淺析變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展

付孝生

(云南電網(wǎng)公司迪慶供電局，云南 迪慶 674400)

1 變電站自動化技術(shù)的發(fā)展

1.1 自動裝置階段

自動裝置相互之間獨立運行，而且缺乏智能，沒有故障自診斷能力，在運行中若自身出現(xiàn)故障，不能提供報警信息，有的甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)的安全運行，因此需要有更高性能的裝置代替。

1.2 智能自動裝置階段

隨著微處理器技術(shù)的應(yīng)用，在變電站自動化方面，開始采用大規(guī)模集成電路或微處理機，由于采用了數(shù)字式電路，統(tǒng)一了數(shù)字信號電平，縮小了體積，特別是裝置本身的故障自診斷能力，提高了自動裝置自身的可靠性，縮短了維修時間。但是，這些微機型的自動裝置，多數(shù)仍然是各自獨立運行，不能相互通信，不能共享資源，實際上形成了變電站的自動化孤島，仍然解決不了前述變電站設(shè)計和運行中存在的所有問題。

1.3 變電站綜合自動化階段

第一套變電站自動化系統(tǒng)(LSA678)結(jié)構(gòu)有全分散式和局部分散式兩種，均由測控系統(tǒng)、保護系統(tǒng)和開關(guān)閉鎖系統(tǒng)三部分組成。隨著微機保護、微機遠動、微機故障錄波、微機監(jiān)控裝置在電網(wǎng)中的全面推廣應(yīng)用，各專業(yè)在技術(shù)上保待相對獨立，造成了硬件重復(fù)，互連困難，影響了系統(tǒng)運行的可靠性。對變電站綜合自動化的研究在深入。

2 變電站綜合自動化現(xiàn)狀

目前變電站綜合自動化技術(shù)在我國的應(yīng)用范圍由電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)、城市供電網(wǎng)、農(nóng)村供電網(wǎng)擴展到企業(yè)供電網(wǎng);其電壓等級，由當(dāng)初的35～110kV變電站，向上擴展到220～500kV變電站，向下延伸到10kV乃至0.4kV配電網(wǎng)絡(luò)，幾乎覆蓋到全部供電網(wǎng)絡(luò)。其技術(shù)涉及自動控制、遠動、通信、繼電保護、測量、計量、在線監(jiān)測、信號及控制等二次系統(tǒng);專業(yè)涉及自動化、繼電保護、變電運行等［1］。雖然變電站綜合自動化技術(shù)取得了飛速地發(fā)展，但仍有較多的不足之處，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

2.1 設(shè)計規(guī)范不一

盡管各級電網(wǎng)公司對變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計、設(shè)備的性能指標(biāo)等都做了統(tǒng)一的規(guī)定，但是設(shè)備生產(chǎn)廠家的元件篩選、硬件配置、電路結(jié)構(gòu)、制造工藝、軟件程序卻差別很大，這些差別導(dǎo)致了設(shè)備的壽命、性能、抗干擾能力以及管理與維護等相差甚遠。所反映的問題主要表現(xiàn)為:

1)變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計存在問題。

2)不同產(chǎn)品的接口問題:IED裝置接口是變電站自動化系統(tǒng)中非常重要的問題之一，包括RTU與通信控制器、保護與通信控制器、小電流接地裝置與通信控制器、故障錄波與通信控制器、無功裝置與通信控制器、通信控制器與主站、通信控制器與模擬盤等設(shè)備之間的通信。

3)傳輸規(guī)約和傳輸網(wǎng)絡(luò)選擇問題:目前國內(nèi)各個地方情況不一，變電站和調(diào)度中心之間的信息傳輸采用各種形式的規(guī)約。要實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，就要實現(xiàn)傳輸規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化和傳輸網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化，做到傳輸規(guī)約和網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一，才能實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的互換性。

4)產(chǎn)品型號復(fù)雜，備品備件難以實現(xiàn)，設(shè)備運行率低。開放性問題:變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備的互操作性，變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)能包容變電站自動化技術(shù)新的發(fā)展要求，變電站自動化系統(tǒng)必須考慮和支持變電站運行功能的要求。而現(xiàn)有的變電站自動化系統(tǒng)卻不能滿足這樣的要求。

