電站自動化系統(tǒng)是由多類設(shè)備協(xié)同工作的復(fù)雜系統(tǒng)，其設(shè)備按功能層級可分為過程層設(shè)備（直接連接一次設(shè)備）、間隔層設(shè)備（實現(xiàn)保護控制）和站控層設(shè)備（數(shù)據(jù)匯總與監(jiān)控），同時還包括支撐系統(tǒng)運行的輔助設(shè)備。以下是各層級核心設(shè)備的詳細(xì)解析：

一、過程層設(shè)備：

過程層設(shè)備直接與一次設(shè)備（變壓器、斷路器、母線等）交互，負(fù)責(zé)采集電氣量（電壓、電流）、狀態(tài)量（開關(guān)位置、刀閘狀態(tài)）及環(huán)境信息（溫度、濕度），并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量供上層系統(tǒng)使用。

1. 電子式互感器

功能：替代傳統(tǒng)電磁式CT/PT，將一次側(cè)高電壓/大電流轉(zhuǎn)換為可供后續(xù)處理的數(shù)字量（符合IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)）。

類型：

電子式電流互感器：通過羅戈夫斯基線圈或低功率線圈感應(yīng)電流，輸出數(shù)字信號；

電子式電壓互感器：利用電容分壓或光學(xué)傳感技術(shù)測量電壓。

優(yōu)勢：無鐵芯飽和問題，抗電磁干擾能力強，支持高頻采樣（如10kHz以上），適用于智能變電站。

2. 智能終端

功能：接收保護/測控裝置的跳合閘命令，驅(qū)動斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備動作，并采集設(shè)備狀態(tài)（如分合位、儲能狀態(tài)）回傳至上層。

集成能力：通常集成于斷路器機構(gòu)箱或匯控柜內(nèi)，支持多路開關(guān)量輸入（DI）/輸出（DO），部分設(shè)備集成溫度、局放等傳感器。

典型應(yīng)用：110kV及以上斷路器的“就地控制單元”，替代傳統(tǒng)操作箱。

3. 合并單元

功能：接收電子式互感器的采樣值（SV），按IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)打包為以太網(wǎng)報文，同步發(fā)送給保護、測控等間隔層設(shè)備。

關(guān)鍵技術(shù)：

時間同步：通過IRIG-B或IEEE 1588協(xié)議實現(xiàn)μs級同步，確保多間隔采樣數(shù)據(jù)時序一致；

數(shù)據(jù)同步：支持多路互感器數(shù)據(jù)同步采集（如母線電壓與線路電流的同步）。

注意：在智能變電站中，合并單元與電子式互感器常集成設(shè)計（如“互感器+MU”一體化裝置）。

4. 狀態(tài)監(jiān)測傳感器

類型：

局放傳感器：檢測高壓設(shè)備內(nèi)部局部放電（如GIS盆式絕緣子、變壓器繞組），通過超聲波或特高頻（UHF）信號采集；

溫度傳感器：光纖光柵傳感器（FBG）或紅外傳感器，監(jiān)測斷路器觸頭、主變套管等關(guān)鍵部位溫度；

氣體傳感器：SF?密度監(jiān)測傳感器（精度±0.1%），用于GIS組合電器的氣體泄漏報警。

二、間隔層設(shè)備：

間隔層設(shè)備以間隔（如一條線路、一臺主變）為單位，集成保護、測控、計量等功能，負(fù)責(zé)對一次設(shè)備實施保護和控制指令的下發(fā)。

1. 線路保護裝置

功能：檢測線路故障（短路、接地、斷線等），快速切除故障并閉鎖重合閘（若為瞬時性故障則啟動重合）。

核心功能：

三段式過流保護（速斷、限時速斷、定時限過流）；

零序方向保護（接地故障判斷）；

自動重合閘（單重/三重模式）。

2. 主變保護裝置

功能：保護變壓器本體及引出線，防止繞組短路、鐵芯過熱、油面異常等故障。

雙重化配置：通常配置兩套獨立保護（差動保護+后備保護），一套主保護（差動），一套后備（過流、零序）。

關(guān)鍵技術(shù)：

差動保護：基于基爾霍夫電流定律，比較變壓器各側(cè)電流差值（需補償勵磁涌流、CT變比差異）；

瓦斯保護：與本體瓦斯繼電器聯(lián)動，檢測內(nèi)部故障（如繞組匝間短路）。

3. 母線保護裝置

功能：保護母線（如雙母線、單母分段）及其連接設(shè)備，快速切除母線短路故障。

核心原理：基于電流差動（大差+小差），區(qū)分母線內(nèi)部/外部故障；支持母線互聯(lián)、充電保護等特殊工況。

典型應(yīng)用：220kV及以上變電站的雙母線系統(tǒng)，需與斷路器失靈保護配合。

4. 測控裝置

功能：采集間隔內(nèi)模擬量（電壓、電流、功率）、開關(guān)量（斷路器位置、刀閘狀態(tài)），實現(xiàn)遙控、遙調(diào)功能，并將數(shù)據(jù)上送站控層。

