淺談提高變電站電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)

鄒煒

（興義市電力有限責(zé)任公司，貴州 興義 562400）

在變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，尤其是全分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，以下技術(shù)關(guān)鍵是應(yīng)該予以重點(diǎn)關(guān)注的。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能

1.1 系統(tǒng)性能特點(diǎn)

1.1.1 系統(tǒng)的可用性

變電站綜合自動(dòng)化的監(jiān)控和管理系統(tǒng)適應(yīng)不同的工作環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)安裝后可立即使用并穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

1.1.2 系統(tǒng)的可維護(hù)性

系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)備十分便于維護(hù)，各部件都具有自檢和聯(lián)機(jī)診斷校驗(yàn)的能力，為維護(hù)人員提供了完善的檢測(cè)維護(hù)手段，包括在線的和離線的，都能準(zhǔn)確、快速的進(jìn)行故障定位，維護(hù)人員都能在現(xiàn)場(chǎng)自行處理。

1.1.3 系統(tǒng)的可靠性

計(jì)算機(jī)監(jiān)控和管理系統(tǒng)具有很高的可靠性。其平均無(wú)故障時(shí)間MTBF 為：主要設(shè)備大于20000h，系統(tǒng)總體大于17000h。

1.1.4 系統(tǒng)的容錯(cuò)能力

系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)備具有良好的容錯(cuò)能力。當(dāng)各軟、硬件功能與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的通信出錯(cuò)，或當(dāng)運(yùn)行人員在操作時(shí)發(fā)生一般性錯(cuò)誤時(shí)，均不引起系統(tǒng)的保護(hù)功能喪失或影響其它模塊的正常運(yùn)行。

1.1.5 系統(tǒng)的安全性

在任何情況下，硬件和軟件設(shè)備的運(yùn)行都不會(huì)危急變電所的安全穩(wěn)定運(yùn)行和工作人員的安全。

1.1.6 系統(tǒng)的抗電磁干擾能力

系統(tǒng)具有足夠的抗電磁干擾能力。

1.2 信息采集方式

對(duì)一個(gè)較先進(jìn)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)而言，其信號(hào)采集應(yīng)該是可以完全分散分布和下放的，因?yàn)橹挥羞@樣才能最大限度地減少二次控制電纜，簡(jiǎn)化二次回路。特別是在10kv 變電站，可將測(cè)控部分合并在10kv 保護(hù)裝置內(nèi)，根據(jù)模擬量對(duì)采樣精度的不同要求，采用專用的電流輸入口以接測(cè)量用CT。

1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信

分散分布式結(jié)構(gòu)，各間隔層與站級(jí)層所有控制指令、數(shù)據(jù)傳送、信息交換等都是通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字通信實(shí)現(xiàn)的。這就對(duì)承擔(dān)數(shù)字通信的物理介質(zhì)的可靠性、實(shí)時(shí)性提出了非常高的要求。

因此在變電站自動(dòng)化向分散式系統(tǒng)發(fā)展時(shí)，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)來(lái)替代傳統(tǒng)串口通信成為一種趨向。

2 變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外均是向全分散式系統(tǒng)發(fā)展，并與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信新技術(shù)緊密相連，變電站自動(dòng)化新技術(shù)動(dòng)向主要表現(xiàn)在以下方面。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，面向?qū)ο蠹夹g(shù)已成為一個(gè)十分流行的趨勢(shì)，即不單純考慮某一個(gè)量，而是為某一設(shè)備配備完備的保護(hù)和監(jiān)控功能裝置，以完成特定的功能，從而保證系統(tǒng)的分布式開(kāi)放性。從技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)看，將來(lái)的測(cè)控設(shè)備還將和一次設(shè)備完全融合，實(shí)現(xiàn)所謂的智能一次設(shè)備，每個(gè)對(duì)象均會(huì)有保護(hù)、監(jiān)控、計(jì)費(fèi)、操作、閉鎖等一系列功能及信息庫(kù)，面向自動(dòng)化的僅是一對(duì)通信雙絞線，該雙絞線以網(wǎng)絡(luò)方式與計(jì)算機(jī)相連。原先的自動(dòng)化系統(tǒng)基本只能集中配屏，由于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想的深入以及一次設(shè)備的整體化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將由集中式向部分分散式或全分散式發(fā)展，變電站內(nèi)不再有規(guī)模龐大的測(cè)控屏以及大量連接信號(hào)源和測(cè)控屏之間的銅芯電纜，全部測(cè)控裝置下放在就地，實(shí)現(xiàn)所有功能，而在控制室，取而代之的是一個(gè)計(jì)算機(jī)顯示器甚至僅為一臺(tái)臨時(shí)監(jiān)視、操作使用的便攜機(jī)。

