簡析自動化技術在電力系統(tǒng)中的應用

柳淑霞

【摘 要】現(xiàn)階段隨著電網(wǎng)建設和改造的順利進行，提高配電網(wǎng)自動化水平的呼聲越來越高。這一時期自動化裝置的特點是以模擬電路和布線邏輯為主進行設計，其應用減輕了變電站值班員的勞動強度，提高了電力安全運行程度。而電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行中已經(jīng)起著不可或缺的作用。

【關鍵詞】電力系統(tǒng)；自動化技術

1.電力系統(tǒng)自動化技術

1.1電網(wǎng)調度自動化

電網(wǎng)調度自動化主要組成部分由電網(wǎng)調度控制中心的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、工作站、服務器、大屏蔽顯示器、打印設備、通過電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結的下級電網(wǎng)調度控制中心、調度范圍內的發(fā)電廠、變電站終端設備（如測量控制等裝置）等構成。電網(wǎng)調度自動化的主要功能是電力生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網(wǎng)運行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、電力負荷預測、自動發(fā)電控制、自動經(jīng)濟調度并適應電力市場運營的需求等?？h級電網(wǎng)調度控制中心設備規(guī)模一般要比地區(qū)電網(wǎng)調度小，并且工作站、服務器一般選用工業(yè)或普通商用PC機。地區(qū)電網(wǎng)調度是指城市供電網(wǎng)的調度，調度功能和調度范圍要比大區(qū)電網(wǎng)和省級電網(wǎng)小得多，地區(qū)電網(wǎng)調度不對發(fā)電廠進行控制，主要對供電網(wǎng)內的各級變電站和配電網(wǎng)進行實時監(jiān)控，保證安全可靠供電。

1.2變電站自動化

電力系統(tǒng)中變電站與輸配電線路是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶的主要環(huán)節(jié)。變電站自動化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作，提高工作效率，擴大對變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內容就是對站內運行的電氣設備進行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點是全微機化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設備；二次設備數(shù)字化、網(wǎng)絡化、集成化，盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜；操作監(jiān)視實現(xiàn)計算機屏幕化；運行管理、記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務外還作為電網(wǎng)調度自動化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個重要環(huán)節(jié)。

1.3發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)（DCS）

發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）一般采用分層分布式結構，由過程控制單元（PCU）、運行員工作站（OS）、工程師工作站（ES）和冗余的高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡（以太網(wǎng)）組成。過程控制單元（PCU）由可冗余配置的主控模件（MCU）和智能l/O模件組成。MCU模件通過冗余的l/O總線與智能l/O模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過程，接受現(xiàn)場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關量、脈沖量等信號，經(jīng)運算處理后進行運行參數(shù)、設備狀態(tài)的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅動執(zhí)行機構，完成生產(chǎn)過程的監(jiān)測、控制和聯(lián)鎖保護等功能。運行員工作站（OS）和工程師工作站（ES）提供了人機接口。運行員工作站接收PCU發(fā)來的信息和向PCU發(fā)出指令，為運行操作人員提供監(jiān)視和控制機組運行的手段。工程師工作站為維護工程師提供系統(tǒng)組態(tài)設置和修改、系統(tǒng)診斷和維護等手段。

