淺析變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)

鐘瓊偉

【摘 要】本文主要介紹了變電站綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)模式、能實(shí)現(xiàn)的主要功能進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】變電站；綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)模式

0.概述

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，電力行業(yè)也在飛速地發(fā)展，從而推動(dòng)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，新增大量的變電站，使得電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)多樣化、復(fù)雜化。各級(jí)調(diào)度監(jiān)控人員所需掌握、管理、控制的廠站信息量也日益龐大。為了提高對(duì)變電站更加有效的管控水平，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展變得更為需要和重要。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)指的是通過(guò)執(zhí)行規(guī)定的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)某一給定目標(biāo)的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，具體地來(lái)說(shuō)是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及信息處理技術(shù)等相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的二次設(shè)備（包括繼電保護(hù)、測(cè)量、控制、故障錄波、信號(hào)、自動(dòng)裝置以及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等） 的功能。進(jìn)行重新的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而對(duì)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行測(cè)量、監(jiān)視、控制和協(xié)調(diào)，進(jìn)而來(lái)提高變電站的運(yùn)行效率和管理水平的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)，其能夠保證變電站的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，它取代了常規(guī)的變電站中央信息系統(tǒng)、監(jiān)視儀表、模擬屏柜、操作控制屏柜、變送器以及常規(guī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置等設(shè)備，在安全性能上和經(jīng)濟(jì)性能上有更好的保障。通過(guò)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)設(shè)備間相互交換信息、數(shù)據(jù)共享，能夠完成變電站運(yùn)行的監(jiān)視和控制任務(wù)，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)取代了變電站的常規(guī)二次設(shè)備，其取代或者更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)設(shè)備是大勢(shì)所趨，也是其發(fā)展趨勢(shì)之一。

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站遠(yuǎn)動(dòng)裝置控制、故障錄入控制、信號(hào)檢測(cè)控制、繼電保護(hù)控制等幾個(gè)方面，并對(duì)變電站進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合和優(yōu)化，實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站內(nèi)部所有運(yùn)行指標(biāo)。

1.實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)

（1）提高了變電站的安全、可靠運(yùn)行水平。

（2）實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值班，減少變電站人員，合理應(yīng)用人力資源。

（3）降低值班人員的工作力度，提高工作效率。

（4）縮小變電站面積，減少變電站資金投入。

（5）降低運(yùn)行和維護(hù)成本，提高運(yùn)行效益。

（6）提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平。

（7）保證了供電能的質(zhì)量。

2.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可分為集中式、分布式和分散分布式

2.1集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用模塊化、集中式立柜結(jié)構(gòu)，各控制保護(hù)功能均集中在專(zhuān)用的采集、控制保護(hù)柜中，所有控制、保護(hù)、測(cè)量、報(bào)警等信號(hào)均在采集、控制保護(hù)柜內(nèi)處理成數(shù)據(jù)信號(hào)后經(jīng)光纖總線(xiàn)傳輸至主控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

集中模式一般要用功能和配置很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，各功能模塊與硬件無(wú)關(guān)，用模塊化軟件連接實(shí)現(xiàn)。在硬件方面，集中采集信息，集中處理運(yùn)算，各個(gè)控制單元的信號(hào)都用控制電纜送到主控室。其主要優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)采集處理集中，這種模式擴(kuò)充性和維護(hù)性都較差而且投資大。

2.2分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分層分布式在邏輯上將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為三層，即管理層（所級(jí)監(jiān)控單元）、站控層和間隔層（間隔單元）。間隔層中各數(shù)據(jù)采集單元、控制單元（I/O單元）和保護(hù)單元分散安裝在開(kāi)關(guān)柜上或其它一次設(shè)備附近，各單元設(shè)備相互獨(dú)立，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互連，并與管理層和站控層通信，能在間隔層完成的功能，一般不依賴(lài)通信網(wǎng)絡(luò)（如保護(hù)功能本身不依賴(lài)通信網(wǎng)絡(luò)）。采用裝設(shè)前置機(jī)，專(zhuān)門(mén)處理由各功能模塊采集的信息，并將處理好的信息送到主機(jī)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的處理能力。各單元之間用網(wǎng)絡(luò)電纜或光纜連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)分散式的監(jiān)控系統(tǒng)，各單元相互獨(dú)立，互不影響。整個(gè)功能模塊集中于一個(gè)裝置內(nèi)，各機(jī)箱之間僅有通訊電纜連接，機(jī)箱與開(kāi)關(guān)柜的連接可在出廠前作為開(kāi)關(guān)柜的元件之一進(jìn)行安裝。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省電纜，有很強(qiáng)的抗干擾能力，壓縮了二次設(shè)備的占地面積。該模式在安裝配置上即可就地分散安裝，也可在控制室集中組屏或分散組屏。分層分布式結(jié)構(gòu)由于沒(méi)有外部電纜引接，施工中二次電纜敷設(shè)工作量大為減少，消除了施工中的人為事故因素，也減少了相應(yīng)的投資。

