數字化變電站自動化系統探討

摘要：隨著智能化電氣設備的不斷涌現，變電站自動化技術即將進入數字化新階段。本文首先介紹了變電站綜合自動化技術的基本概念，著重分析了目前我國在這方面的發展現狀和存在的問題，并提出了進行改進和發展的方向。

關鍵詞：變電站 自動化技術 發展

0 引言

計算機技術、信息技術和網絡技術發展迅速，對變電站自動化系統產生了巨大影響。特高壓、大容量電網的逐漸形成，對保障電網安全運行的信息交互提出了更高、更迫切的要求。數字化變電站是以變電站一、二次系統為數字化對象，對數字化信息進行統一建模，將物理設備虛擬化，采用標準化的網絡通信平臺，實現信息的共享和互操作。

1 數字化變電站自動化系統的特點

1.1 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的導線連接。換言之，變電站二次回路中常規的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。

1.2 網絡化的二次設備 變電站內常規的二次設備，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展中的在線狀態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、資源共享，常規的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

1.3 自動化的運行管理系統 變電站運行管理自動化系統應包括電力生產運行數據、狀態記錄統計無紙化；數據信息分層、分流交換自動化；變電站運行發生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統能自動發出變電站設備檢修報告，即常規的變電站設備“定期檢修”改變為“狀態檢修”。

2 自動化技術改進和發展的方向

2.1 新技術的運用

2.1.1 DSP技術數字信號處理 DSP技術推廣應用以來，以直接交流采樣為基礎的微機保護和遠動裝置，不同程度地將保護、自動重合閘、故障錄波、故障測距等各種自動裝置的測量和控制集成在一起，構成了綜合自動化系統的技術基礎。通過數字信號處理，計算出各相電流、電壓、電流方向、故障電流，精度可達0.2%。不僅解決了測量和計量問題，并可通過對有關計算值的分析計算，構成各種保護功能。

2.1.2 面向現場的變電站綜合自動化技術 面向現場的變電站綜合自動化技術真正具備了無人值班的條件，保護的工況可由SCADA(監視控制和數據采集)系統監視，保護的投切和定值的選擇，可在調度中心由調度員來遙控。保護定值的修改、故障錄波和故障測距數據的收集，可通過計算機通信，在管理信息系統(MIS)上由保護人員來操作。面向現場的變電站綜合自動化系統，取消了大控制室，需要相應的工程設計相配合；與可控保護單元及SCADA 系統的結合，需要運行管理體制相配合。

2.1.3 PLC技術 PLC軟件設計采用了模塊化，使程序的開發難度大大降低，同時也增強了軟件的可讀性和可移植性，為變電站實現無人值班的要求提供了成功的解決方案。改造后的變電站，能通過現場的可編程序控制器PLC和上位機的監控平臺實現“四遙”功能，具備實時監測與監控、事故記錄、實時及歷史趨勢圖、報表等功能，從而實現變電站的現代化管理，提高變電站運行的安全、可靠性，并減少系統維護工作量和提高管理水平。

2.2 整個系統的數字化、集成化、規范化 當前變電站自動化的發展趨勢將會不斷朝著高集成化、數字化、標準化方向發展。隨著集成電路和計算機技術的飛速發展，各種新型的大規模集成電路將會進一步應用在繼電保護和測控裝置上，這些新器件的應用將使保護和測控裝置的電路板更加小型集成化。高集成化可以使裝置通信、數據存儲及處理能力更強，降低成本，減少故障率，有利于實現統一的運行管理。變電站自動化系統將逐步向產品標準化方向發展。具體表現在:產品基本功能設計和要求的標準化及產品的對外接口和通訊協議的標準化，變電站內不同廠家的設備可以做到互換互連，“即插即用”增加了用戶選擇變電站內各類設備和更換設備的自由度，同時不滿足標準化設計的廠商將被逐步淘汰，使變電站自動化專業逐步走向良性的發展。

3 未來數字化變電站自動化系統的優勢和問題

基于IEC61850的統一的建模和通信，提高了保護和自動化通信的性能，運行人員得到更多的共享信息。取消保護管理機、網關協議轉換等裝置，保護、自動化調試的工作量減少，工期大大縮短。采用先進技術和成熟產品，所有產品均通過互操作試驗，最大限度地保證了系統的可靠性，減少改造過程中的調試維護時間。采用面向間隔對象點對點模式的測控保護一體化IED，可以適應現有的運行及管理模式。采用“就地智能操作單元、就地MU、構建過程層控制網”的模式，實現了以太網方式下的過程層控制，依據IEC61850通過以太網實現遙信/遙控功能。實現了間隔層以上光纖化，形成基于網絡的IEC61850系統。大范圍的光纖化，大大減少了電纜數量，簡化了結構，減低了二次電纜故障概率，減輕了維護量，可以減少土建工程量及工程造價。

在3個層次中，數字化變電站自動化系統的研究正在自下而上逐步發展。目前研究的主要內容集中在過程層方面，諸如智能化開關設備、光電互感器、狀態檢測等技術與設備的研究開發。國外已有一定的成熟經驗，國內的大專院校、科研院所以及有關廠家都投入了相當的人力進行開發研究，在某些方面取得了實質性的進展。目前存在的主要問題是:①研究開發過程中專業協作需要加強，比如智能化電器的研究至少需要機、電、光3個專業的協同攻關；②材料器件方面的缺陷需要改進；③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節。

本文論述了數字化變電站綜合自動化系統的特征、結構及其發展。數字化變電站自動化是一個系統工程，要實現全部數字化變電站自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決，作者相信在不遠的將來數字化的變電站自動化系統，將有一個蓬勃的發展期。

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