數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)探討

武成龍

摘要：隨著智能化電氣設備的不斷涌現(xiàn)，變電站自動化技術即將進入數(shù)字化新階段。本文首先介紹了變電站綜合自動化技術的基本概念，著重分析了目前我國在這方面的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，并提出了進行改進和發(fā)展的方向。

關鍵詞：變電站 自動化技術 發(fā)展

0 引言

計算機技術、信息技術和網(wǎng)絡技術發(fā)展迅速，對變電站自動化系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大影響。特高壓、大容量電網(wǎng)的逐漸形成，對保障電網(wǎng)安全運行的信息交互提出了更高、更迫切的要求。數(shù)字化變電站是以變電站一、二次系統(tǒng)為數(shù)字化對象，對數(shù)字化信息進行統(tǒng)一建模，將物理設備虛擬化，采用標準化的網(wǎng)絡通信平臺，實現(xiàn)信息的共享和互操作。

1 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點

1.1 智能化的一次設備 一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術設計，簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡取代傳統(tǒng)的導線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

1.2 網(wǎng)絡化的二次設備 變電站內(nèi)常規(guī)的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡通信，二次設備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

1.3 自動化的運行管理系統(tǒng) 變電站運行管理自動化系統(tǒng)應包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設備檢修報告，即常規(guī)的變電站設備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

2 自動化技術改進和發(fā)展的方向

2.1 新技術的運用

2.1.1 DSP技術數(shù)字信號處理 DSP技術推廣應用以來，以直接交流采樣為基礎的微機保護和遠動裝置，不同程度地將保護、自動重合閘、故障錄波、故障測距等各種自動裝置的測量和控制集成在一起，構(gòu)成了綜合自動化系統(tǒng)的技術基礎。通過數(shù)字信號處理，計算出各相電流、電壓、電流方向、故障電流，精度可達0.2%。不僅解決了測量和計量問題，并可通過對有關計算值的分析計算，構(gòu)成各種保護功能。

2.1.2 面向現(xiàn)場的變電站綜合自動化技術 面向現(xiàn)場的變電站綜合自動化技術真正具備了無人值班的條件，保護的工況可由SCADA(監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)監(jiān)視，保護的投切和定值的選擇，可在調(diào)度中心由調(diào)度員來遙控。保護定值的修改、故障錄波和故障測距數(shù)據(jù)的收集，可通過計算機通信，在管理信息系統(tǒng)(MIS)上由保護人員來操作。面向現(xiàn)場的變電站綜合自動化系統(tǒng)，取消了大控制室，需要相應的工程設計相配合；與可控保護單元及SCADA 系統(tǒng)的結(jié)合，需要運行管理體制相配合。

2.1.3 PLC技術 PLC軟件設計采用了模塊化，使程序的開發(fā)難度大大降低，同時也增強了軟件的可讀性和可移植性，為變電站實現(xiàn)無人值班的要求提供了成功的解決方案。改造后的變電站，能通過現(xiàn)場的可編程序控制器PLC和上位機的監(jiān)控平臺實現(xiàn)“四遙”功能，具備實時監(jiān)測與監(jiān)控、事故記錄、實時及歷史趨勢圖、報表等功能，從而實現(xiàn)變電站的現(xiàn)代化管理，提高變電站運行的安全、可靠性，并減少系統(tǒng)維護工作量和提高管理水平。

2.2 整個系統(tǒng)的數(shù)字化、集成化、規(guī)范化 當前變電站自動化的發(fā)展趨勢將會不斷朝著高集成化、數(shù)字化、標準化方向發(fā)展。隨著集成電路和計算機技術的飛速發(fā)展，各種新型的大規(guī)模集成電路將會進一步應用在繼電保護和測控裝置上，這些新器件的應用將使保護和測控裝置的電路板更加小型集成化。高集成化可以使裝置通信、數(shù)據(jù)存儲及處理能力更強，降低成本，減少故障率，有利于實現(xiàn)統(tǒng)一的運行管理。變電站自動化系統(tǒng)將逐步向產(chǎn)品標準化方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在:產(chǎn)品基本功能設計和要求的標準化及產(chǎn)品的對外接口和通訊協(xié)議的標準化，變電站內(nèi)不同廠家的設備可以做到互換互連，“即插即用”增加了用戶選擇變電站內(nèi)各類設備和更換設備的自由度，同時不滿足標準化設計的廠商將被逐步淘汰，使變電站自動化專業(yè)逐步走向良性的發(fā)展。

3 未來數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的優(yōu)勢和問題

基于IEC61850的統(tǒng)一的建模和通信，提高了保護和自動化通信的性能，運行人員得到更多的共享信息。取消保護管理機、網(wǎng)關協(xié)議轉(zhuǎn)換等裝置，保護、自動化調(diào)試的工作量減少，工期大大縮短。采用先進技術和成熟產(chǎn)品，所有產(chǎn)品均通過互操作試驗，最大限度地保證了系統(tǒng)的可靠性，減少改造過程中的調(diào)試維護時間。采用面向間隔對象點對點模式的測控保護一體化IED，可以適應現(xiàn)有的運行及管理模式。采用“就地智能操作單元、就地MU、構(gòu)建過程層控制網(wǎng)”的模式，實現(xiàn)了以太網(wǎng)方式下的過程層控制，依據(jù)IEC61850通過以太網(wǎng)實現(xiàn)遙信/遙控功能。實現(xiàn)了間隔層以上光纖化，形成基于網(wǎng)絡的IEC61850系統(tǒng)。大范圍的光纖化，大大減少了電纜數(shù)量，簡化了結(jié)構(gòu)，減低了二次電纜故障概率，減輕了維護量，可以減少土建工程量及工程造價。

在3個層次中，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究正在自下而上逐步發(fā)展。目前研究的主要內(nèi)容集中在過程層方面，諸如智能化開關設備、光電互感器、狀態(tài)檢測等技術與設備的研究開發(fā)。國外已有一定的成熟經(jīng)驗，國內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關廠家都投入了相當?shù)娜肆M行開發(fā)研究，在某些方面取得了實質(zhì)性的進展。目前存在的主要問題是:①研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強，比如智能化電器的研究至少需要機、電、光3個專業(yè)的協(xié)同攻關；②材料器件方面的缺陷需要改進；③試驗設備、測試方法、檢驗標準，特別是EMC(電磁干擾與兼容)控制與試驗還是薄弱環(huán)節(jié)。

本文論述了數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及其發(fā)展。數(shù)字化變電站自動化是一個系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)全部數(shù)字化變電站自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決，作者相信在不遠的將來數(shù)字化的變電站自動化系統(tǒng)，將有一個蓬勃的發(fā)展期。

參考文獻：

[1]周曉華，黃玲，王荔芳，劉麗.PLC在變電站自動化改造中的應用[J]. 供用電2007(05).

[2]田軍.變電站自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].科技咨詢導報.2007.(24).

[3]楊仕友.變電站綜合自動化技術研究[J].大眾科學(科學研究與實踐).2007.(18).