變電站綜合自動化保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用研究

韓啟華 李愛玲

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷改革創(chuàng)新，越來越多的電力企業(yè)開始重視和關(guān)注變電站綜合自動化系統(tǒng)的運用。變電站綜合自動化系統(tǒng)作為企業(yè)電力系統(tǒng)中的重中之重，是一個必不可缺的關(guān)鍵組成部分，打破了傳統(tǒng)變電站的工作模式。變電站綜合自動化裝置主要分為實時監(jiān)控和微機(jī)保護(hù)兩部分，其中變電站綜合保護(hù)系統(tǒng)有效保障了變電站的穩(wěn)定安全運行，降低了電力企業(yè)的維修成本，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益。該文將進(jìn)一步的對變電站綜合自動化保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用展開分析和探討。

關(guān)鍵詞：變電站 綜合自動化 保護(hù)系統(tǒng) 電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0034-02

當(dāng)前是一個科技信息時代，我國電力工業(yè)的發(fā)展要與時俱進(jìn)，跟上時代發(fā)展的腳步，要積極應(yīng)用變電站綜合自動化系統(tǒng)，不斷提高電力生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，保證變電站運行的安全可靠性。通過變電站的綜合自動化保護(hù)系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站高可靠性工作，不斷提高電力生產(chǎn)過程的安全性。

1 常規(guī)變電站的狀況

1.1 變電站的傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)工作模式

傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成不包括計算機(jī)設(shè)備，變電站的二次設(shè)備通常由繼電保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)、自動裝置以及遠(yuǎn)動裝置構(gòu)成[1]，其中信息處理系統(tǒng)的主要工作是對系統(tǒng)內(nèi)的所有重要數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、處理，功能實現(xiàn)過程則是系統(tǒng)對變電站各項設(shè)備的控制、監(jiān)視、保護(hù)以及調(diào)節(jié)[2]。通過以上功能可以實現(xiàn)系統(tǒng)以及設(shè)備運行的穩(wěn)定可靠性。

圖1為變電站傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)及其設(shè)備狀態(tài)的信息圖。傳統(tǒng)監(jiān)控室內(nèi)的工作人員通過對測量儀表以及繼電器的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后，手動的對整個系統(tǒng)進(jìn)行操作和控制，形成了一個閉合信息的系統(tǒng)[3]?？刂剖覂?nèi)的工作人員必須無時無刻的觀察、監(jiān)視著系統(tǒng)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息變化情況，增大了他們的工作量。傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)和自動化監(jiān)控系統(tǒng)最大的不同就是，前者的信息處理工作要以人為核心。

1.2 傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在的弊端

傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的弊端主要分為以下幾點。

（1）傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中運用的設(shè)備過于落后，其中系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)換監(jiān)測完全依靠繼電器、電磁測量儀表等模擬式設(shè)備，從而導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)的誤差偏大，無法準(zhǔn)確的登記事件發(fā)生的順序以及具體時間；與此同時電磁測量儀表和繼電器的占用空間體積過大，消耗大量的電力，導(dǎo)致必須不斷擴(kuò)大系統(tǒng)控制室的面積。不利于控制室工作人員的監(jiān)控和管理。

（2）對于系統(tǒng)采集來的數(shù)據(jù)信息，完全要依賴于工作人員的直覺來判斷處理，是否存在故障的可能性，在這個過程中勢必會造成一定的誤差，畢竟單獨靠人的大腦直覺去判斷處理信息是有一定的局限性的。面對系統(tǒng)內(nèi)不斷更新的大量信息數(shù)據(jù)，控制室的工作人員如果只憑感官和大腦去反應(yīng)處理信息，會導(dǎo)致關(guān)鍵信息的遺漏處理或者處理出現(xiàn)失誤，從而降低了系統(tǒng)運行的可靠安全性。

（3）由于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)使用強(qiáng)電流進(jìn)行傳輸，具備良好的抗干擾性，然而傳輸過程中消耗的功率較大，容易產(chǎn)生較大的誤差，同時傳輸?shù)木嚯x有限制范圍，一般情況下是低于1000 m，而且傳輸通道中運用的電纜截面積較大，數(shù)量眾多，增大了變電站的投入資金成本。