完全分散式的實(shí)現(xiàn)依托當(dāng)今飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。這一技術(shù)的使用已使得自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單得多，性能上也大大優(yōu)于以往的系統(tǒng)。

2.2 通信及規(guī)約

典型的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可分為三個(gè)層次。第一層為分布式的綜合設(shè)備，它們把模擬量、開(kāi)關(guān)量數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能、上送測(cè)量和保護(hù)信息、接收控制命令和定值參數(shù)，是系統(tǒng)與一次設(shè)備的接口。第二層次為站內(nèi)通信網(wǎng)，它的任務(wù)是搜集各綜合設(shè)備的上傳信息，下達(dá)控制命令及定值參數(shù)等，是信息流動(dòng)的動(dòng)脈。第三層次是變電站層的監(jiān)控及通信系統(tǒng)，它的任務(wù)是下與站內(nèi)通信網(wǎng)相連，使全站數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)需要向上送往調(diào)度中心及控制中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通信功能，同時(shí)，通過(guò)人機(jī)界面、數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)控功能，是系統(tǒng)與運(yùn)行人員的接口。其中通信層在這里起著舉足輕重的作用更使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生了根本的變化，這些變化集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.2.1 在測(cè)控單元和通信單元之間

首先是引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不僅具有高速(達(dá)1MHz 及以上)傳輸特征，并且具備“多路偵聽(tīng)自動(dòng)上送”的功能，解決了多CPU系統(tǒng)的信息傳輸及突發(fā)事件的優(yōu)先傳輸問(wèn)題。變電站自動(dòng)化已大規(guī)模推廣并已有大量變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，作為“樞紐工程”的通信系統(tǒng)，必須采用雙網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。在通信媒介方面，光纖是較為理想的通信媒介，但由于價(jià)格及施工方便等方面的因素，雙絞線仍將被普遍采用。

2.2.2 在當(dāng)?shù)赜?jì)算機(jī)和通信單元方面

由于利用變電站自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，因此其傳遞的信息容量將很大(不僅要傳遞監(jiān)控、保護(hù)的信息，還要傳遞數(shù)字電量、錄波及其它安全自動(dòng)裝置的信息)。由于計(jì)算機(jī)(工作站)及LAN 技術(shù)已十分成熟，利用LAN 技術(shù)來(lái)傳輸信息已成為近距離計(jì)算機(jī)通信的優(yōu)選方案。從系統(tǒng)整體的可靠性考慮，應(yīng)配各雙通信單元，雙太網(wǎng)、雙計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸及管理，該方案的通信媒介大多采用雙絞線。

2.3 系統(tǒng)性能

早期的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)僅是實(shí)現(xiàn)基本“四遙”，功能對(duì)基本的變電管理，而將來(lái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)將賦予一些新的功能。如今的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)控技術(shù)已基本成熟，并且已使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將變電站之內(nèi)的許多智能裝置進(jìn)行互聯(lián)及實(shí)現(xiàn)信息共享。但系統(tǒng)之內(nèi)的許多資源遠(yuǎn)沒(méi)有充分利用(如：用于測(cè)控的CPU 速率都很高，還遠(yuǎn)未發(fā)揮其作用。共享的資源十分豐富，卻僅作一些統(tǒng)計(jì)之用)。因此，充分利用資源將是今后努力的方向，如在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電壓無(wú)功控制、小電流接地判別、防誤操作、事故應(yīng)急處理方案、多臺(tái)主變的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案伏化、線路同期、設(shè)備壽命管理、錄波等功能。另外，隨著城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化的開(kāi)展，變電站自動(dòng)化亦將輔以一些配電自動(dòng)化的功能要求。

3 對(duì)目前變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的幾點(diǎn)體會(huì)與看法

