變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的探索

董玉山

（云南電網(wǎng)公司保山供電局，云南 保山 678000 ）

1 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

1.1 變電站

變電站主要包括一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。其中一次系統(tǒng)主要完成電能的傳輸、分配和電壓變換工作；二次系統(tǒng)則是完成對一次設(shè)備及其流經(jīng)電能的測量、監(jiān)視和故障的告警、控制、保護(hù)以及開關(guān)閉鎖、廠站遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等工作。常規(guī)變電站的二次系統(tǒng)主要包括繼電保護(hù)、故障錄波、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控以及遠(yuǎn)動(dòng)四部分。

1.2 變電站綜合自動(dòng)化

變電站二次設(shè)備主要包括繼電保護(hù)、控制、測量、信號、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代電子、通信以及信息處理等各項(xiàng)技術(shù)均在變電站二次設(shè)備中采用，進(jìn)而重新組合其功能并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況。由此可以看出，與常規(guī)的二次設(shè)備相比，變電站綜合自動(dòng)化簡化了變電站的二次接線，提高了變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平與經(jīng)濟(jì)效益，并降低了其運(yùn)行維護(hù)成本。

1.3 變電站綜合自動(dòng)化的優(yōu)越性

1.3.1 傳統(tǒng)的變電站存在的問題

1.3.1.1 現(xiàn)代電力系統(tǒng)對變電站高安全性、可靠性要求高，傳統(tǒng)變電站無法滿足；

1.3.1.2 供電質(zhì)量（主要指電壓、頻率和諧波）無法得到科學(xué)保證；

1.3.1.3 占地面積大，增加了征地投資；

1.3.1.4 不適應(yīng)電力系統(tǒng)計(jì)算快速性和控制實(shí)時(shí)性的的要求；

1.3.2 變電站采取綜合自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)越性與傳統(tǒng)的變電站相比，變電站采取了綜合自動(dòng)化技術(shù)，則具有以下優(yōu)越性：

1.3.2.1 變電站運(yùn)行時(shí)安全性、可靠性水平得到大幅度提高；

1.3.2.2 提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率；

1.3.2.3 簡化了變電站二次部分的硬件配置；

1.3.2.4 提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平；

1.3.2.5 縮小變電站占地面積，減少總投資；

1.3.2.6 減少維護(hù)工作量，減少值班員勞動(dòng)量；

1.3.2.7 有利于提高變電站無人值班管理水平。

2 國內(nèi)綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電站應(yīng)用現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)60年我國就開始研制變電站自動(dòng)化技術(shù)。到70年代初期，電氣集中控制裝置面世，緊接著集保護(hù)、控制、信號為一體的裝置研制成功。發(fā)展到80年代中期，35 kV變電站微機(jī)保護(hù)、監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)成功研制，并且投入運(yùn)行于威海望島變電站。此外，國內(nèi)許多高等院校及科研單位在綜合自動(dòng)化技術(shù)的研究方面也做了大量的工作。

隨著技術(shù)的不斷成熟，進(jìn)入90年代以后，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)迅速發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)系統(tǒng)不勝枚舉，如CSC2000系列綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（北京四方公司），BSJ2200計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（南京南瑞集團(tuán)公司），RCS—9000系列綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（南京南瑞繼電保護(hù)電氣有限公司），CBZ-8000系列綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（許繼電氣公司）等等。

3 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

目前，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)大致可以分為以下幾種結(jié)構(gòu)：

3.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中式結(jié)構(gòu)由前置機(jī)和后臺(tái)機(jī)構(gòu)成，集中配置系統(tǒng)的硬件裝置，數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測等功能由前置機(jī)來完成，數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能由后臺(tái)機(jī)來完成。目前來說，這種結(jié)構(gòu)還存在以下不足：

3.1.1 存在信息“瓶頸”：前置管理機(jī)引線多且任務(wù)繁重，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)可靠性降低；

3.1.2 工程設(shè)計(jì)角度上而言，鋪設(shè)電纜必不可少，如此就不能節(jié)約開支，并且一些自動(dòng)化需求功能擴(kuò)展較難。