2.3分散分布式結(jié)構(gòu)

分散分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計(jì)。所謂面向?qū)ο螅褪敲嫦螂姎庖淮位芈吩O(shè)備或電氣間隔設(shè)備，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元（I/O單元）和保護(hù)單元就地分散安裝在開(kāi)關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，相互間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)相連，與監(jiān)控主機(jī)通信。目前，此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用的較多，主要原因是：利用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，省去了大量二次接線(xiàn)，控制設(shè)備之間僅通過(guò)雙絞線(xiàn)或光纖連接，設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)備布置整齊，調(diào)整擴(kuò)建也很簡(jiǎn)單，成本低，運(yùn)行維護(hù)方便。

3.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的主要功能

3.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理

按電氣間隔的分布配置和集中配置綜合測(cè)試端，完成開(kāi)關(guān)量、模擬量、脈沖量等信息的采集和處理并能將處理后的信息上傳。

3.2操作控制功能

控制電氣間隔的斷路器、電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的分合閘操作。控制方式分為：就地控制、站控層控制、遠(yuǎn)方控制。操作命令的優(yōu)先級(jí)為：就地控制、站控層控制、遠(yuǎn)方控制。同一時(shí)間只允許一種控制方式有效。對(duì)于任何操作方式，只有本次操作步驟完成后，才能進(jìn)行下一步操作?？刂撇僮髋c“五防”工作站的接口，所有操作控制均經(jīng)“五防”工作站防誤閉鎖邏輯的判斷，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，閉鎖該操作并報(bào)警。

3.3建立數(shù)據(jù)庫(kù)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)根據(jù)運(yùn)行工況實(shí)時(shí)變化而不斷的更新，記錄被監(jiān)控設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)：對(duì)于需要長(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)將存放在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。如事件順序記錄及事故歷史記錄、報(bào)警歷史記錄，以及保護(hù)定值記錄等。用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)：根據(jù)用戶(hù)的使用要求，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中或網(wǎng)上選擇所需的內(nèi)容，建立用戶(hù)專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)，完成各項(xiàng)應(yīng)用功能。

3.4遠(yuǎn)動(dòng)和通信功能

遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)與各間隔之間的通信功能，變電站與上級(jí)調(diào)度之間的通信功能。利用遠(yuǎn)動(dòng)裝置，從網(wǎng)絡(luò)層采集間隔層和通信規(guī)約轉(zhuǎn)換接口的數(shù)據(jù)，處理后，按照調(diào)度端的遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約，實(shí)現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)與調(diào)度自動(dòng)化主站的數(shù)據(jù)交換。

4.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的主要分層組成

4.1間隔層

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，保護(hù)和控制裝置。比如：繼電保護(hù)及自動(dòng)控制裝置，測(cè)控裝置、站內(nèi)直流電源管理設(shè)備、多功能電表等等。它們是和一次設(shè)備聯(lián)系最緊密的設(shè)備，實(shí)際的數(shù)據(jù)采集，設(shè)備控制都是由它們來(lái)完成。

4.2網(wǎng)絡(luò)層

間隔層和站控層的數(shù)據(jù)需要通過(guò)一些通訊電纜/光纜進(jìn)行傳輸，中間還得有一些通信設(shè)備，比如通信管理機(jī)、交換機(jī)、接口設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)等等，用來(lái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分發(fā)和傳輸，以及原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等等。目前，變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要采用串行數(shù)據(jù)總線(xiàn)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和以太網(wǎng)等。

4.3站控層

包括站內(nèi)監(jiān)控后臺(tái)，操作員站、工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)服務(wù)器等設(shè)備。在這一層要對(duì)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以便顯示在終端監(jiān)控屏幕上。一些變電站遙控指令也可以從這一層發(fā)出去，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層最后送到間隔層去執(zhí)行。

5.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)要適應(yīng)電力市場(chǎng)化的需求

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)要適應(yīng)電力市場(chǎng)化的需求，電力工業(yè)的經(jīng)營(yíng)機(jī)制正在從行業(yè)壟斷轉(zhuǎn)向競(jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)。電力經(jīng)營(yíng)變革的目標(biāo)是降低電價(jià)，提高供電質(zhì)量，改善服務(wù)，提高電力企業(yè)的自身經(jīng)濟(jì)效益。各級(jí)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)必須適應(yīng)這種新經(jīng)營(yíng)機(jī)制變革的形勢(shì)，以便更有效、更經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

6.結(jié)束語(yǔ)

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是多專(zhuān)業(yè)綜合技術(shù)，是變配電系統(tǒng)的一次革命。隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力的需求與日俱增，各行各業(yè)對(duì)電力質(zhì)量的要求越來(lái)越高，各種智能技術(shù)的普遍應(yīng)用，使得變電站自動(dòng)化管理和無(wú)人值守已是一種必然趨勢(shì)和必然選擇。

【參考文獻(xiàn)】

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