對變電站綜合自動化的認識

　　摘 要： 常規變電站的二次系統主要由繼電保護、就地監控、遠動裝置、錄波裝置所組成，各通訊設備都是各自獨立的。常存在著安全可靠性不高、電能質量及實時計算和控制性不高，且占地面積及維護工作量大，接線也復雜等問題。而現代變電站走向綜合自動化，把二次設備經過功能的組合和優化設計，利用先進技術實現全站的主要設備和輸配電線路的自動測量，監控和微機保護及與調度通信等綜合性的自動化功能。
　　關鍵詞：變電站綜合自動化 概念 功能 結構 通信
　　
　　引言
　　由于常規變電站保護、自動、遠動及通訊設備都是相互獨立的，造成接線復雜。且常規站的二次設備中這些裝置采用電磁型和晶體管式，結構復雜，占地面積大，實時監控計算功能差。隨著計算機技術的發展，常規站基于上述狀況，站內的裝置變為采用微機保護，監控，遠動，錄波裝置。微機化后的設備體積縮小，可靠性提高。這些微機化的模塊功能不一樣，但硬件結構基本一致，因站內各裝置要采集的量和要控制的對象有許多是共同的，人們提出這樣一個問題：在現有的技術條件下，從技術管理的綜合自動化來考慮全微機化的變電站二次部分的優化設計，合理地共享軟件資源和硬件資源。于是就有了變電站綜合自動化的基本概念。
　　1.變電站綜合自動化的概念
　　變電站綜合自動化是將變電站的二次設備，包括測量儀表、信號系統、繼電保護、自動化裝置和遠動裝置等經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動化監視、測量、自動控制和微機保護，以及與調度通信等綜合性的自動化功能。
　　2.變電站綜合自動化的功能
　　2.1數據采集
　　數據采集內容包括模擬量、開關量、事件順序記錄及電能量的采集。對于這些數據的采集要求，一般情況下，采樣周期不大于1s，就能滿足實時性的要求，采樣周期越小，對原采集量來說就越不失真。為保證數據采集的可靠性，生產過程中采集數據往往會出現各種干擾信號，采集數據失真，要求對數據通道，接口設備和接地等硬件設備采取有效措施。除此之外還要求數據采集的準確性，包括數據狀態輸入變化穩定可靠，或是一些轉模件的精度要求。簡易性，包括模件類型或容量增減方便，以及維護測試方便。靈活性，有時數據采集功能可能有不同的要求或修改，例如改變采樣周期，采樣方式等。
　　2.2安全監控功能
　　2.2.1對采集的模擬量不斷進行越限監視，如發現越限，立刻發出告警信息，同時記錄和顯示越限時間和越限值，并將越限情況遠傳給調度中心或控制中心。
　　2.2.2對微機保護裝置和其他各種自動裝置的工作狀態進行監視。
　　2.2.3將監視結果及時傳送給調度中心，并接收和執行調度中心下達的各種命令。
　　2.3操作與控制功能
　　可對斷路器、隔離開關的分、合進行操作，對變壓器分接頭進行調節控制，對電容器組進行切換。無論當地操作或遠方操作，都應有防誤操作的閉鎖措施。
　　例如，斷路器的操作閉鎖應包括以下內容：斷路器操作時，應閉鎖重合閘；當地進行操作和遠方控制操作，要互相閉鎖。根據實時信息，自動實現斷路器與隔離開關必要的閉鎖操作。
　　2.4人機聯系功能
　　通過人機聯系橋梁：顯示器、鼠標和鍵盤等，顯示采集和計算的實時運行參數、顯示實時主接線圖、事件順序記錄（SOE）、越限報警顯示、值班記錄顯示、歷史趨勢顯示、保護定值和自控裝置的設定值顯示。其他：故障記錄顯示、設備運行狀況顯示等。
　　2.5運行記錄功能
　　對于有人值班的變電站，監控系統可以配備打印機，完成以下打印記錄功能：
　　①定時打印報表和運行日志；
　　②開關操作記錄打印；
　　③事件順序記錄打印；
　　④越限打印；
　　⑤召喚打印；
　　⑥抄屏打印；
　　⑦事故追憶打印。
　　對于無人值班變電站，可不設當地打印功能，各變電站的運行報表，集中在控制中心打印輸出。
　　2.6保護功能
　　采用微機保護滿足可靠性、選擇性、快速性、靈敏性的要求；軟、硬件結構要相對獨立；它的工作不受監控系統和其他子系統的影響；具有故障記錄功能；查看和授權修改保護整定值方便；具有故障自診斷、自閉鎖和自恢復功能；具有對時功能；具有通信功能和標準的通信規約。
　　2.7電壓無功綜合控制功能
　　在上級調度直接控制時，變壓器分接頭調整和電容器組的投切直接接受上級調度的控制；當給定電壓曲線的情況下，則由變電站自動化系統緊系控制，按系統電壓與功率因數變化自動調節變壓器分接頭位置或投切電容器，保證電壓質量和優化無功補償。
　　2.8備用電源自動投入功能
　　備用電源自投控制是當電力系統故障或其他原因導致工作電源消失時，將備用電源迅速投入，以恢復對系統的供電，因此備用電源自動投入是保證配電系統連續可靠供電的重要措施。在變電站中，常用的備自投控制有進線備自投、母聯備自投和備用變壓器自投等。
　　2.9系統自診斷功能