（4）傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)水平落后，在二次系統(tǒng)中的通信和信息交換能力偏低，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源不能得到有效的運用[4]，無法第一時間顯示出處理的信息結(jié)果，完全不能充分發(fā)揮出監(jiān)控系統(tǒng)的重要作用，雖然隨著時間的不斷推移，技術(shù)不斷的改善，傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)解決了信息傳輸功耗大、設(shè)備占地面積大的等等弊端，但是仍然無法改變傳統(tǒng)工作模式的落后性。所以，要想完全打破傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的弊端，就必須從根本上解決問題，積極應(yīng)用變電站的微機(jī)監(jiān)控和保護(hù)，全面完成變電站綜合自動化的轉(zhuǎn)變，不斷提高變電站的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

2 變電站綜合自動化系統(tǒng)

2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的概況

變電站綜合自動化作為電力企業(yè)變電站的二次設(shè)備，其中涵蓋的設(shè)備主要有信號系統(tǒng)、測量儀表、繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動裝置以及自動裝置等[5]，通過對設(shè)備功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，運用最新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及信號處理技術(shù)，從而達(dá)成對電力企業(yè)整個電站運行狀態(tài)的實時自動化監(jiān)控以及微機(jī)裝置的保護(hù)。變電站綜合自動化系統(tǒng)通過運用數(shù)臺先進(jìn)的計算機(jī)設(shè)備以及超大規(guī)模的集成電路。實現(xiàn)它的自動化功能，打破傳統(tǒng)變電站的工作模式，工作人員不用定期的對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、抄表等工作，各種信號會自動傳輸?shù)街骺刂剖覂?nèi)，控制室內(nèi)的工作人員只需要認(rèn)真觀看屏幕，獲取重要的信息數(shù)據(jù)，真?zhèn)€變電站是否處在正常的運行狀態(tài)。變電站綜合自動化系統(tǒng)在運行過程中，能不斷采集到眾多完成的數(shù)據(jù)信息，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)設(shè)備全程監(jiān)控著變電站內(nèi)的所有設(shè)備運行狀況，有力的保障了變電站安全穩(wěn)定的持續(xù)運行。

2.2 變電站綜合自動化的構(gòu)成

當(dāng)前變電站綜合自動化的構(gòu)成主要分為三種結(jié)構(gòu)，分別是分布式結(jié)構(gòu)、分層分布式結(jié)構(gòu)以及集中式結(jié)構(gòu)。

2.2.1 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式系統(tǒng)的工作原理是通過將變電站的所有監(jiān)控單位或者系統(tǒng)功能分布的眾多計算機(jī)單功能設(shè)備，將它們進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，從而實現(xiàn)能分享變電站資源的一種分布式處理[6]。分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最明顯的特征就是通過利用數(shù)臺計算機(jī)設(shè)備去實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)的各項功能，而不是單一的通過一臺主機(jī)去進(jìn)行處理工作。分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須根據(jù)功能的不同而改變，主要通過運用主從CPU系統(tǒng)的工作方法，多CPU系統(tǒng)不斷提高了解決并行多發(fā)事件的能力，從而實現(xiàn)了CPU的高效運行處理。分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于變電站自動化系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展，就算某個區(qū)域發(fā)生故障也不會導(dǎo)致其他模塊停止運行。分布式結(jié)構(gòu)模式在安裝上能形成兩種不同的系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，一種是分層組屏系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，另一種則是集中組屏系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，他們普遍被運用于中低壓變電站中。分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)在時間推移下，逐漸體現(xiàn)出了它不同于其他結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的優(yōu)勢，然而它在發(fā)展過程中還存在著信息傳輸路徑單一，抗電磁干擾能力偏低的弊端。

