淺談提高變電站電力系統自動化技術

鄒煒

（興義市電力有限責任公司，貴州 興義 562400）

在變電站自動化技術發展過程中，尤其是全分散式變電站自動化系統，以下技術關鍵是應該予以重點關注的。

1 系統結構與性能

1.1 系統性能特點

1.1.1 系統的可用性

變電站綜合自動化的監控和管理系統適應不同的工作環境，現場安裝后可立即使用并穩定可靠運行。

1.1.2 系統的可維護性

系統的軟、硬件設備十分便于維護，各部件都具有自檢和聯機診斷校驗的能力，為維護人員提供了完善的檢測維護手段，包括在線的和離線的，都能準確、快速的進行故障定位，維護人員都能在現場自行處理。

1.1.3 系統的可靠性

計算機監控和管理系統具有很高的可靠性。其平均無故障時間MTBF 為：主要設備大于20000h，系統總體大于17000h。

1.1.4 系統的容錯能力

系統的軟、硬件設備具有良好的容錯能力。當各軟、硬件功能與數據采集處理系統的通信出錯，或當運行人員在操作時發生一般性錯誤時，均不引起系統的保護功能喪失或影響其它模塊的正常運行。

1.1.5 系統的安全性

在任何情況下，硬件和軟件設備的運行都不會危急變電所的安全穩定運行和工作人員的安全。

1.1.6 系統的抗電磁干擾能力

系統具有足夠的抗電磁干擾能力。

1.2 信息采集方式

對一個較先進的變電站綜合自動化系統而言，其信號采集應該是可以完全分散分布和下放的，因為只有這樣才能最大限度地減少二次控制電纜，簡化二次回路。特別是在10kv 變電站，可將測控部分合并在10kv 保護裝置內，根據模擬量對采樣精度的不同要求，采用專用的電流輸入口以接測量用CT。

1.3 網絡結構與通信

分散分布式結構，各間隔層與站級層所有控制指令、數據傳送、信息交換等都是通過計算機數字通信實現的。這就對承擔數字通信的物理介質的可靠性、實時性提出了非常高的要求。

因此在變電站自動化向分散式系統發展時，采用計算機網絡的優點來替代傳統串口通信成為一種趨向。

2 變電站自動化技術發展趨勢

變電站自動化系統國內外均是向全分散式系統發展，并與計算機技術、網絡技術和通信新技術緊密相連，變電站自動化新技術動向主要表現在以下方面。

2.1 系統結構

目前的變電站自動化系統中，面向對象技術已成為一個十分流行的趨勢，即不單純考慮某一個量，而是為某一設備配備完備的保護和監控功能裝置，以完成特定的功能，從而保證系統的分布式開放性。從技術的發展趨勢看，將來的測控設備還將和一次設備完全融合，實現所謂的智能一次設備，每個對象均會有保護、監控、計費、操作、閉鎖等一系列功能及信息庫，面向自動化的僅是一對通信雙絞線，該雙絞線以網絡方式與計算機相連。原先的自動化系統基本只能集中配屏，由于面向對象設計思想的深入以及一次設備的整體化設計，系統結構將由集中式向部分分散式或全分散式發展，變電站內不再有規模龐大的測控屏以及大量連接信號源和測控屏之間的銅芯電纜，全部測控裝置下放在就地，實現所有功能，而在控制室，取而代之的是一個計算機顯示器甚至僅為一臺臨時監視、操作使用的便攜機。

完全分散式的實現依托當今飛速發展的計算機及網絡技術，特別是現場總線技術。這一技術的使用已使得自動化系統的實現簡單得多，性能上也大大優于以往的系統。

2.2 通信及規約

典型的變電站綜合自動化系統，可分為三個層次。第一層為分布式的綜合設備，它們把模擬量、開關量數字化，實現保護功能、上送測量和保護信息、接收控制命令和定值參數，是系統與一次設備的接口。第二層次為站內通信網，它的任務是搜集各綜合設備的上傳信息，下達控制命令及定值參數等，是信息流動的動脈。第三層次是變電站層的監控及通信系統，它的任務是下與站內通信網相連，使全站數據進入數據庫，并根據需要向上送往調度中心及控制中心，實現遠方通信功能，同時，通過人機界面、數據處理能力，實現就地監控功能，是系統與運行人員的接口。其中通信層在這里起著舉足輕重的作用更使變電站自動化系統發生了根本的變化，這些變化集中表現在以下幾個方面。

