探析變電自動化系統(tǒng)

趙家浪

電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須滿足其三個(gè)穩(wěn)定性能，即運(yùn)行穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性。而在實(shí)際的自動化操作系統(tǒng)中主要以實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理為主，是局部綜合自動化系統(tǒng)的運(yùn)行模式。這種運(yùn)行系統(tǒng)面臨的問題是對二次系統(tǒng)出現(xiàn)的故障無法做出檢測，也就是本身不具備自我檢測的功能。這種情況就會導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題。本文就對自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行研究，對變電綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行交換信息、數(shù)據(jù)共享以及實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控、管理、協(xié)調(diào)和控制，從而避免運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障問題。

當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，我國電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，在對系統(tǒng)控制方面的要求越來越高。在一個(gè)電力系統(tǒng)中含有多個(gè)狀態(tài)變量，因此就會出現(xiàn)或多或少的穩(wěn)定性問題。而在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須滿足其三個(gè)穩(wěn)定性能，即運(yùn)行穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性。而在實(shí)際的自動化操作系統(tǒng)中主要以實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理為主，是局部綜合自動化系統(tǒng)的運(yùn)行模式。這種運(yùn)行系統(tǒng)面臨的問題是對二次系統(tǒng)出現(xiàn)的故障無法做出檢測，也就是本身不具備自我檢測的功能。這種情況就會導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題。本文就對自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行研究，對變電綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行交換信息、數(shù)據(jù)共享以及實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控、管理、協(xié)調(diào)和控制，從而避免運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障問題。

1 當(dāng)前變電自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

當(dāng)前變電自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致可以分為三種：集中式結(jié)構(gòu)、分散式結(jié)構(gòu)、集中和分散式結(jié)合結(jié)構(gòu)。首先集中式結(jié)構(gòu)是將系統(tǒng)分為若干個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)又分別采集集中裝置來完成相關(guān)功能。集中式結(jié)構(gòu)一般由1 個(gè)或者2 個(gè)CPU 構(gòu)成，對整個(gè)自動化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、保護(hù)、協(xié)調(diào)和測量。分散式結(jié)構(gòu)是將設(shè)備分成若干個(gè)單元，通過控制單元、數(shù)據(jù)采集單元和微機(jī)保護(hù)單元將戶外高壓斷路器進(jìn)行安裝，然后通過網(wǎng)絡(luò)電纜將各個(gè)分部單元結(jié)合在一起，構(gòu)成完整的分散式綜合自動化系統(tǒng)。集中和分散結(jié)合式結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)應(yīng)用的較多是這種模式。這種模式具有分散式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點(diǎn)，采用了集中式組屏模式更有利于系統(tǒng)的安裝維護(hù)。

2 變電站自動化系統(tǒng)的功能分析

變電站自動化系統(tǒng)功能較多，在選擇時(shí)不僅要考慮到系統(tǒng)功能要滿足變電站的基本需要，而且還要防止由于部分功能欠缺導(dǎo)致的安全運(yùn)行問題，所以對技術(shù)先進(jìn)性有一定的要求。變電站自動化系統(tǒng)的功能主要分為微機(jī)保護(hù)、數(shù)據(jù)采集及處理功能、事件記錄和故障濾波測距、控制及操作功能、系統(tǒng)的自我診斷功能、數(shù)據(jù)處理和記錄以及人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)的自我診斷功能。

微機(jī)保護(hù)是對變電站系統(tǒng)內(nèi)的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，包括電容保護(hù)、線路保護(hù)、母線保護(hù)和變壓器保護(hù)，低頻減載等安全裝置。當(dāng)前整定值及自診斷信號。接收監(jiān)控系統(tǒng)選擇或修改定值，校對時(shí)鐘等命令。通信應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。數(shù)據(jù)采集包括對狀態(tài)數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)。目前這些信號大多采取光電隔離的方式進(jìn)行輸入，也可通過通信方式實(shí)現(xiàn)。常規(guī)變電站的采集模擬量有線路電壓、母線電壓、無功功率數(shù)值以及電流等。變電站的故障濾波需要通過兩種形式實(shí)現(xiàn)，一種是集中式的配置專用故障錄波器，另一種是分散型，有微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行測距計(jì)算，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的波型以及測距結(jié)果通過監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行儲存和分析。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保留人工直接跳閘功能，有利于防止系統(tǒng)故障時(shí)無法及時(shí)被控制。操作人員還可以通過后臺機(jī)屏對隔離開關(guān)、斷路器、電容器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)插件具有自我診斷功能，并把數(shù)據(jù)輸送到后臺機(jī)的遠(yuǎn)方調(diào)度中心，這樣有利于裝置本身進(jìn)行方便維護(hù)、維修以及實(shí)時(shí)自我檢測功能，因此能夠快速發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的缺陷和故障，并及時(shí)提供信息，指出故障位置。針對數(shù)據(jù)處理的功能，主要是以保護(hù)專業(yè)為需求建立的變電站管理數(shù)據(jù)和存儲形式，包含上級的調(diào)度中心數(shù)據(jù)以及斷路器發(fā)生故障時(shí)候出現(xiàn)的跳閘次數(shù)、變壓器母線電壓定時(shí)記錄的數(shù)據(jù)，記錄其最大值和最小值以及每天的峰谷植和時(shí)間。根據(jù)相關(guān)需要，數(shù)據(jù)的記錄和處理功能。數(shù)據(jù)處理和記錄的功能能夠在變電站全部實(shí)現(xiàn)，也可以通過遠(yuǎn)動操作中心或者調(diào)度中心來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)插件應(yīng)當(dāng)具備自我診斷功能，此項(xiàng)功能也能像數(shù)據(jù)采集功能一樣，周期性的與遠(yuǎn)方調(diào)度中心和操作控制中心進(jìn)行通信。