2.2.2 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站集中式系統(tǒng)主要通過運用功能強(qiáng)大的計算機(jī)，與此同時擴(kuò)展它的I/O接口，統(tǒng)一收集變電站的數(shù)據(jù)量以及模擬量等相關(guān)信息，集中的對這這些信息進(jìn)行處理和計算，從而實現(xiàn)變電站的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控以及自動控制等功能[7]。集中式系統(tǒng)主要通過前置計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的輸入和輸出、控制、保護(hù)以及檢測等功能，而后臺計算機(jī)則實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理分析、呈現(xiàn)、遠(yuǎn)方通信以及打印等功能。集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受到了眾多電力企業(yè)在變電站自動化上的運用，但是這種結(jié)構(gòu)還是存在三個明顯的弊端：一是由于前置計算機(jī)所要管理的數(shù)據(jù)信息眾多，任務(wù)過于繁重、引線偏多，從而無法保證整個變電站系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性，一旦前置機(jī)出現(xiàn)了故障，會直接導(dǎo)致系統(tǒng)無法完成信息的輸出、輸入以及控制等功能；二是系統(tǒng)軟件眾多，操作起來繁瑣復(fù)雜，直接加大了修改的工作量；三是系統(tǒng)組態(tài)不具備靈活性，軟硬件的設(shè)計必須隨著變電站的規(guī)模以及主接線的變化而改變，加大了之間的工作量，對于變電站自動化的操作功能提出了更大的要求。

2.2.3 分層分布式結(jié)構(gòu)

分層分布式自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為三層，一層是通信層，一層是變電站層，最后一層為間隔層。分層分布式結(jié)構(gòu)相對于集中式結(jié)構(gòu)的自動化系統(tǒng)，具備以下明顯的優(yōu)勢。

（1）具備較高的運行可靠性。當(dāng)系統(tǒng)局部發(fā)生故障時，不會影響其他模塊的繼續(xù)運行，會將故障所帶來的危險分散開。如果系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時，它只會導(dǎo)致監(jiān)控部分受到一定的破壞，而系統(tǒng)的最主要的控制以及保護(hù)功能會保持持續(xù)的穩(wěn)定運行。

（2）分層分布式結(jié)構(gòu)具備更高的開放性和擴(kuò)展性，有助于工程的應(yīng)用和設(shè)計。

（3）分層分布式自動化系統(tǒng)中的二次設(shè)備降低了電纜的使用，為電力企業(yè)節(jié)約了大量的成本，同時減少了電纜日常調(diào)試維護(hù)的工作量。

2.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和特點

變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和特點主要包括了以下幾點。

（1）在線運行具備較高的穩(wěn)定可靠性。相比較常規(guī)的自動裝置，變電站綜合自動化系統(tǒng)中的自動裝置具備故障自診斷功能，例如微機(jī)自動裝置以及微機(jī)保護(hù)裝置，都能在故障出現(xiàn)的第一時間診斷出故障原因。

（2）變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信功能。變電站綜合自動化的微機(jī)保護(hù)裝置的運行前提就是要保證通信接口的設(shè)置，必須在系統(tǒng)中設(shè)置RS-422/485、RS-232等標(biāo)準(zhǔn)接口?？墒且坏┳冸娬镜囊?guī)模變大，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量變大，這些接口還不足以勝任任務(wù)繁重的工作，通過應(yīng)用以太網(wǎng)，就能解決這個通信難題。

（3）變電站綜合自動化系統(tǒng)的遠(yuǎn)方整定功能。當(dāng)系統(tǒng)具備了遠(yuǎn)方整定功能，就能不斷提高變電站供電的穩(wěn)定性以及持續(xù)性，因為在遠(yuǎn)方整定的作業(yè)過程中，自動化系統(tǒng)的保護(hù)裝置只要沒有收到修改的確認(rèn)命令，就會始終按照原定值持續(xù)的運行。一旦接收到修改確認(rèn)命令，就會將改至新的定值，按照新的定值進(jìn)行運行。

（4）變電站綜合自動化系統(tǒng)保護(hù)功能的切除以及遠(yuǎn)方投入。它的功能等同于常規(guī)保護(hù)所設(shè)立的連接片。軟連接片就是系統(tǒng)軟件開關(guān)的另一種稱呼，它與常規(guī)連接片的連接方式為串聯(lián)。只要軟連接片被應(yīng)用于微機(jī)保護(hù)裝置后，就能是系統(tǒng)的保護(hù)程序變得更加標(biāo)準(zhǔn)化[8]。

（5）變電站運行管理具備較高的自動化水平。由于變電站的運行管理變成了自動化，因此系統(tǒng)內(nèi)的各項工作都可以通過計算機(jī)設(shè)備自動運行，例如信息數(shù)據(jù)的記錄、測量、抄表、監(jiān)視等工作，監(jiān)控室內(nèi)的工作人員只要負(fù)責(zé)觀察CRT屏幕，及時發(fā)現(xiàn)各項設(shè)備以及所有電路運行過程中是否存在問題，一旦出現(xiàn)問題，就及時通知維護(hù)人員進(jìn)行搶修。