3.1 由于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不同于常規(guī)變電控制系統(tǒng)，它涵蓋了整個(gè)變電站的二次系統(tǒng)，一個(gè)小小的改動(dòng)，會(huì)帶來(lái)大范圍的修改。除此之外，原本希望保護(hù)信息盡量全面以便于事故分析，故將微機(jī)保護(hù)所發(fā)出的信息全部發(fā)送至自動(dòng)化系統(tǒng)，這樣使系統(tǒng)數(shù)據(jù)的容量大大增加，浪費(fèi)了寶貴的系統(tǒng)資源，同時(shí)，也使得有些并不重要的保護(hù)信息發(fā)送至自動(dòng)化系統(tǒng)，影響了運(yùn)行人員的分析、判斷。因此，微機(jī)保護(hù)上傳的信息量應(yīng)根據(jù)用戶的需要加以篩選。

3.2 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)變電站保護(hù)、測(cè)量、控制、遠(yuǎn)動(dòng)通迅等功能高度微機(jī)化集成，這樣使得各專業(yè)之間的傳統(tǒng)界限被徹底打破，這就對(duì)現(xiàn)有的專業(yè)設(shè)置和管理提出了新的要求。因此，應(yīng)將繼電保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)兩個(gè)專業(yè)合并為一，以便于系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)備運(yùn)行管理和運(yùn)行維護(hù)時(shí)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

3.3 變電站綜合自動(dòng)化組態(tài)模式中另一最為關(guān)注的問(wèn)題是保護(hù)是否下放的問(wèn)題。變電站綜合自動(dòng)化是一個(gè)跨專業(yè)的課題，它應(yīng)該是調(diào)度自動(dòng)化、保護(hù)、變電管理、通信等專業(yè)綜合起來(lái)考慮問(wèn)題，盡量做到設(shè)備不重復(fù)，資源能共享，但由于專業(yè)管理的原因，微機(jī)保護(hù)一般不與其他裝置混在一起，保持其獨(dú)立性，與監(jiān)控系統(tǒng)通信采用網(wǎng)絡(luò)通信方式，盡量減少信號(hào)電纜的數(shù)量。至于保護(hù)裝置安裝的地點(diǎn)，如直接安裝在配電柜上，裝在室外開(kāi)關(guān)場(chǎng)的保護(hù)小間內(nèi)，或仍放于控制室內(nèi)，則應(yīng)視現(xiàn)場(chǎng)條件和保護(hù)裝置本身的抗干擾、抗惡劣環(huán)境的能力而定。

4 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的選擇

4.1 系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

選擇合理的系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式，是成功設(shè)計(jì)的前提。由于國(guó)內(nèi)尚未制定出完善的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的規(guī)程，再加上研制、開(kāi)發(fā)廠家的起點(diǎn)不同和基本指導(dǎo)思想的差異，可以說(shuō)目前市場(chǎng)上這一領(lǐng)域是“百花齊放”。盡管有些產(chǎn)品的系統(tǒng)構(gòu)成和功能已達(dá)到比較理想的程度，但作為工程實(shí)用產(chǎn)品，還必須針對(duì)當(dāng)?shù)剡\(yùn)行管理部門的實(shí)際情況，進(jìn)行一些適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。目前仍以RS-485 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的分層分布式監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)、“一對(duì)一”模式為主流，雖然有的觀點(diǎn)認(rèn)為控制保護(hù)單元裝置分散布置于被控對(duì)象上，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)死機(jī)或發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)因?yàn)樽咤e(cuò)間隔而造成不必要的誤操作或延誤操作時(shí)間，但這一問(wèn)題可以通過(guò)完善綜合操作系統(tǒng)得以解決。分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn)是：①可靠性高，各個(gè)單元模塊集測(cè)量、保護(hù)、控制、遠(yuǎn)傳等功能于一體，既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系；②減少了設(shè)備的投資，各個(gè)單元模塊與上位機(jī)之間僅需屏蔽雙絞線連接即可；③抗干擾能力強(qiáng)。

4.2 后臺(tái)操作系統(tǒng)(監(jiān)控系統(tǒng))的選定優(yōu)秀的后臺(tái)操作系統(tǒng)是變電站自動(dòng)

