廠站自動(dòng)化技術(shù)特點(diǎn)、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究

陳站

摘 要：本文簡(jiǎn)要論述了電力系統(tǒng)廠站自動(dòng)化技術(shù)的主要特點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前廠站自動(dòng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)電力系統(tǒng)廠站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；自動(dòng)化技術(shù)；廠站自動(dòng)化

隨著半導(dǎo)體芯片技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)廠站自動(dòng)化技術(shù)得到了飛速發(fā)展，分層分布式的自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被廣泛采用。從廣義上來(lái)說(shuō)，廠站自動(dòng)化系統(tǒng)不僅包含傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)（監(jiān)控）系統(tǒng)，也包含繼電保護(hù)裝置與系統(tǒng)及若干附屬設(shè)備。本文就電力系統(tǒng)廠站自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析研究。

1 電力系統(tǒng)廠站自動(dòng)化技術(shù)的主要特點(diǎn)

當(dāng)前廠站自動(dòng)化技術(shù)的主要特點(diǎn)有：①以國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）關(guān)于變電站的結(jié)構(gòu)規(guī)范為準(zhǔn)，真正以分層分布式結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的集中式；②把廠站分為3個(gè)層次，即廠站層、間隔層以及過(guò)程層，在設(shè)計(jì)理念上不是以整個(gè)廠站作為設(shè)備所要面對(duì)的目標(biāo)，而是以間隔和元件作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，在中低壓系統(tǒng)中，采用物理結(jié)構(gòu)和電氣特性完全獨(dú)立，功能上既考慮測(cè)控又涉及繼電保護(hù)，這樣的測(cè)控保護(hù)綜合單元對(duì)應(yīng)一次系統(tǒng)中的間隔出線或發(fā)電機(jī)、變壓器、電容器、電抗器等電氣元件，而高壓與超高壓系統(tǒng)，則以獨(dú)立的測(cè)控單元對(duì)應(yīng)高壓或超高壓系統(tǒng)中的間隔和元件；③廠站層主單元的硬件以高檔32位工業(yè)級(jí)模件作為核心，配有大容量?jī)?nèi)存、閃存以及電子固態(tài)盤和嵌人式軟件，構(gòu)成所謂嵌入式系統(tǒng)；④現(xiàn)場(chǎng)總線的興起以及光纖通信的應(yīng)用為功能上的分布和地理上的分散提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；⑤網(wǎng)絡(luò)，尤其是基于TCPI/P的以太網(wǎng)，在廠站自動(dòng)化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用；⑥智能電子裝置的大量運(yùn)用，諸如繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、電源、五防、電子電能表等均可視為IED而納人一個(gè)統(tǒng)一的廠站自動(dòng)化系統(tǒng)之中；⑦與繼電保護(hù)、各種IED、遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心交換數(shù)據(jù)所使用的通信協(xié)議更加與國(guó)際接軌。

2 廠站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1智能電子裝置的興起

20世紀(jì)末興起的IED在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，在電力自動(dòng)化方面也不例外。比較典型的IED如電子電能表、智能電量傳感器、各類可編程邏輯控制器（PLC）等。廠站自動(dòng)化系統(tǒng)中的間隔層測(cè)控裝置、繼電保護(hù)裝置、測(cè)控保護(hù)綜合裝置、RTU等都屬于一種IED，各種IED之間一般采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，也有采用工業(yè)以太網(wǎng)接口的，其信息交換的協(xié)議則因應(yīng)用環(huán)境的不同而有所區(qū)別。PLC作為一種比較經(jīng)典的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品已有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用歷史，目前在廠站自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。

2.2現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決現(xiàn)場(chǎng)的IED、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備與后臺(tái)系統(tǒng)或高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。由于它有簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等突出的優(yōu)點(diǎn)，而成為當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用給自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)了一系列變革：①用一對(duì)通信線連接多臺(tái)數(shù)字儀表和裝置，取代一對(duì)信號(hào)線只能連接一臺(tái)儀表；②用多變量、雙向、數(shù)字式通信方式取代了單變量、單向、模擬傳輸方式；③變革傳統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；④變革傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法及安裝調(diào)試方法。