（6）變電站綜合自動化系統(tǒng)維護(hù)調(diào)試方便簡捷。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，微機(jī)保護(hù)裝置都具備故障自診斷能力，一旦自動化系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障，就能在第一時間進(jìn)行診斷，發(fā)現(xiàn)故障的根源處，發(fā)出警報通知維護(hù)人員進(jìn)行維修，大大減少了維修時間，避免了造成嚴(yán)重的系統(tǒng)故障，給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。同時，微機(jī)保護(hù)與自動裝置的定值能夠在線讀出檢查，大大縮短了定期核對定值的時間。

（7）有利于變電站為人值班模式的實現(xiàn)。變電站綜合自動化系統(tǒng)能夠采集到眾多可靠的信息數(shù)據(jù)，具備先進(jìn)的計算機(jī)能力以及邏輯判斷功能，能夠輕松的對整個變電所所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理。例如，監(jiān)控室的工作人員不用定期的進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)記錄和抄表，系統(tǒng)會自動化的完成這些工作，從而降低了企業(yè)的人力成本。與此同時，如果變電所還配置了與上級調(diào)度的通信功能，就能直接實現(xiàn)“三遙”功能，即遙信、遙控以及遙測。

3 變電站綜合自動化保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

變電站綜合自動化保護(hù)系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)繼電保護(hù)的弊端，它不但具備能實現(xiàn)繼電保護(hù)功能的硬件電路，還具備著保護(hù)和管理系統(tǒng)功能的相關(guān)軟件。它在變電站重要的應(yīng)用功能有：

（1）信息采集系統(tǒng)。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中的微機(jī)CPU主要功能是處理分析數(shù)字信號，只有數(shù)字信號才能被傳輸?shù)轿C(jī)的CPU 中，必須存在一個系統(tǒng)能將各種模擬信號轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的數(shù)字信號，從而實現(xiàn)信息的采集系統(tǒng)功能。

（2）微型的計算機(jī)系統(tǒng)。變電站綜合自動化系統(tǒng)中微機(jī)保護(hù)裝置的關(guān)鍵核心就是微機(jī)計算機(jī)系統(tǒng)。

（3）變電站綜合自動化保護(hù)系統(tǒng)的輸入/輸出接口電路。它作為系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)與外部設(shè)備的連接電路，由于系統(tǒng)輸入和輸出的信號大部分都是開關(guān)閉的信號，因此可以稱輸入輸出接口電路為開關(guān)量的輸入輸出電路。把不同的開關(guān)量信號通過光電耦合電路傳輸?shù)较到y(tǒng)的CPU中，CPU的處理成果必須通過開光亮輸出電路。

（4）通信接口電路。變電站綜合自動化保護(hù)系統(tǒng)的所有保護(hù)裝置都安裝了標(biāo)準(zhǔn)的通信接口電路，例如RS-422/485、RS-232、CAN以及Lon-Work等不同的通信網(wǎng)絡(luò)接口電路。

（5）人機(jī)接口電路。人機(jī)接口電路連接的設(shè)備多種多樣，例如系統(tǒng)中的鍵盤、顯示、不同的面板開關(guān)、報警以及打印等等，它的主要作用就是去調(diào)試、改變與整定定值，工作人員對各項裝置的干預(yù)等。

（6）供電電源。供電電源作為變電站綜合自動化系統(tǒng)中微機(jī)保護(hù)裝置的核心組成部份，直接關(guān)系到保護(hù)裝置運行的安全穩(wěn)定性，一旦供電電源出現(xiàn)故障無法及時進(jìn)行維護(hù)，將會導(dǎo)致整個系統(tǒng)停止運行，造成電力企業(yè)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)語

綜上所訴，變電站綜合自動化保護(hù)系統(tǒng)作為電力企業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，必須得到領(lǐng)導(dǎo)的高度重視和關(guān)注，積極的運用自動化保護(hù)系統(tǒng)，提高電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，不斷生產(chǎn)出高質(zhì)量的電力，促進(jìn)電力行業(yè)不斷的穩(wěn)定發(fā)展。

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