化系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。隨著自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶對(duì)后臺(tái)操作系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高、越來(lái)越多樣化。選擇時(shí)主要考慮以下幾個(gè)方面。

a.先進(jìn)性與繼承性。在計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的今天，選擇后臺(tái)操作系統(tǒng)要有發(fā)展的眼光，如DOS 操作系統(tǒng)很快被Windows95 取代，而現(xiàn)在真正32位的Windows98 卻成為主流。這并不是說(shuō)一味地追求升級(jí)，而是要把系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和設(shè)備的安全性放在第一位，這一點(diǎn)一定要謹(jǐn)慎。盡量選用一些已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和發(fā)展前景的成熟產(chǎn)品、新技術(shù)，如防死鎖和交流采樣自適應(yīng)同步等技術(shù)。

b.系統(tǒng)的完整性和開(kāi)放性。選擇后臺(tái)綜合操作系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)功能的完善性是重要的抉擇條件之一，如是否采用了先進(jìn)的防死鎖技術(shù)、是否留有與五防閉鎖裝置的接口、是否包含必要的通信軟件、“四遙”軟件等。隨著變電站運(yùn)行管理水平的不斷提高，在不影響監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的前提下，還要求系統(tǒng)的管理功能比較完善，如增加設(shè)備資料情況、運(yùn)行日志管理，繼電保護(hù)定值及動(dòng)作情況統(tǒng)計(jì)分析管理，電能計(jì)量管理等管理模塊。另外，后臺(tái)操作系統(tǒng)的開(kāi)放性也是考察的重要條件之一，因?yàn)槿魏我粋€(gè)變電站在建成之后并不是一成不變的。例如，一些用戶在運(yùn)行一段時(shí)期之后會(huì)有增加一臺(tái)變壓器、母線變色、修改運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)表修改等需要，這就要求后臺(tái)操作系統(tǒng)有很好的開(kāi)放性。

5 變電站電氣一次設(shè)計(jì)的配合

5.1 主接線型式和電氣設(shè)備的選擇

由于以先進(jìn)的電氣一次設(shè)備和計(jì)算機(jī)為主體的二次監(jiān)控、保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成的變電站可靠性越來(lái)越高，功能越來(lái)越完善，我們?cè)诖_定主接線型式時(shí)，應(yīng)以可靠、簡(jiǎn)化、明了為原則。對(duì)室內(nèi)中壓側(cè)(35kv、10kv 側(cè))，宜采用單母線分段接線型式，特別是鎧裝式手車柜，其母線故障概率極低，因此采用雙母線接線型式來(lái)提高可靠性，其實(shí)已無(wú)多大實(shí)際意義。對(duì)110kv(及以上)電壓等級(jí)的設(shè)備，如條件允許，也應(yīng)優(yōu)先考慮選用免維護(hù)或少維護(hù)產(chǎn)品(如GIS、SF6 系列)，以提高整個(gè)變電站的安全可靠性。

5.2 總體布置觀念的變化

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)綜合考慮了變電站對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理的要求，以計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)視、控制、信號(hào)等功能。一般通過(guò)兩種方式，即集中組屏方式和分散配置方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式是通過(guò)傳感器、變送器等把所有被控設(shè)備的狀態(tài)、電量、非電量等信號(hào)集中到中央控制室，然后由計(jì)算機(jī)按照規(guī)定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算、判斷，進(jìn)而對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行控制?？蛇@樣給我們帶來(lái)了很多問(wèn)題：大量的變送設(shè)備；經(jīng)常發(fā)生在由被控設(shè)備引至中央控制室的控制電纜故障；繁瑣的安裝調(diào)試工作；同時(shí)也使用戶對(duì)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生了疑問(wèn)，而設(shè)計(jì)方卻只能通過(guò)增加投資設(shè)置冗余備份來(lái)提高其可靠性。用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將測(cè)量、保護(hù)、控制功能盡量分散安裝到各開(kāi)關(guān)柜上，采用單一的光纖(或屏蔽雙絞線)代替了連接開(kāi)關(guān)柜與中央控制室的控制電纜，大大減小了中央控制室的面積，節(jié)約了電纜，提高了可靠性。特別是對(duì)一些“無(wú)人值班、少人值守”的變電站，有觀點(diǎn)認(rèn)為甚至可以不設(shè)置中央控制室。所以，我們?cè)谶M(jìn)行變電站總體布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的觀念，合理考慮布置方案。

變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)比較完善、成熟和可靠。有關(guān)的管理部門也正在實(shí)施其標(biāo)準(zhǔn)化工作，希望能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的“四統(tǒng)一”，即統(tǒng)一設(shè)計(jì)思想、統(tǒng)一設(shè)計(jì)模式、統(tǒng)一功能要求、統(tǒng)一通信規(guī)約。

[1]楊奇遜.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1995，19(10).