集成能力：常與保護裝置一體化設(shè)計（如“保護測控一體化裝置”），節(jié)省設(shè)備空間。

關(guān)鍵參數(shù)：遙測精度（電流/電壓±0.5%，功率±1.0%）、遙信分辨率（≤1ms）。

5. 同步時鐘裝置（GPS/北斗對時裝置）

功能：為全站設(shè)備提供統(tǒng)一時間基準(zhǔn)（精度≤1μs），確保保護動作時序、故障錄波數(shù)據(jù)的時標(biāo)一致性。

組成：

接收單元：GPS/北斗衛(wèi)星信號接收模塊；

輸出單元：通過IRIG-B（DC/AC）、PPS（秒脈沖）或IEEE 1588（PTP）協(xié)議同步過程層/間隔層設(shè)備。

三、站控層設(shè)備：

站控層設(shè)備負(fù)責(zé)全站數(shù)據(jù)的匯總、存儲、展示與管理，實現(xiàn)“遙控、遙調(diào)、遙測、遙信”四遙功能，并支持高級應(yīng)用（如故障分析、無功優(yōu)化）。

1. 監(jiān)控主機（SCADA系統(tǒng)）

功能：作為人機交互界面（HMI），實時顯示全站一次接線圖、設(shè)備狀態(tài)、潮流數(shù)據(jù)，支持遙控操作（如斷路器分合）和參數(shù)設(shè)置。

核心模塊：

數(shù)據(jù)采集模塊：接收間隔層上送的SV/GOOSE數(shù)據(jù)；

圖形顯示模塊：動態(tài)展示設(shè)備狀態(tài)（如斷路器紅色表示分閘，綠色表示合閘）；

歷史存儲模塊：存儲至少30天的遙測、遙信數(shù)據(jù)（符合DL/T 516《電力調(diào)度自動化系統(tǒng)運行管理規(guī)程》）。

2. 遠動通信裝置（RTU/通信管理機）

功能：將站內(nèi)數(shù)據(jù)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)（如IEC 60870-5-104規(guī)約）上傳至調(diào)度主站，同時接收調(diào)度指令并轉(zhuǎn)發(fā)至間隔層設(shè)備。

技術(shù)特點：支持多規(guī)約轉(zhuǎn)換（如101/104/IEC 61850）；冗余設(shè)計（雙網(wǎng)口、雙電源），確保通信可靠性。

3. 網(wǎng)絡(luò)交換機（過程層/站控層）

功能：構(gòu)建變電站通信網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)發(fā)SV、GOOSE、MMS等報文。

分類：

過程層交換機：支持GOOSE直采直跳（無SV/GOOSE交換機時），需滿足IEC 61850-3電磁兼容（EMC）要求；

站控層交換機：支持MMS（制造報文規(guī)范）報文，連接監(jiān)控主機、遠動裝置等。

4. 網(wǎng)絡(luò)報文分析儀

功能：抓包分析SV、GOOSE、MMS報文，診斷通信異常，輔助排查保護拒動/誤動原因。

典型應(yīng)用：智能變電站投運前的聯(lián)調(diào)測試，或故障后分析通信鏈路問題。

5. 五防閉鎖裝置

功能：防止誤操作（誤分/合斷路器、帶負(fù)荷拉刀閘、帶電掛接地線等），通過電氣閉鎖、機械閉鎖或電磁閉鎖實現(xiàn)。

智能化升級：

數(shù)字化五防：與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，通過電腦鑰匙實現(xiàn)順序操作校驗；

人臉識別五防：結(jié)合生物識別技術(shù)，確保操作人員身份合法。

四、輔助設(shè)備：

1. 不間斷電源（UPS）

功能：為監(jiān)控主機、遠動裝置等關(guān)鍵設(shè)備提供后備電源（續(xù)航≥30分鐘），防止站用電中斷導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

2. 火災(zāi)報警系統(tǒng)（FAS）

功能：通過煙感、溫感探測器監(jiān)測設(shè)備區(qū)火災(zāi)，聯(lián)動消防噴淋裝置，并上傳報警信號至監(jiān)控后臺。

3. 智能巡檢機器人

功能：搭載紅外攝像頭、紫外成像儀等傳感器，自動巡檢設(shè)備外觀、溫度、局放，替代人工夜間巡視。

總結(jié)：變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)備并非孤立運行，而是通過過程層采集→間隔層處理→站控層決策的閉環(huán)協(xié)同工作：

電子式互感器與智能終端將一次設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；

保護測控裝置基于這些數(shù)據(jù)實現(xiàn)故障快速切除與設(shè)備控制；

監(jiān)控主機與遠動裝置將數(shù)據(jù)匯總后，為調(diào)度提供全局視角；

輔助設(shè)備則保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。