以太網(wǎng)目前已從不同途徑進(jìn)入到了廠站自動(dòng)化領(lǐng)域。以太網(wǎng)最典型的應(yīng)用形式是Ethernet+TCP/IP，使得以太網(wǎng)能非常容易地集成到以Internet和Web技術(shù)為代表的信息網(wǎng)絡(luò)中，這一突出優(yōu)點(diǎn)加上能滿足各種要求的足夠的帶寬，開放式與標(biāo)準(zhǔn)化以及低廉的成本，促使以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域包括廠站自動(dòng)化系統(tǒng)獲得越來(lái)越多的關(guān)注。目前，廠站自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)際采用的是一種以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)相結(jié)合的混合控制網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是，系統(tǒng)的通信建立在以太網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)之上，通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-以太網(wǎng)和相對(duì)低速的網(wǎng)絡(luò)-現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)之間的互聯(lián)。

3 廠站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1數(shù)字式視頻圖像監(jiān)視技術(shù)的應(yīng)用

通常，廠站自動(dòng)化系統(tǒng)并不包括視頻圖像監(jiān)視系統(tǒng)，由于無(wú)人值班的要求以及對(duì)一些現(xiàn)場(chǎng)情景，例如控制機(jī)房、重要一次設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)視覺(jué)的需要，推動(dòng)了視頻圖像監(jiān)視技術(shù)在廠站自動(dòng)化中的應(yīng)用與發(fā)展。它不僅解決了無(wú)人值班站內(nèi)在安全保衛(wèi)、消防等方面出現(xiàn)的問(wèn)題，更重要的是可以使遠(yuǎn)方運(yùn)行控制人員親眼看到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，包括采用360°的一體化球機(jī)和焦距調(diào)節(jié)，使視覺(jué)范圍擴(kuò)大，視物清晰。

數(shù)字式視頻圖像監(jiān)視技術(shù)的主要功能有：環(huán)境及設(shè)備監(jiān)視，即對(duì)廠站內(nèi)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)及其周圍的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視；紅外圖像測(cè)量；移動(dòng)物體監(jiān)測(cè)。除上述3項(xiàng)主要功能外，還有許多其他輔助功能。這樣就可以把數(shù)字式視頻圖像監(jiān)視系統(tǒng)與傳統(tǒng)的廠站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，以提高對(duì)事故的判斷與響應(yīng)速度，最終提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3.2電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)

電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷近年來(lái)在廠站自動(dòng)化技術(shù)中發(fā)展較快，實(shí)踐應(yīng)用已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成效，其內(nèi)容主要包括：電容型設(shè)備的監(jiān)測(cè)與診斷；變壓器的監(jiān)測(cè)與診斷；斷路器的監(jiān)測(cè)與診斷。除了上述3種主要設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷外，還有諸如交聯(lián)聚乙烯電纜、金屬氧化物避雷器、大型發(fā)電機(jī)等都屬于這一范圍。在實(shí)際應(yīng)用中，有故障預(yù)報(bào)、故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)等幾個(gè)在內(nèi)容上相近但存在差別的概念。一般說(shuō)來(lái)，它們?cè)趦?nèi)容上沒(méi)有嚴(yán)格的界限，采用的方法也差不多，都要進(jìn)行在線檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析，其最終目標(biāo)是一致的，即防患于未然。

3.3電能質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)

由于電力市場(chǎng)機(jī)制的形成與規(guī)范，用電方對(duì)作為商品的電能質(zhì)量的要求也在逐步提高，引起了對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與評(píng)估的重視。為了規(guī)范供、用電雙方對(duì)電能質(zhì)量的共識(shí)，國(guó)家有關(guān)部門對(duì)電能質(zhì)量相繼頒布了五個(gè)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)電網(wǎng)頻率允許偏差、供電電壓允許偏差以及三相電壓不平衡度等的監(jiān)測(cè)實(shí)際上在傳統(tǒng)的廠站自動(dòng)化系統(tǒng)中已有所涉及，然而對(duì)于諧波和電壓閃變這兩項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)則需配置附加的設(shè)備來(lái)完成。這也是廠站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中應(yīng)當(dāng)加以考慮的，即如何利用本身的資源，減少實(shí)施電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的成本，把二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，這不僅解決了長(zhǎng)期困擾供、用電雙方的技術(shù)難題，又豐富了廠站自動(dòng)化技術(shù)的內(nèi)涵。

4 結(jié)束語(yǔ)

廠站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)相當(dāng)漫長(zhǎng)的過(guò)程。由于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，使之發(fā)展速度日益加快。電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展為廠站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。

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（作者單位：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽(yáng)江供電局）