淺析變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展

吳新宇

【摘 要】近年來，隨著我國電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，電網運行水平越來越高、越來越復雜，各級調度中心信息需求量越來越大，電網系統(tǒng)復雜多變。為了能夠及時掌握變電站的運行情況，加強變電站的可控性，減少人工操作失誤，同時隨著現代通訊手段和計算機技術的應用，為了簡化電網系統(tǒng)，達到信息共享的效果，降低變電站成本，變電站自動化系統(tǒng)建設成為電網穩(wěn)定運行的關鍵因素，也越來越受到電力部門的重視。

【關鍵詞】變電站；自動化系統(tǒng)；發(fā)展

1.變電站自動化系統(tǒng)的概念與發(fā)展狀況

1.1變電站自動化系統(tǒng)的概念

變電站自動化系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分，其功能是變換電壓等級、匯集配送電能，主要包括變壓器、母線、線路開關設備、建筑物及電力系統(tǒng)安全和控制所需的設施。 變電站自動化系統(tǒng)是將變電站的二次設備應用到現代通信技術手段和計算機科學技術中去，經過功能重新組合和優(yōu)化設計，對變電站實行全自動測量、控制、監(jiān)視、維護和協調，以及與調度通信等綜合性的自動化系統(tǒng)。其主要特點是一次設備智能化、二次設備網絡化、運行管理系統(tǒng)自動化。建設變電站自動化系統(tǒng)，可以保證電網系統(tǒng)安全、可靠、經濟的運行，減少基礎設施的投資，降低人工成本。特別是隨著網絡技術、信息技術、計算機技術的快速發(fā)展，變電站逐步向數字化電氣量測、智能電氣設備、全職能系統(tǒng)等方向發(fā)展。

1.2變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展狀況

國外研究變電站自動化系統(tǒng)，開始于20世紀80年代后期，20世紀90年代發(fā)展較快。著名的制造企業(yè)有很多，企業(yè)之間一開始就十分注重變電站電氣設備的技術標準和規(guī)范的制度和協調，并且注重技術創(chuàng)新和研究。國外變電站自動化系統(tǒng)技術已經相當成熟，基本能夠保證電網系統(tǒng)的安全、可靠運行。

我國變電站自動化的研究工作開始于20世紀80年代中期，1987年清華大學研制成功第一個變電站自動化系統(tǒng)，并在威海望島變電站成功投入運行。該項技術為國內首創(chuàng)，填補了國內一項空白，并達到當時國際先進水平。其運行效果表明：微機技術可以全面、系統(tǒng)、可靠地應用于變電站的自動化工程中，變電站自動化系統(tǒng)對提高變電站的運行、管理和技術水平、縮小占地面積、減少值班員操作，以及減少維護工作量等方面有顯著的優(yōu)越性。隨后投入變電站自動化研究的高等院校、研究單位和生產廠家逐步增加，到20世紀90年代，變電站自動化系統(tǒng)建設已成為熱門話題，研究成果和產品如雨后春筍般涌現。

2.變電站數字化的主要技術特征

2.1數據采集數字化

數字化變電站是由智能化一次設備（電子式互感器、智能化開關等）和網絡化二次設備分層（過程層、間隔層、站控層）構建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。實現了一、二次系統(tǒng)在電氣上的有效隔離，增大了電氣量的動態(tài)測量范圍并提高了測量精度，從而為實現常規(guī)變電站裝置冗余向信息冗余的轉變以及信息集成化應用提供了基礎。

2.2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構，數字程控器及數字公共信號網絡取代傳統(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字和光纖代替。

2.3網絡化的二次設備

變電站內常規(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絡通信，二次設備不再出現常規(guī)功能裝置重復的I/O現場接口，通過網絡真正實現數據共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

2.4自動化的運行管理系統(tǒng)

變電站運行管理自動化系統(tǒng)應包括電力生產運行數據、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數據信息分層、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”。

3.變電站自動化系統(tǒng)結構和存在的問題

3.1變電站自動化系統(tǒng)結構

從系統(tǒng)設計的角度來看，設計者對變電站自動化系統(tǒng)的看法已逐步實現從局部到整體的轉化。在目前的變電站自動化系統(tǒng)中，面向對象技術設計系統(tǒng)結構已成為主要趨勢，為每一個電氣設備配備完整的維護和監(jiān)控功能裝置，以實現裝置特定的功能，從而保證系統(tǒng)的分布式開放性。

設計思想的變化導致了系統(tǒng)結構的變化，原先的自動化系統(tǒng)基本依靠集屏實現監(jiān)控。隨著設計思想的改變以及裝置的整體化設計，系統(tǒng)結構逐漸由集中式向部分或者整體分散式發(fā)展，變電站內不再使用規(guī)模龐大的監(jiān)控顯示器以及大量信號源和監(jiān)控屏之間的電纜，所有監(jiān)控設備就地裝配，取而代之的是一臺智能化計算機系統(tǒng)或者是一臺便攜器。完全分散式的實現主要依據計算機及網絡技術，特別是現場總線技術。這一技術的使用簡化了操作，性能、效率也大大提高，同時解決了以往系統(tǒng)中RS-485鏈路信息傳輸的實時性問題，以及信號傳輸的容量問題。

3.2變電站自動化系統(tǒng)中存在的問題

變電站自動化系統(tǒng)的應用取得了良好的效果，但也存在很多不足之處，主要體現在：變電站自動化產品和系統(tǒng)結果千差萬別，缺乏統(tǒng)一的標準和規(guī)范；發(fā)展速度跟不上整個電力工業(yè)的發(fā)展，社會和經濟效益不顯著；發(fā)生異常時，會出現大量的事故警告信息，缺乏有效的過濾機制，干擾工人對故障的正確判斷；信息標準化、共享化程度低，多套系統(tǒng)并存，設備之間、設備與系統(tǒng)之間聯系較少，信息難以被綜合應用；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)。

4.變電站自動化系統(tǒng)建設的新發(fā)展

（1）近年來，ABB公司、三菱公司相繼推出了智能化變電站系統(tǒng)。數字化變電站是把一體化的GIS設備和變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)綜合在一起，采用新型的光電傳感器取代傳統(tǒng)的電流、電壓互感器，由光纖接口替代了微機測控保護裝置的輸入輸出回路，使變電站自動化系統(tǒng)向過程層延伸和發(fā)展。

（2）數字變電站應用了計算機技術、現代通訊技術和光電技術，使變電站自動化得到進一步提高，其分層分布技術、智能化控制技術、光通訊技術使變電站控制電纜大幅度減少，安裝周期縮短，運行維護工作量減少，可靠性大大提高，是變電站技術發(fā)展的必然方向。

5.結語

總上所述，變電站自動化系統(tǒng)采用數據采集數字化、智能化的一次設備網絡化的二次設備、自動化的運行管理系統(tǒng)等技術，在現實使用中取得了顯著的效果，但是還存在著標準不統(tǒng)一、經濟效益不顯著、信息資源共享度較低等問題。因此，只有把握好智能化變電站系統(tǒng)的發(fā)展和應用，采取光通訊技術、智能化控制技術等先進技術，才能保證電網系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。 [科]

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