2.2.1 在測控單元和通信單元之間

首先是引入現場總線技術，現場總線技術不僅具有高速(達1MHz 及以上)傳輸特征，并且具備“多路偵聽自動上送”的功能，解決了多CPU系統的信息傳輸及突發事件的優先傳輸問題。變電站自動化已大規模推廣并已有大量變電站實現無人值班，作為“樞紐工程”的通信系統，必須采用雙網絡來提高系統的可靠性。在通信媒介方面，光纖是較為理想的通信媒介，但由于價格及施工方便等方面的因素，雙絞線仍將被普遍采用。

2.2.2 在當地計算機和通信單元方面

由于利用變電站自動化來實現無人值班，因此其傳遞的信息容量將很大(不僅要傳遞監控、保護的信息，還要傳遞數字電量、錄波及其它安全自動裝置的信息)。由于計算機(工作站)及LAN 技術已十分成熟，利用LAN 技術來傳輸信息已成為近距離計算機通信的優選方案。從系統整體的可靠性考慮，應配各雙通信單元，雙太網、雙計算機來實現信息的傳輸及管理，該方案的通信媒介大多采用雙絞線。

2.3 系統性能

早期的變電站自動化系統僅是實現基本“四遙”，功能對基本的變電管理，而將來的變電站自動化系統將賦予一些新的功能。如今的變電站自動化系統測控技術已基本成熟，并且已使用網絡技術將變電站之內的許多智能裝置進行互聯及實現信息共享。但系統之內的許多資源遠沒有充分利用(如：用于測控的CPU 速率都很高，還遠未發揮其作用。共享的資源十分豐富，卻僅作一些統計之用)。因此，充分利用資源將是今后努力的方向，如在實時數據的基礎上實現電壓無功控制、小電流接地判別、防誤操作、事故應急處理方案、多臺主變的經濟運行方案伏化、線路同期、設備壽命管理、錄波等功能。另外，隨著城網、農網配電自動化的開展，變電站自動化亦將輔以一些配電自動化的功能要求。

3 對目前變電站綜合自動化系統的幾點體會與看法

3.1 由于變電站綜合自動化系統不同于常規變電控制系統，它涵蓋了整個變電站的二次系統，一個小小的改動，會帶來大范圍的修改。除此之外，原本希望保護信息盡量全面以便于事故分析，故將微機保護所發出的信息全部發送至自動化系統，這樣使系統數據的容量大大增加，浪費了寶貴的系統資源，同時，也使得有些并不重要的保護信息發送至自動化系統，影響了運行人員的分析、判斷。因此，微機保護上傳的信息量應根據用戶的需要加以篩選。

3.2 變電站綜合自動化系統對變電站保護、測量、控制、遠動通迅等功能高度微機化集成，這樣使得各專業之間的傳統界限被徹底打破，這就對現有的專業設置和管理提出了新的要求。因此，應將繼電保護和遠動兩個專業合并為一，以便于系統規劃、設備運行管理和運行維護時協調統一。

3.3 變電站綜合自動化組態模式中另一最為關注的問題是保護是否下放的問題。變電站綜合自動化是一個跨專業的課題，它應該是調度自動化、保護、變電管理、通信等專業綜合起來考慮問題，盡量做到設備不重復，資源能共享，但由于專業管理的原因，微機保護一般不與其他裝置混在一起，保持其獨立性，與監控系統通信采用網絡通信方式，盡量減少信號電纜的數量。至于保護裝置安裝的地點，如直接安裝在配電柜上，裝在室外開關場的保護小間內，或仍放于控制室內，則應視現場條件和保護裝置本身的抗干擾、抗惡劣環境的能力而定。

4 變電站自動化系統的選擇

4.1 系統的組網結構

選擇合理的系統組網結構型式，是成功設計的前提。由于國內尚未制定出完善的變電站自動化系統的標準和相關的規程，再加上研制、開發廠家的起點不同和基本指導思想的差異，可以說目前市場上這一領域是“百花齊放”。盡管有些產品的系統構成和功能已達到比較理想的程度，但作為工程實用產品，還必須針對當地運行管理部門的實際情況，進行一些適當的調整。目前仍以RS-485 網絡構造的分層分布式監控保護系統、“一對一”模式為主流，雖然有的觀點認為控制保護單元裝置分散布置于被控對象上，當監控系統死機或發生故障時，可能會因為走錯間隔而造成不必要的誤操作或延誤操作時間，但這一問題可以通過完善綜合操作系統得以解決。分層分布式系統結構模式的優點是：①可靠性高，各個單元模塊集測量、保護、控制、遠傳等功能于一體，既相互獨立，又相互聯系；②減少了設備的投資，各個單元模塊與上位機之間僅需屏蔽雙絞線連接即可；③抗干擾能力強。