2.2 組織模式選擇

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、分散與集中相結(jié)合和全分散式三種類型，變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)根據(jù)各種系統(tǒng)的特點和變電站的實際情況選配。

2.3 專業(yè)管理責(zé)任不明確

變電站自動化系統(tǒng)的建設(shè)，使得繼電保護、遠動、計量、變電運行等各專業(yè)相互滲透，傳統(tǒng)的技術(shù)分工、專業(yè)管理已經(jīng)不能適應(yīng)變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展。運行維護人員水平不高

2.4 裝置硬件更新過快

變電站綜合自動化產(chǎn)品的硬件不斷更新，運行幾年的變電站綜合自動化裝置由于備品備件的不足而不得不更換新的裝置。

3 數(shù)字化變電站技術(shù)

3.1 主要特點

數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備(電子式互感器、智能化開關(guān)等)和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層(過程層、間隔層、站控層)構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。它具有如下特點:

1)智能化的一次設(shè)備:一次設(shè)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(shù)設(shè)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(luò)取代了傳統(tǒng)的導(dǎo)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。

2)網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備:變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)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。

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(yīng)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)生故障時能及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(shè)備檢修報告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改為“狀態(tài)檢修”［3］。

3.2 對變電站綜合自動化的影響

常規(guī)變電站綜合自動化的一次設(shè)備采集模擬量，通過電纜將模擬信號傳輸?shù)綔y控保護裝置，裝置進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后處理數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)線將數(shù)字量傳到后臺監(jiān)控系統(tǒng)。同時監(jiān)控系統(tǒng)和測控保護裝置對一次設(shè)備的控制通過電纜傳輸模擬信號實現(xiàn)其功能［4］。

而數(shù)字化變電站一次設(shè)備采集信息后，就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過光纜上傳測控保護裝置，然后傳到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，而監(jiān)控系統(tǒng)和測控保護裝置對一次設(shè)備的控制也是通過光纜傳輸數(shù)字信號實現(xiàn)其功能。數(shù)字化變電站采用電子式互感器，從根本上解決了CT動態(tài)范圍小及飽和問題，從源頭上保證了保護的可靠性。信息傳遞全部采用光纖網(wǎng)絡(luò)后，二次回路設(shè)計極大簡化，接線大大減少，顯著降低了安裝、調(diào)試、維護的工作量。光纖的應(yīng)用也徹底解決了電纜老化問題，系統(tǒng)可靠性得到了充分的保障。除此之外，數(shù)字化變電站中IEC61850所支持的互操作性，把用戶從設(shè)備互聯(lián)困難的限制中解脫出來，提高了變電站選擇產(chǎn)品的自由度。不僅如此，通用的配置方式也提高了用戶對設(shè)備的駕馭能力，標(biāo)準(zhǔn)化的信息模型實現(xiàn)了變電站信息共享，使原先必須由IED實現(xiàn)的某些保護功能可以由一個軟件模塊來實現(xiàn)了，如母線保護、備自投等，設(shè)備的減少同時也減少了變電站的占地面積，節(jié)約了大量成本，這使得數(shù)字化變電站在系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟性、維護方便性、性價比等方面均比綜合自動化站有了大幅度提升。

4 結(jié)束語

以上介紹了變電站綜合自動化技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展歷程及其存在的問題，數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展從當(dāng)前的實際應(yīng)用來看也僅僅是解決了一部分問題，數(shù)字化變電站是具有里程碑意義的一次變革，對變電站綜合自動化系統(tǒng)的各個方面必將產(chǎn)生深遠的影響，變電站綜合自動化技術(shù)也一定會因數(shù)字化變電站技術(shù)的不斷發(fā)展而迎來一個新的蓬勃發(fā)展的時期。

［1］鄒煒.淺談提高變電站電力系統(tǒng)自動化技術(shù)［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(17).

［2］丁文書.綜合自動化原理及應(yīng)用［M］.中國電力出版，2010.

［3］曾慶禹.變電站自動化技術(shù)的未來發(fā)展(一)［J］.南京:電力系統(tǒng)自動化，2000，25(9):1－6.

［4］楊奇遜.變電站綜合自動化技術(shù)發(fā)展趨勢［J］.南京:電力系統(tǒng)自動化，1995，(10):7－9.