220kV 变电站自动化初步设计方案
一、设计总则
（一）设计依据
国家及行业标准：《GB/T 50063-2017 电力装置的电测量仪表装置设计规范》《DL/T 5149-2012 220kV～
750kV 变电站自动化系统设计技术规程》《Q/GDW 175-2008 220kV 变电站自动化系统技术规范》等。
工程基础资料：变电站一次系统接线图、负荷分布及增长规划、周边电网拓扑结构、当地气象及地质条件
等。
业主技术要求：满足无人值守 / 少人值守运行模式，具备远程监控、智能告警、故障自愈等功能，兼容
现有电网调度系统。
（二）设计目标
构建分层分布式自动化系统，实现对变电站一次设备的实时监控、保护、控制及通信功能，满足 220kV
变电站安全、可靠、高效运行需求。
系统可用性≥%，数据传输准确率≥%，故障响应时间≤1 秒，满足无人值守运行的技术要求。
具备良好的扩展性和兼容性，支持后续设备扩容、功能升级及与上级调度系统的无缝对接。
符合智能变电站技术发展趋势，集成智能传感、边缘计算、物联网等技术，提升变电站智能化水平。
二、系统总体架构设计
220kV 变电站自动化系统采用三层两网的分层分布式架构，即站控层、间隔层、过程层，以及站控层网
络和过程层网络，实现信息采集、处理、控制及传输的分层独立运行与协同联动。
（一）站控层
站控层为自动化系统的核心控制与监控中心，负责全站数据的汇总、分析、展示及远程交互，主要配置如
下：
监控主机：2 台（一主一备），采用工业级服务器，安装监控软件，实现一次设备状态监控、操作控制、
告警信息处理、报表生成等功能，支持多屏显示。
数据服务器：2 台（双机热备），负责存储全站实时数据、历史数据、故障录波数据等，采用冗余存储架
构，确保数据安全。
远动通信装置：2 套（主备冗余），实现与上级调度中心的数据交互，支持 IEC 61850、IEC 104 等通信
规约，上传变电站运行数据，接收调度控制指令。
操作员工作站：1-2 台，供现场运维人员进行本地操作、参数设置、故障排查等工作。
打印机、UPS 电源等辅助设备：UPS 电源采用在线式，容量满足站控层设备 30 分钟不间断供电需求。
（二）间隔层
间隔层按一次设备间隔（如 220kV 进线间隔、主变间隔、110kV 出线间隔等）配置，负责本间隔设备的
保护、测控及数据采集，实现间隔内设备的独立控制与保护，主要设备包括：
线路保护测控装置：每回 220kV 进线、110kV 出线配置 1 套，实现线路的过流保护、距离保护、零序
保护等，同时采集线路电流、电压、开关状态等数据。
主变保护测控装置：每台主变配置主保护（差动保护）和后备保护（过流保护、过负荷保护）装置各 1
套，实现主变的全方位保护及运行参数监测。
母线保护装置：220kV、110kV 母线各配置 1 套母线保护装置，实现母线的差动保护、失灵保护等，确
保母线故障时快速隔离。
电容器保护测控装置：电容器组配置 1 套，实现电容器的过压、欠压、过流保护及投切控制。
测控装置：对无独立保护的间隔（如站用变间隔）配置专用测控装置，实现数据采集和远程控制。
（三）过程层
过程层为自动化系统的现场执行层，负责一次设备状态的实时采集和控制指令的执行，主要包括：
智能传感器：配置电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器等，采集一次设备的电气参数、运
行温度、环境湿度等数据，输出数字信号。
智能终端：每个间隔配置 1 套智能终端，实现间隔层装置与一次设备的信号交互，接收控制指令并驱动
断路器、隔离开关等设备动作，同时采集开关位置、储能状态等状态量。