3 變電自動化系統(tǒng)的原則分析

變電自動化系統(tǒng)應(yīng)按照運(yùn)行穩(wěn)定、功能實(shí)用、維護(hù)方便、價(jià)格合理和易于推廣的原則去選擇實(shí)施。這些原則的實(shí)現(xiàn)需要依靠系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，關(guān)鍵部分要有備份，不能因?yàn)閱蝹€(gè)部分出現(xiàn)故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并且具有抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。功能主要分為基本功能，符合日常操作使用。技術(shù)先進(jìn)性采取當(dāng)前最為主流的技術(shù)，一定要轉(zhuǎn)為可靠技術(shù)的基礎(chǔ)上，要摒棄僅依靠先進(jìn)技術(shù)但是不實(shí)用的觀念。首先要把握住產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、制造程序以及安裝運(yùn)行的各種環(huán)節(jié)，要達(dá)到先進(jìn)性和可靠性的要求。將價(jià)格合理、推廣范圍廣、便于維修等因素納入考慮的因素中。以上的要素要做到相輔相成。此外，各個(gè)變電站自動化系統(tǒng)的型號以及數(shù)量不宜設(shè)置的過多，如果自動化系統(tǒng)的數(shù)量超過三種，就不利于維修人員進(jìn)行維護(hù)和處理。

4 變電自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定性分析

當(dāng)電力系統(tǒng)受到外部干擾時(shí)，可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)。不穩(wěn)定的狀態(tài)分為穩(wěn)定性危機(jī)和持久性危機(jī)。穩(wěn)定性危機(jī)是電力系統(tǒng)不能再回到原始狀態(tài)，卻停留在一個(gè)特定的新狀態(tài)，但是這個(gè)過程歷時(shí)較短，例如只經(jīng)過幾秒鐘。而持久性危機(jī)是由于局部或者整體系統(tǒng)發(fā)電、送電產(chǎn)生的不平衡負(fù)荷，導(dǎo)致系統(tǒng)大幅度的偏離正常數(shù)值，這一歷時(shí)較長，從幾秒鐘或者到幾分鐘不等。通過一系列的預(yù)防控制可以進(jìn)行安全控制，例如調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓、切換線路等措施，使系統(tǒng)從不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定狀態(tài)。這種措施成為緊急控制或者預(yù)測控制。通過對穩(wěn)定性控制可能使系統(tǒng)恢復(fù)原來的正常穩(wěn)定狀態(tài)，也有可能使得系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成另一種形式的穩(wěn)定狀態(tài)。而恢復(fù)狀態(tài)下的系統(tǒng)完整性不可避免的受到破壞，例如當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷被切除時(shí)，系統(tǒng)的某些部分功能將會被解列，導(dǎo)致安全儲備通常也是不足的。在這種情況下就要采取恢復(fù)控制，其措施主要有提高發(fā)電機(jī)組的功率，啟動備用設(shè)備，重新投入被切機(jī)組、線路和負(fù)荷等。總體來說電力系統(tǒng)安全控制分為預(yù)防控制、緊急控制和恢復(fù)控制。而安全控制是變電自動化系統(tǒng)中不可缺少的部分。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，在今后的研究過程中，安全控制這一課題變得越來越重要。

此外，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的命脈，它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)中單套保護(hù)裝置的信息采集與保護(hù)算法運(yùn)行是在同一個(gè)CPU 控制下運(yùn)行的，同步采用A/D 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來運(yùn)算輸出控制質(zhì)量，以此種方法加快整個(gè)流程。在全球數(shù)字化系統(tǒng)中，采用由多個(gè)CPU 形成的保護(hù)算法與控制命令網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)前，如何控制好同步采樣和快速輸出保護(hù)命令成為一個(gè)復(fù)雜的命題，最基本的條件是要研究網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，核心技術(shù)是提高網(wǎng)絡(luò)通信速度最為關(guān)鍵的部分。在目前國內(nèi)外研究進(jìn)展中，國外取得一系列相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)在某些方面取得進(jìn)展?？傮w歸納起來存在以下幾方面問題：在開發(fā)過程中專業(yè)之間要加強(qiáng)協(xié)同合作，例如在變電自動化系統(tǒng)中應(yīng)用到的智能化電器存在光、電、機(jī)三個(gè)專業(yè)的合作。在材料器件、試驗(yàn)設(shè)備、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和電磁兼容和干擾方面都存在薄弱環(huán)節(jié)。

綜上所述，我國變電站自動化系統(tǒng)規(guī)模的不斷發(fā)展，對于自動化系統(tǒng)的控制要求也越來越高。通過對變電系統(tǒng)相關(guān)功能的綜合運(yùn)用以及各種設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、交換信息對變電運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行全程監(jiān)控、管理、協(xié)調(diào)，從而能夠降低系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，提高變電保護(hù)的控制性能以及改善電網(wǎng)的控制水平。因此有利于系統(tǒng)的靈活性。我國變電站自動化要經(jīng)過漫長曲折的發(fā)展過程，全面采取技術(shù)先進(jìn)性、運(yùn)行穩(wěn)定、性價(jià)比高、操作方便的自動化系統(tǒng)，這樣在時(shí)代不斷進(jìn)步的背景下，才能有效利用具有自我知識產(chǎn)權(quán)并且可靠的變電站系統(tǒng)，需要業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行鉆研，要將智能化電氣發(fā)展作為新的研究領(lǐng)域，尤其是智能化開關(guān)、光電式等電氣設(shè)備的一體化設(shè)備的研究，相信在巨大努力下，我國變電自動化系統(tǒng)能夠邁上新臺階。