3.2 集中分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指分布式處理靠多臺(tái)按系統(tǒng)功能分布或變電站被監(jiān)控對象的計(jì)算機(jī)單功能設(shè)備連接到能共享資源網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)。此處所說的“分布”是強(qiáng)調(diào)從計(jì)算機(jī)的角度出發(fā)研究分布問題的變電站資源物理上的分布，而不是強(qiáng)調(diào)地理分布。這種結(jié)構(gòu)相對較為理想，如果能達(dá)到完全分布式結(jié)構(gòu)，則可擴(kuò)展性、通用性及開放性方面的優(yōu)勢尤為突出，但是目前在實(shí)際工程應(yīng)用中對于技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)上還存在許多難以解決的問題，如分散安裝布置時(shí)，運(yùn)行環(huán)境過于惡劣、電磁干擾較大、信息傳輸途徑不確定等。因此，目前技術(shù)還不夠完全成熟，盲目地追求完全分布式結(jié)構(gòu)，而忽略工程實(shí)用性是不必要的。

3.3 分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布分散式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為變電站層和間隔層兩層或者變電站層、通信層和間隔層三層。

分層分布式系統(tǒng)是按照變電站元件，進(jìn)行斷路器間隔設(shè)計(jì)。通過變電站一個(gè)或幾個(gè)智能化的測控單元完成一個(gè)斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制等功能。該系統(tǒng)連接電纜大量減少，電纜傳送信息的電磁干擾大幅度減弱，可靠性很高，部分故障相互不影響，且維護(hù)和擴(kuò)展均很方便，設(shè)備制造廠家可一次性完成大量現(xiàn)場工作。因此，分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)代表了現(xiàn)代變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢。

4 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

4.1 變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的主要內(nèi)容

4.1.1 監(jiān)視和操作變電站的正常運(yùn)行，保證變電站運(yùn)行的安全；

4.1.2 當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，瞬態(tài)電氣量的采集、監(jiān)視和控制由繼電保護(hù)和故障錄波等完成，并迅速切除故障，恢復(fù)運(yùn)作；

4.1.3 監(jiān)視高壓電氣設(shè)備本身的運(yùn)行；

4.1.4 將變電站所采集的信息（即原始數(shù)據(jù)）傳送給調(diào)度中心，如有需要亦可傳給運(yùn)行方式科和檢修中心等。

4.2 變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的基本功能

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能主要包括如下各方面:

數(shù)據(jù)采集功能（主要包括模擬量的采集、狀態(tài)量的采集和脈沖量的采集）；故障處理功能（主要指故障記錄、故障錄波和故障測距）；安全監(jiān)視功能（主要是越限告警，裝置失電、異常監(jiān)視）；操作控制功能；繼電保護(hù)；參數(shù)監(jiān)測；運(yùn)行控制；信息遠(yuǎn)傳事件記錄；自動(dòng)低周減載及系統(tǒng)自檢；人機(jī)聯(lián)系功能（主要為顯示畫面和數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)、人工控制操作、診斷與維護(hù)）；打印功能；數(shù)據(jù)處理與記錄功能；諧波分析與監(jiān)視；微機(jī)保護(hù)功能等。

5 綜合自動(dòng)化技術(shù)在某110 kV變電站的應(yīng)用

5.1 保護(hù)技術(shù)

以集中配屏模式將控制、保護(hù)兩大功能作為一個(gè)整體來考慮，簡化二次回路設(shè)計(jì)，是目前國內(nèi)新建變電站中廣泛應(yīng)用的模式，并且具有較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。本110 kV變電站擁有綜合自動(dòng)化保護(hù)屏11面，采用集中配屏模式。極大提升了該110 kV變電站設(shè)備的綜合自動(dòng)化水平和管理水平。

5.2 監(jiān)控技術(shù)

該110 kV變電站，采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以集控站技術(shù)為準(zhǔn)，將本地后臺(tái)監(jiān)控與集控站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合在一起。信息資源得到共享，變電站保護(hù)、控制及監(jiān)測等綜合自動(dòng)化功能得以完成，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與處理、模擬量采集、開關(guān)量采集、遠(yuǎn)動(dòng)功能。

5.3 微機(jī)電力故障錄波技術(shù)

微機(jī)電力故障錄波器具有3種動(dòng)態(tài)記錄功能，分別是高速故障記錄、故障動(dòng)態(tài)過程記錄及長過程記錄。在本110 kV變電站110 kV系統(tǒng)和35 kV系統(tǒng)中分別安裝一套微機(jī)電力故障錄波器，從而可以在其進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣后，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件來判斷、實(shí)現(xiàn)各種功能，并進(jìn)一步為電網(wǎng)故障的分析提供依據(jù)。

結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，電網(wǎng)的規(guī)模也不斷壯大,自動(dòng)化技術(shù)更是日趨完善，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)逐步由功能分散向單元分散發(fā)展，由集中控制向分布式網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，從少功能向多功能發(fā)展，以及向測量數(shù)據(jù)完全共享發(fā)展。

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