變電站智能化技術(shù)的綜合運用

田 鵬

（國網(wǎng)冀北電力有限公司 秦皇島供電公司，河北 秦皇島066000）

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，變電站智能化技術(shù)已經(jīng)達到了一定的水平，在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了智能化技術(shù)，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設(shè)中也大量采用智能化新技術(shù)，從而大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可靠性，降低了變電站建設(shè)的總造價，這已經(jīng)成為不爭的事實。然而，技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術(shù)日趨成熟，以及計算機高速網(wǎng)絡(luò)在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，將對已有的變電站智能化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響。變電站智能化是指利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號處理（DSP）等技術(shù)，實現(xiàn)對變電站主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護以及與調(diào)度通信等功能。它綜合了變電所內(nèi)除交直流電源以外的全部二次設(shè)備功能。電力系統(tǒng)進行的農(nóng)網(wǎng)改造、城網(wǎng)改造對于變電站二次系統(tǒng)的改造主要是以智能化系統(tǒng)替換原有的常規(guī)二次系統(tǒng)。變電站智能化是一項提高變電站安全、可靠穩(wěn)定運行水平，降低運行維護成本，提高經(jīng)濟效益，向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)的一項措施。

1 變電站智能化的基本結(jié)構(gòu)及特點

集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：集中式一般采用功能較強的計算機并擴展其I／O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和自動控制等功能。由前置機完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護、控制及監(jiān)測等功能，后臺機完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠方通訊等功能。此類結(jié)構(gòu)對監(jiān)控主機的性能要求較高，且系統(tǒng)處理能力有限，開發(fā)手段少，系統(tǒng)在開放性、擴展性和可維護性等方面較差，抗干擾能力不強；分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺計算機單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)分布式處理。其結(jié)構(gòu)的最大特點是采用主、從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊如智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機來完成。各功能模塊(通常是多個CPU)之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實時性。其方便系統(tǒng)擴展和維護，局部故障不影響其他模塊正常運行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。但目前，還存在在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等；分散（層）分布式結(jié)構(gòu)：分散（層）分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計。所謂面向?qū)ο?，就是面向電氣一次回路設(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)和保護單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，相互間通過通信網(wǎng)絡(luò)相連，與監(jiān)控主機通信。

2 變電站智能化系統(tǒng)的功能

微機保護：是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進行保護，包括線路保護，變壓器保護，母線保護，電容器保護及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護實現(xiàn)故障記錄、存儲多套定值、適合當?shù)匦薷亩ㄖ档裙δ?；?shù)據(jù)采集：①狀態(tài)量采集：狀態(tài)量包括：斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號及變電站一次設(shè)備告警信號等。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。保護動作信號則采用串行口（RS-232或RS485）或計算機局域網(wǎng)通過通信方式獲得；②模擬量采集：常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。饋線電流，電壓和功率值，頻率，相位等。此外還有變壓器油溫，變電站室溫等非電量的采集。模擬量采集精度應(yīng)能滿足SCADA系統(tǒng)的需要；③脈沖量采集：脈沖量主要是脈沖電度表的輸出脈沖，也采用光電隔離方式與系統(tǒng)連接，內(nèi)部用計數(shù)器統(tǒng)計脈沖個數(shù)，實現(xiàn)電能測量；事件記錄和故障錄波測距：事件記錄應(yīng)包含保護動作序列記錄，開關(guān)跳合記錄。其SOE分辨率一般在1～10ms之間，以滿足不同電壓等級對SOE的要求。變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實現(xiàn)，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。另一種是分散型，即由微機保護裝置兼作記錄及測距計算，再將數(shù)字化的波型及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲和分析；控制和操作閉鎖：操作人員可通過CRT屏幕對斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進行遠方操作。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)保留人工直接跳合閘手段；同期檢測和同期合閘：該功能可以分為手動和自動兩種方式實現(xiàn)?？蛇x擇獨立的同期設(shè)備實現(xiàn)，也可以由微機保護軟件模塊實現(xiàn)；電壓和無功的就地控制：無功和電壓控制一般采用調(diào)整變壓器分接頭，投切電容器組，電抗器組，同步調(diào)相機等方式實現(xiàn)。操作方式可手動可自動，人工操作可就地控制或遠方控制。無功控制可由專門的無功控制設(shè)備實現(xiàn)，也可由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)保護裝置測量的電壓，無功和變壓器抽頭信號通過專用軟件實現(xiàn)。而數(shù)據(jù)處理和記錄歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級調(diào)度中心，變電管理和保護專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，與遠方控制中心的通信，在常規(guī)遠動‘四遙'的基礎(chǔ)上增加了遠方修改整定保護定值、故障錄波與測距信號的遠傳等，其信息量遠大于傳統(tǒng)的遠動系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性，同時應(yīng)具備同多個調(diào)度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM應(yīng)相互獨立。保護和故障錄波信息可采用獨立的通信與調(diào)度中心連接，通信規(guī)約應(yīng)適應(yīng)調(diào)度中心的要求，符合國標及IEC標準，變電站智能化在一些新建變電站的運行中表明其技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、安全可靠，經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)達到一定的水平。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是變電站智能化的命脈，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)變電站智能化中單套保護裝置的信息采集與保護算法的運行一般是在同一個CPU控制下進行的，使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換，運算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的，如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。如果采用通常的現(xiàn)場總線技術(shù)可能不能勝任數(shù)字化變電站自動化的技術(shù)要求。目前以太網(wǎng)（ethernet）異軍突起，已經(jīng)進入工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域，固化OSI七層協(xié)議，速率達到100MHz的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn)，數(shù)字化變電站智能化的兩級網(wǎng)絡(luò)全部采用100MHz以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。

總之，變電所智能化對于實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和現(xiàn)場運行管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行水平起到了很大的促進作用，它將大大加強電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重大的意義。

［1］段日新.變電站自動化系統(tǒng)的前沿技術(shù)[J].西北電力技術(shù)，2005，3：1-3.

［2］金午橋.變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展[N].中國機電日報,2002-6-26.