　　系統的各裝置如保護裝置、數據采集裝置、控制裝置等都具有自診斷功能，所以數據采集、控制、保護等主要單元模塊故障，能自診斷出故障部位，具有失電保護、自檢、自復位的能力。
　　2.10與遠方調度中心通信
　　利用遠動裝置實現四遙功能，即遙測，遙控，遙信及遙調。將采集的參量實時送往調度中心，并接受上級調度中心的控制和調節操作命令。若有變位信息可以插入優先發送，及時向調度中心報警。同時接受調度中心發來的各種控制命令。傳送通道可采用電力線載波、微波、光纖或專用通道。通信規約可采用遠動標準規約。
　　2.11對時功能
　　配備GPS衛星同步時鐘裝置、與調度統一時鐘。
　　2.12同期操作功能
　　變電站的自動同期裝置，使待并的兩個系統在電壓、頻率、相位角都能滿足條件的情況下能夠進行并列操作，分為手動和自動化兩種方式實現。
　　3變電站綜合自動化的結構
　　變電站綜合自動化的結構大體可分為三種結構：集中式、分布式及分布分散式。
　　3.1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量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機監控、微機保護和自動控制等功能。集中式結構也并非指只由一臺計算機完成保護、監控等全部功能。多數集中式結構的微機保護、微機監控和與調度等通信的功能也是由不同的微型計算機完成的，只是每臺微型計算機承擔的任務多些。例如監控機要擔負數據采集、數據處理、斷路器操作、人機聯系等多項任務；擔負微機保護的計算，可能一臺微機要負責多回低壓線路的保護等。
　　3.2分布式
　　該機構的最大特點是將變電站自動化系統的功能分散給多臺計算機來完成。分布式模式一般按功能設計，采用主從CPU系統工作方式，多CPU系統提高了處理并行多發事件的能力，解決了CPU運算處理的瓶頸問題。各功能模塊（通常是多個CPU）之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信，選用具有優先級的網絡系統較好地解決了數據傳輸的瓶頸問題，提高了系統的實時性。分布式結構方便系統擴展和維護，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組態結構，較多地使用于中、低壓變電站。
　　3.3分布分散式
　　該結構系統從邏輯上將變電站自動化系統劃分為兩層，即變電站層（站級測控單元）和間隔層（間隔單元）。也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層。該系統的主要特點是按照變電站的元件，斷路器間隔進行設計。將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數據采集、保護和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統代表了現代變電站自動化技術發展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，較好地實現了部分故障不相互影響，方便維護和擴展，大量現場工作可一次性地在設備制造廠家完成。
　　4.變電站綜合自動化的通信
　　4.1綜合自動化系統的現場級
　　變電站綜合自動化系統一般都是分層分布的。現場一次設備與間隔層間的信息傳輸，間隔層之間的信息交換，如在一個間隔層內部相關的功能模塊間，即繼電保護，監視控制，測量等間的數據交換。間隔層與變電站層的信息交換，即各子系統與上位機（監控主機）間的數據通信和信息交換問題。
　　4.2自動化系統與上級調度通信
　　綜合自動化系統必須兼有RTU的全部功能，應該能夠將所采集的模擬量和開關狀態信息，以及事件順序記錄等遠傳至調度端；同時應該能接收調度端下達的各種操作、控制、修改定值等命令。即完成新型RTU等全部四遙功能。
　　通信規約必須符合部頒的規定。目前最常用的有IEC60870 101/103/104和CDT等規約。
　　結語
　　變電站綜合自動化系統是一門綜合多專業、多學科的綜合性技術，對變電站的運行，監視，控制和保護等各項功能提供了可靠的技術保證。伴隨著電網規模日新月異的發展，以及計算機等先進技術的進步，自動化設備性能的完善和提高，變電站綜合自動化必將是變電站今后發展應用的主要模式。
　　
　　參考文獻：
　　［1］崔明.變電站與水電站綜合自動化［M］.中國水利水電出版社.
　　［2］黃益莊.變電站新型綜合自動化系統設計［J］.中國機電工程學報，1996.16.
　　［3］張玉芬.對變電站綜合自動化系統的幾點理解［J］.水利采煤與管道運輸，2010.3，（1）.
　　［4］肖隆君，孫國凱.變電站綜合自動化系統的探討［J］.農業科技與裝備，2010.2，（2）.
　　［5］隗蓉.35KV變電站綜合自動化系統的設計與研究.山東大學.