淺談變電站綜合自動化系統(tǒng)

摘要：隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)也日趨完善。文章介紹了變電站綜合自動化的基本概念，并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信方式和能實現(xiàn)的基本功能及變電站自動化的發(fā)展前景進行了分析。

關(guān)鍵詞：變電站綜合自動化系統(tǒng)；集中式結(jié)構(gòu)；分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；分布分散（層）式結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TMP564文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）11-0039-02

變電站綜合自動化，是將變電站的二次設(shè)備（包括測量儀表、控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置）經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。

一、變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)模式

目前應(yīng)用較廣泛的變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有集中式、集中分布式和分散分布式。

（一）集中式結(jié)構(gòu)

集中式結(jié)構(gòu)的變電站自動化系統(tǒng)是指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機控制、微機保護和一些自動控制等功能。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可減少占地面積，造價低，適用于對35kV或規(guī)模較小的變電站，但運行可靠性較差，組態(tài)不靈活。

（二）分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺計算機單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)分布式處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點是將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機來完成。分布式模式一般按功能設(shè)計，采用主從CPU系統(tǒng)工作方式，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了CPU運算處理的瓶頸問題。各功能模塊(通常是多個CPU)之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實時性。分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴展和維護，局部故障不影響其他模塊正常運行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)自問世以來，顯示出強大的生命力。目前，還存在著抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等。

（三）分布分散（層）式結(jié)構(gòu)

分布分散式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層（站級測控單元）和間隔層（間隔單元）。也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層。

該系統(tǒng)的主要特點是按照變電站的元件，斷路器間隔進行設(shè)計。將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好地實現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護和擴展，大量現(xiàn)場工作可一次性地在設(shè)備制造廠家完成。

二、常見通信方式

目前國內(nèi)常采用以太網(wǎng)通信方式，在以太網(wǎng)出現(xiàn)之前，無論RS-232C、EIA-422/485都無法避免通信系統(tǒng)繁瑣、通信速度緩慢的缺陷?，F(xiàn)場總線的應(yīng)用部分地緩解了變電站自動化系統(tǒng)對通信的需求，但在系統(tǒng)容量較大時依然顯得捉襟見肘，以太網(wǎng)的應(yīng)用，使通信問題迎刃而解。常見的通信方式有：

1．雙以太網(wǎng)、雙監(jiān)控機模式，主要是用于220～500kV變，在實現(xiàn)上可以是雙控機+雙服務(wù)器方式，支撐光/電以太網(wǎng)。

2．單以太網(wǎng)，雙/單監(jiān)控機模式。

3．雙LON網(wǎng)，雙監(jiān)控機模式。

4．單LON網(wǎng)，雙/單監(jiān)控機模式。

三、變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)的功能

（一）微機保護

微機保護是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進行保護，包括線路保護，變壓器保護，母線保護，電容器保護及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護應(yīng)具有下列功能：（1）故障記錄；（2）存儲多套定值；（3）顯示和當?shù)匦薷亩ㄖ?；?）與監(jiān)控系統(tǒng)通信。通信應(yīng)采用標準規(guī)約。

（二）數(shù)據(jù)采集及處理功能

數(shù)據(jù)采集及處理功能包括狀態(tài)數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)。

1．狀態(tài)量采集。狀態(tài)量包括：斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號及變電站一次設(shè)備告警信號、事故跳閘總信號、預(yù)告信號等。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。

2．模擬量采集。常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓、線路電壓，電流和有功、無功功率值。饋線電流，電壓和有功、無功功率值。

（三）事件記錄和故障錄波測距

事件記錄應(yīng)包含保護動作序列記錄，開關(guān)跳合記錄。

變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實現(xiàn)，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。另一種是分散型，即由微機保護裝置兼作記錄及測距計算，再將數(shù)字化的波型及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲和分析。

（四）控制和操作功能

操作人員可通過后臺機屏幕對斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進行遠方操作。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)保留人工直接跳合閘手段。

（五）安全監(jiān)視功能

監(jiān)控系統(tǒng)對采集的電流、電壓、頻率、主變壓器溫度等模擬量，設(shè)定警告限位，在運行中不斷進行越限監(jiān)視。如發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信號，同時記錄和顯示越限值和越限時間。

（六）人機聯(lián)系功能

顯示器、鼠標和鍵盤構(gòu)成了人機聯(lián)系的橋梁。變電站采用微機監(jiān)控系統(tǒng)，運行人員面對顯示器的屏幕，通過鼠標或鍵盤，就可以對全站的運行工作狀況和運行參數(shù)一目了然，可以對全站的斷路器和隔離開關(guān)等進行分合閘操作。

（七）數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理功能

（1）運行數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計；（2）遙信信號監(jiān)視和處理；（3）限值監(jiān)視和報警處理。

此外，還有打印功能等。

四、結(jié)語

通過以上分析，可以看出變電站綜合自動化對于實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和現(xiàn)場運行管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行水平起到了很大的促進作用，它將能大大加強電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重大的意義。隨著中國國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，社會對電力的需求與日俱增，各行各業(yè)對電力質(zhì)量的要求越來越高，使得變電站自動化管理和無人值守已是一種必然趨勢和必然選擇。

參考文獻

[1]楊澤羽．變電站自動化系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計探討[J]．電力系統(tǒng)自動化．

[2]黃益莊．變電站綜合自動化技術(shù)[M]．中國電力出版社．

作者簡介：楊英麗，供職于中國飛行試驗研究院動力中心，研究方向：電器設(shè)備管理與維修。