的功能也是综合自动化系统的基本功能。相信在此基础上经过广大科技人员的不断努力，功能更全、智能化水平更高、系统更完善的超高压变电所综合自动化系统，必将在我国电网建设中不断涌现，把电网的安全、稳定和经济运行提高到一个新的水平。