合并单元：用于汇总互感器采集的模拟量数据，转换为数字信号后传输至间隔层保护测控装置，支持 IEC
61850-9-2 规约。
（四）网络架构
站控层网络：采用双冗余以太网（星型拓扑），传输速率≥1000Mbps，配置工业级交换机，实现站控层各
设备及与间隔层设备的通信，确保数据传输的可靠性和实时性。
过程层网络：按间隔划分，采用点对点或组网方式，传输速率≥100Mbps，实现过程层智能终端、合并单
元与间隔层装置的数据交互，每个间隔的网络独立运行，避免跨间隔干扰。
三、核心功能设计
（一）实时监控功能
数据采集与处理：采集全站一次设备的电气量（电流、电压、功率、频率等）、状态量（开关位置、储能
状态、保护动作信号等）、非电气量（温度、湿度等），对数据进行滤波、校验、转换处理，确保数据准确性。
画面展示：提供一次系统接线图、设备状态图、实时数据趋势图、告警信息列表等画面，支持画面缩放、
切换、刷新，实时显示设备运行状态及参数。
远程控制：支持远方 / 本地控制模式，实现断路器分合、隔离开关操作、电容器投切等控制功能，具备
操作权限管理、防误闭锁机制，避免误操作。
（二）保护与控制功能
继电保护：针对不同设备配置专用保护装置，实现线路、主变、母线等设备的故障识别与快速隔离，保护
动作时间≤ 秒，确保故障不扩大。
自动控制：实现电压无功自动控制（VQC），根据母线电压和无功功率自动调节主变分接头、投切电容
器组，维持电压稳定；实现备用电源自动投入（BZT），当工作电源故障时，自动切换至备用电源，保障供电
连续性。
防误闭锁：采用 “五防” 闭锁系统，通过软件逻辑闭锁和硬件闭锁结合，防止带负荷拉合隔离开关、误分
合断路器等违规操作，保障设备和人身安全。
（三）告警与故障处理功能
智能告警：对设备异常、故障、越限等信息进行分类告警（紧急告警、重要告警、一般告警），通过声光
提示、弹窗、短信等方式通知运维人员，同时记录告警时间、内容、处理结果等信息。
故障录波与分析：配置故障录波装置，记录故障发生时的电气量波形、动作序列等数据，支持故障波形回
放、分析，辅助运维人员定位故障原因，制定处理方案。
事件记录：记录所有操作、告警、故障等事件，形成可追溯的事件日志，日志存储时间≥1 年。
（四）通信与交互功能
站内通信：站控层、间隔层、过程层设备之间采用 IEC 61850 规约通信，实现数据无缝传输和共享。
站外通信：与上级调度中心采用 IEC 104、IEC 61850-8-1 等规约通信，上传变电站运行数据、告警信息，
接收调度控制指令，支持远程监控和调度。
本地交互：运维人员可通过操作员工作站、移动终端（平板、手机）访问系统，实现现场监控和操作。
（五）运维管理功能
报表生成：自动生成日报、周报、月报、年报等报表，包括运行参数统计、故障统计、电量统计等内容，
支持报表打印、导出。
设备状态评估：通过分析设备运行数据、历史故障记录，对设备健康状态进行评估，生成状态评估报告，
为设备检修、维护提供依据。
权限管理：设置不同等级的操作权限，区分管理员、运维人员、访客等角色，确保系统操作的安全性和规
范性。
四、一次设备智能化改造设计
（一）断路器智能化
220kV、110kV 断路器配置智能终端和状态监测传感器，采集断路器分合闸线圈电流、储能电机电流、灭
弧室气压 / 液压、触头温度等数据，实现断路器状态的实时监测和故障预警，当出现异常时及时告警，提醒
运维人员检修。
（二）主变智能化
主变配置光纤测温传感器，监测绕组、铁芯温度；配置油中溶解气体在线监测装置，实时监测油中氢气、
甲烷等特征气体含量，实现主变过热、放电等故障的早期预警，避免主变重大故障发生。
（三）隔离开关智能化