2.電子技術、計算機技術的發(fā)展不斷推動電力系統(tǒng)自動化進步

上世紀六七十年代晶體管技術的發(fā)展及隨后中小規(guī)模集成電路的問世為研發(fā)初始的電力系統(tǒng)自動化裝置提供了技術條件，電力開關信號檢測、模擬量檢測（電力變送器）、晶體管及集成電路繼電保護、自動裝置、遠動裝置、模擬盤等二次設備相繼出現(xiàn)。但這些自動化裝置功能比較單一，互相之間缺少通信聯(lián)系，裝置不具備故障自診斷能力。隨著上世紀八十年代單片機技術的發(fā)展和應用，我國電力系統(tǒng)自動化設備實現(xiàn)了全面的更新?lián)Q代。由于采用了數(shù)字電路和模塊化軟件設計技術，電力自動化裝置的性能大大提高，特別是裝置具有了通信功能，可通過并行口、串行口與其他設備進行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)和各種信息可通過外部設備如CRT顯示，打印機打印制表等，裝置首次出現(xiàn)了人機聯(lián)系功能。值得一提的是從Intel公司引進的SBC系列OEM單板機技術加快了我國微機化電力系統(tǒng)二次設備的開發(fā)進度，以單片機為基礎的國產(chǎn)化自動化設備層出不窮，數(shù)字式故障錄波器替代了機械光學結構原理的老式錄波裝置；微機遠動裝置及巡回檢測設備體積小，容量大，通信規(guī)約適應性強；微機繼電保護裝置性能也大大提高，可方便修改保護定值，使用和維護非常透明。同時，國產(chǎn)的工業(yè)計算機和引進的PC機技術為電力系統(tǒng)調度自動化、電廠監(jiān)控系統(tǒng)、變電站綜合自動化奠定了基礎。開發(fā)的應用軟件可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集、匯總、分類、分析、存檔、顯示、打印、報警、完成操作控制等任務。這一時期自動化存在的主要問題是系統(tǒng)結構、功能、通信協(xié)議等方面缺乏工業(yè)標準，不同廠家的設備不能互連；計算機與各設備的通信一般為星形點對點連結，主要采用低速率的串/并行口通信方式，系統(tǒng)實時性不太好，設備配置的靈活性也較差。

隨著上世紀九十年代高性能工作站、服務器及軟件技術、信息處理技術、特別是高速網(wǎng)絡技術的發(fā)展，電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)、電廠監(jiān)控、變電站自動化、配電自動化的技術水平上了一個新臺階，產(chǎn)品逐步發(fā)展成為一種開放式、分布式、網(wǎng)絡化、智能化的新模式。與上一代產(chǎn)品相比可以大幅度減少電力電纜、通信電纜的用量，設備體積小還減少了占地面積等從而降低了建設成本，同時大幅度提高了系統(tǒng)的技術性能，增加了設備配置的靈活性、互換性和可維護性，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

3.當前電力系統(tǒng)自動化依賴IT技術向前發(fā)展的重要熱點技術

當前電力系統(tǒng)自動化依賴于電子技術、計算機技術繼續(xù)向前發(fā)展的主要熱點有：電力一次設備智能化；電力一次設備在線狀態(tài)檢測；光電式電力互感器；適應光電互感器技術的新型繼電保護及測控裝置；特高壓電網(wǎng)中的二次設備開發(fā)。

3.1電力一次設備智能化

常規(guī)電力一次設備和二次設備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強信號電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設備智能化是指一次設備結構設計時考慮將常規(guī)二次設備的部分或全部功能就地實現(xiàn)，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡述為一次設備自帶測量和保護功能。如常見的智能化開關、智能化開關柜、智能化箱式變電站等。

3.2電力一次設備在線狀態(tài)檢測

對電力系統(tǒng)一次設備如發(fā)電機、汽輪機、變壓器、斷路器、開關等設備的重要運行參數(shù)進行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以監(jiān)視設備實時運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，從而延長設備的維修保養(yǎng)周期，提高設備的利用率，為電力設備由定期檢修向狀態(tài)檢修過度提供保障。

3.3光電式電力互感器

電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設備，其作用是按一定比例關系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測量的標準數(shù)值，以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設備體積和質量也越大；信號動態(tài)范圍小，導致電流互感器會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號畸變；互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設備接口。因此不少發(fā)達國家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國際電工協(xié)會已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標準。

3.4適應光電互感器技術的新型繼電保護及測控裝置

電力系統(tǒng)采用光電互感器技術后，與之相關的二次設備，如測控設備，繼電保護等裝置的結構與內部功能將發(fā)生很大的變化。首先省去了裝置內部的隔離互感器、A/D轉換電路及部分信號處理電路，從而提高了裝置的響應速度。但需要解決的重要關鍵技術是為滿足數(shù)值計算需要對相關的來自不同互感器的數(shù)據(jù)如何實現(xiàn)同步采樣，其次是高效快速的數(shù)據(jù)交換通信協(xié)議的設計。