4.2 后臺操作系統(監控系統)的選定優秀的后臺操作系統是變電站自動

化系統成功的關鍵。隨著自動控制技術、通信技術、多媒體技術的不斷發展，用戶對后臺操作系統的要求也越來越高、越來越多樣化。選擇時主要考慮以下幾個方面。

a.先進性與繼承性。在計算機技術日新月異的今天，選擇后臺操作系統要有發展的眼光，如DOS 操作系統很快被Windows95 取代，而現在真正32位的Windows98 卻成為主流。這并不是說一味地追求升級，而是要把系統的穩定性、可靠性和設備的安全性放在第一位，這一點一定要謹慎。盡量選用一些已有運行經驗和發展前景的成熟產品、新技術，如防死鎖和交流采樣自適應同步等技術。

b.系統的完整性和開放性。選擇后臺綜合操作系統時，系統功能的完善性是重要的抉擇條件之一，如是否采用了先進的防死鎖技術、是否留有與五防閉鎖裝置的接口、是否包含必要的通信軟件、“四遙”軟件等。隨著變電站運行管理水平的不斷提高，在不影響監控系統可靠性的前提下，還要求系統的管理功能比較完善，如增加設備資料情況、運行日志管理，繼電保護定值及動作情況統計分析管理，電能計量管理等管理模塊。另外，后臺操作系統的開放性也是考察的重要條件之一，因為任何一個變電站在建成之后并不是一成不變的。例如，一些用戶在運行一段時期之后會有增加一臺變壓器、母線變色、修改運行數據、報表修改等需要，這就要求后臺操作系統有很好的開放性。

5 變電站電氣一次設計的配合

5.1 主接線型式和電氣設備的選擇

由于以先進的電氣一次設備和計算機為主體的二次監控、保護系統構成的變電站可靠性越來越高，功能越來越完善，我們在確定主接線型式時，應以可靠、簡化、明了為原則。對室內中壓側(35kv、10kv 側)，宜采用單母線分段接線型式，特別是鎧裝式手車柜，其母線故障概率極低，因此采用雙母線接線型式來提高可靠性，其實已無多大實際意義。對110kv(及以上)電壓等級的設備，如條件允許，也應優先考慮選用免維護或少維護產品(如GIS、SF6 系列)，以提高整個變電站的安全可靠性。

5.2 總體布置觀念的變化

變電站自動化系統綜合考慮了變電站對數據采集、處理的要求，以計算機技術實現測量、保護、監視、控制、信號等功能。一般通過兩種方式，即集中組屏方式和分散配置方式來實現。傳統的設計模式是通過傳感器、變送器等把所有被控設備的狀態、電量、非電量等信號集中到中央控制室，然后由計算機按照規定的數學模型進行計算、判斷，進而對被控設備進行控制。可這樣給我們帶來了很多問題：大量的變送設備；經常發生在由被控設備引至中央控制室的控制電纜故障；繁瑣的安裝調試工作；同時也使用戶對系統的可靠性產生了疑問，而設計方卻只能通過增加投資設置冗余備份來提高其可靠性。用分層分布式系統結構將測量、保護、控制功能盡量分散安裝到各開關柜上，采用單一的光纖(或屏蔽雙絞線)代替了連接開關柜與中央控制室的控制電纜，大大減小了中央控制室的面積，節約了電纜，提高了可靠性。特別是對一些“無人值班、少人值守”的變電站，有觀點認為甚至可以不設置中央控制室。所以，我們在進行變電站總體布置設計時，應轉變傳統的觀念，合理考慮布置方案。

變電站自動化技術發展到現在，已經比較完善、成熟和可靠。有關的管理部門也正在實施其標準化工作，希望能實現產品的“四統一”，即統一設計思想、統一設計模式、統一功能要求、統一通信規約。

[1]楊奇遜.變電站綜合自動化技術發展趨勢，電力系統自動化，1995，19(10).