隔离开关配置位置传感器、力矩传感器，采集开关位置、操作力矩等数据，实现隔离开关操作状态的实时
监控，当出现操作卡涩、位置异常时及时告警，保障操作安全。
五、系统可靠性与安全性设计
（一）可靠性设计
设备冗余：站控层主机、数据服务器、远动装置等核心设备采用双机热备配置；网络采用双冗余架构，交
换机、通信链路均配置冗余设备，避免单点故障导致系统瘫痪。
抗干扰设计：系统设备采用工业级产品，具备良好的电磁兼容性（EMC），满足变电站强电磁环境下的
运行要求；信号电缆采用屏蔽电缆，合理布线，减少电磁干扰。
电源冗余：站控层、间隔层设备采用双路电源供电，配置 UPS 电源，确保市电中断时系统仍能正常运行；
过程层设备采用直流电源供电，电源模块冗余配置。
（二）安全性设计
网络安全：配置防火墙、入侵检测系统（IDS），划分安全区域，对站内网络和外部通信进行安全防护，
防止非法入侵和数据篡改；采用加密技术对传输数据进行加密，保障数据安全。
操作安全：严格的操作权限管理，所有操作需经过身份认证、权限校验；操作过程中具备防误闭锁逻辑，
避免误操作；操作记录全程可追溯。
数据安全：数据服务器采用冗余存储，定期备份数据，防止数据丢失；对故障录波、事件记录等关键数据
进行加密存储，确保数据完整性和保密性。
六、设备选型原则
所有设备需符合国家及行业标准，具备国家电网或南方电网的入网资质证书。
优先选用技术成熟、性能稳定、兼容性强的产品，核心设备（如保护测控装置、服务器）选用国内主流品
牌，确保系统运行可靠。
设备需支持 IEC 61850 规约，具备良好的扩展性，支持后续功能升级和设备扩容。
设备的技术参数需满足变电站运行要求，如防护等级、工作温度、电磁兼容性等，适应变电站现场环境。
七、施工与调试计划
（一）施工阶段
设备安装：按设计图纸进行站控层、间隔层、过程层设备的安装，包括机柜固定、设备接线、网络布线等，
确保安装规范、接线正确。
系统布线：信号电缆、电源电缆、网络电缆分开敷设，做好电缆标识，避免交叉干扰；电缆两端接线牢固，
做好绝缘防护。
设备调试前检查：检查设备供电、接线、接地等是否正常，确保设备具备调试条件。
（二）调试阶段
单体调试：对每台设备进行单独调试，测试设备的基本功能、参数设置、通信接口等，确保设备正常工作。
系统联调：进行站控层、间隔层、过程层的联调，测试系统数据采集、控制指令执行、告警联动等功能，
验证系统的整体性能。
调度联调：与上级调度中心进行联调，测试数据上传、指令接收等功能，确保与调度系统无缝对接。
试运行：系统联调合格后，进行 1-3 个月的试运行，监测系统运行状态，处理试运行中出现的问题，确
保系统稳定可靠。
八、投资估算（初步）
220kV 变电站自动化系统投资主要包括设备采购、安装调试、软件授权等部分，初步估算如下：
项目类别 投资金额（万元） 备注
站控层设备 80-120 服务器、监控主机、远动装置等
间隔层设备 150-200 保护测控装置、故障录波装置等
过程层设备 100-150 智能终端、合并单元、传感器等
网络设备 30-50 交换机、光纤、网线等
软件授权 20-30 监控软件、数据分析软件等
安装调试 50-80 施工、调试、验收等
其他（备用设备、培训） 20-30
总计 450-660 具体金额根据设备品牌、配置调整
九、结论
本 220kV 变电站自动化初步设计方案采用分层分布式架构，集成了实时监控、继电保护、智能告警、远
程通信等核心功能，满足无人值守运行的技术要求。方案注重系统的可靠性、安全性和扩展性，选用成熟可靠
的设备和技术，确保变电站自动化系统稳定运行，为电网的安全、高效供电提供保障。后续可根据工程实际情
况，对方案进行细化和优化，确保设计方案的可行性和实用性。
