淺析變電站綜合自動化系統

摘要：變電站綜合自動化系統由于其運行可靠性高、供電質量高、操作簡單、維護調試方便、可擴展性強、經濟經濟效益顯著等眾多優點，在我國電力事業建設中得到了廣泛的應用。但在應用實踐過程中，由于其系統本身的復雜性、技術的不成熟性、應用環境的差異性等因素的影響，致使變電站綜合自動化系統在應用過程中出現了諸多的問題，有必須對其進行深入的研究，文章在簡要概述變電站綜合自動化系統功能、特點的基礎上，著重對變電站綜合自動化應用環節中存在的問題進行分析，并提出了解決的策略，可為其應用實踐提供參考和借鑒。

關鍵詞：變電站；綜合自動化；問題；功能

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937(2011)24-0110-02

1 變電站綜合自動化系統功能特點

我國對變電站綜合自動化的研究起源于20世紀80年代，隨后，在計算機技術、數據通訊技術、模塊化軟件技術不斷發展趨勢下，變電站綜合自動化系統得以完全建立起來。變電站綜合自動化系統是一種集保護、測量、控制及遠動于一體的微機控制系統。變電站綜合自動化系統需完成的功能一般有60余種，歸納起來可分為以下7個功能組：控制、監視功能；自動控制功能；測量表計功能；繼電保護功能；與繼電保護有關功能；接口功能；系統功能。該系統主要是由多個微機保護單元、通訊網絡、后臺管理機、打印機等設備組成，具有功能綜合化、結構微機化、測量顯示數字化、操作監視屏幕化、運行管理智能化、通信手段多元化等特點。

2 變電站綜合自動化系統應用存在的問題

目前，變電站綜合自動化系統已經廣泛應用于各級變電站，然而，在實際應用中，出現了一些問題，有些問題已經影響到變電站整體的安全、可靠和穩定運行。對變電站綜合自動化系統建設過程中存在的問題分析將是文章研究的重點。

2.1 不同產品的接口問題

接口是變電站綜合自動化系統建設過程中非常重要而又長期未能得到徹底解決的問題之一，主要包括RTU與通信控制器，故障錄波與通信控制器，通信控制器與模擬盤，通信控制器與主站等設備之間的通信。由于不同廠家在產品數據接口方面缺乏溝通，從而導致數據格式、通信規約存在著不協調問題。在變電站綜合自動化系統建設過程中，選用不同廠家的產品眾多，接口問題就會比較嚴重。

2.2 電磁抗干擾問題

變電站內高壓電器設備的操作，低壓交直流回路內電氣設備的操作，電氣設備周圍電場，電磁波輻射，雷電引起的浪涌電壓，輸電線路短路所產生的瞬變過程等都會產生電磁干擾，這些電磁干擾進入變電站內的綜合自動化系統或其它電子設備，會對電源回路，模擬量輸入通道，開關量輸入、輸出通道，CPU、數字電路等造成干擾，就可能對自動化系統正常工作產生影響，造成采集數據錯誤，或者產生誤操作，甚至使系統產生死機現象，最終損壞某些部件或元器件。可以看出，變電站綜合自動化系統中的任何部分受到電磁干擾時，都會引起局部或整體的工作不正常，嚴重情況下還可能導導致整個自動化系統的癱瘓。因此，需要采取合理的電磁抗干擾措施是變電站自動化系統建設過程中的必要過程。

2.3 傳輸規約和傳輸網絡的選擇問題

目前國家已經制定了統一的通信規約，但各個產品生產廠家并未嚴格按照相關規定實施，這就造成了變電站和調度中心之間的信息傳輸采用多種形式的規約，如部頒CDT、5C-1801、DNP3.0等。而對于站內局域網的通信規約，也存在著類似的問題，致使不同廠家設備之間的通信連接困難，給日后的擴展和維護帶來了眾多的不便。

2.4 組織模式選擇的問題

目前應用較為廣泛的變電站綜合自動化系統結構形式主要有集中式、分散與集中相結合、全分散式這三種。各種結構形式各具不同的特點，可應用于不同的情況，而在實際應用過程中，往往會因為追求某種結構形式某一方面的優點，而不能綜合性的選擇合理的組織模式，這對系統的適用性、經濟性產生了不良影響。

上述問題是變電站綜合自動化系統在實際應用中出現的一些較為嚴重的問題，對變電站的安全、可靠和穩定運行產生了重大影響，迫切需要提出具有針對性的解決策略，以促進變電站綜合自動化系統的應用和發展。

3 變電站綜合自動化系統應用問題解決策略

文章針對以上問題，結合筆者實際工作經驗提出以下綜合性的解決策略。

3.1 執行統一數據接口標準

要求所有廠家生產自動化產品時，數據接口要嚴格遵循統一、開放的數據接口標準，用戶可以根據自身的使用要求來選擇不同的產品。另外電力企業可在產品招標時，通過招標文件明確數據接口標準，規范各廠家數據接口標準。

3.2 抗電磁干擾措施

抗干擾應針對電磁干擾的三要素即干擾源、傳播途徑和電磁敏感設備采取相應的技術措施來抑制或消除電磁干擾。

①抑制干擾源。可以從以下兩方面來抑制外部干擾源。其一，屏蔽。變電站綜合自動化系統的機箱和機柜應采用鐵質材料；將屏蔽層加設于測量和微機保護所使用的互感器一、二次繞組之間；變電站自動化系統與一次設備的連接應采用帶有金屬外皮的控制電纜，電纜屏蔽層要求兩端接地。其二，減少強電回路的感應耦合。為了避免出現環路，電流互感器引出的三相線應在同一根電纜內；電流和電壓互感器的二次交流回路電纜引至綜合自動化裝置安裝處時，為減少進入這些回路的高頻瞬變漏磁通，應盡量靠近接地體。

②接地。其一，一次系統接地。將一次系統合理接地，可以減少開關場內的高頻瞬變電壓值，特別是減少地網中各點的瞬變電位差，可明顯減少對二次系統的電磁干擾。其二，二次系統接地。合理的安全接地可防止地環流引起的干擾。另外，為了有效抑制共模干擾，裝置內部的零電位應全部懸浮，即不與機殼相連，并且盡量提高零電位線與機殼之間的絕緣強度和減少分布電容。

③隔離。在變電站綜合自動化系統中，一般有以下幾種隔離措施。其一，模擬量的輸入。一次系統的電壓、電流互感器處于強電回路中，模擬量必須經過小型中間變壓器進行隔離，而不能直接輸入至變電站自動化系統之中。因此這些隔離變壓器一、二次之間必須有屏蔽層，而屏蔽層必須接地安全。所有模擬量都要通過光電隔離單元隔離后再送入主機。其二，開關量的輸入與輸出。變電站綜合自動化系統輸入的開關量主要有隔離開關的輔助觸點、斷路器等，這些設備同樣處于強電回路中，因此，為取得較好的抗干擾效果，需要通過繼電器觸點或光電耦合隔離。其三，其它隔離措施。為了避免干擾由互感耦合侵入，進行二次回路布線時，應考慮用隔離的方法盡量減少互感耦合。強、弱信號電纜應盡可能避開電力電纜，也不應使用同一根電纜。

④電源的抗干擾。其一，在微機電源的輸入側安裝隔離變壓器，由隔離變壓器的輸出端直接向計算機供電。其二，為有效地抑制電網低頻常態干擾，可采用不間斷電源UPS向微機系統供電。其三，為了吸收交流供電網絡的過電壓，可將氧化鋅壓敏電阻安裝在交流電源的輸入端。

在實際應用中，可根據實際情況以上比較適合的抗電磁干擾措施。

3.3 嚴格執行統一的傳輸規約及傳輸網絡

目前變電站綜合自動化系統建設過程中所采用的標準主要有：變電站與調度之間的傳送規約(IEC 60870.5.101)、站內局域網的通信規約(IEC 60870.5.103)及電力系統的電能計量傳輸規約(IEC 60870.5.102)。上述的三個標準即常說的101、102、103協議，運用于三層參考模型(EPA)即物理層、鏈路層、應用層結構之上，是相當一段時間里指導變電站綜合自動化技術發展的三個重要標準。而IECTC57制定無縫遠動通信體系結構，具有應用開放和網絡開放統一的傳輸協議IEC 61850。該協議將是變電站(RTU或者變電站綜合自動化系統)到控制中心的唯一通信協議，也是變電站綜合自動化系統，甚至控制中心的唯一的通信協議。就目電力企業標準應用現狀來看，使用的原有一代和二代綜合自動化系統標準尚不統一，系統的互聯和互操作性比較差，因此，在變電站綜合自動化系統設備選型和建設過程中應考慮傳輸規約問題，即變電站和控制中心之間應使用101規約，電能量計量計費系統應使用102規約，變電站內部應使用103規約，變電站綜合自動化系統從過程層到控制中心應嚴格使用統一的通信協議IEC61850。

3.4 合理的選擇變電站綜合自動化系統的運行模式

變電站綜合自動化系統實現的方案隨著變電站的規模、作用、復雜度、性能要求以及變電層和過程層總線數據流率的不同而有所變化。而合理的變電站綜合自動化系統模式，不僅可以節約成本，而且質量好、功能全、可靠性高、可信度大、可操作性強。因此，變電站綜合自動化系統運行模式的科學、合理選擇，具有十分重要的意義。上文所提出的三種變電站綜合自動化系統模式，雖說推出的時間有先后之分，但并不存在著前后代替的情況，因此，變電站綜合自動化系統運行模式應根據變電站的實際情況以及各種系統自身的特點，給予選配。如以RTU為基礎的變電站綜合自動化系統可用于已建變電站的自動化系統改造，而分散式變電站綜合自動化系統更適用于新建變電站。隨著通信技術及微處理器技術的迅猛發展，變電站綜合自動化系統的技術水平得到了很大的提高，結構體系也不斷完善，全分散式自動化系統的出現為變電站綜合自動化系統的選型提供了一個更廣闊的選擇余地。伴隨著變電站綜合自動化系統應用的增多，無論是新建、擴建或技改工程，其綜合自動化系統的選型都應該嚴格執行有關選型規定，力求做到選型規范化。經選用的變電站自動化系統不僅要功能齊全、技術先進、性價比高，而且也要具有良好的實用性和可擴展性。

4 結語

變電站綜合自動化系統的應用是一個復雜性、綜合性的問題，所涉問題眾多，文章只是結合筆者實際工作經驗提出了具有普遍性的主要問題，并有針對性的闡述了應對的策略，但在實際應用過程中還需要結合變電站實際情況多方面的考慮各種問題，保證變電站綜合自動化系統的安全、穩定運行，并發揮實效。