變電站自動化運行與管理

摘要：隨著我國計算機、通信技術和控制技術的發展，電力系統監控與保護技術在我國得到了長足發展，其中綜合變電站自動化技術發展較快。比較而言，常規站運行管理問題較多，文章就變電站自動化系統技術進行探討，為變電站自動化運行與控制提供參考。

關鍵詞：變電站；自動化系統；運行操作

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）26-0092-02

變電站的自動化水平經過多年的發展，已經達到了一定的水平。我國城鄉電網建設與改造過程中不僅大量采用先進的自動化技術，同時逐步實現了中低壓變電站的無人值班模式。在220 kV及以上電壓等級電網中也大量采用新的自動化技術，大大提高了整個電網的現代化水平，增強了電網調度、配電的可靠性，提高了電能質量。隨著科學技術的發展，智能化開關、光電式電流電壓互感器以及變電站運行操作模擬仿真等技術的日漸完善，借助高科技的計算機技術，全數字化的變電站自動化系統將成為未來電網運行的主要模式。

目前我國技術應用還不夠成熟，運行管理模式仍然處于探索之中，母線采用的多為分層分布式結構，每一間隔的一次設備和二次設備是一致對應的。采用分布式機構，能夠縮短傳輸距離和傳輸密度，能在一定程度上節省和簡化二次電纜。

1 變電站自動化系統運行中的問題

①雙機系統切換問題。以串口通信為主、以太網為輔的雙機相互監視狀態，在理論上能夠保證主設備的運行狀態正確。但是，有時候在切換雙機過程中會出現兩臺通信控制器同時轉為備用的情況，會導致通信控制器死機，造成遙控失效。

②遙控信號錯誤。自動化變電站的通信控制器多是借助串口與MODEN相連接，MODEN與通道相連接，最后送到主站。主站保護規約多而復雜，在對主站的保護規約進行擴展，完成接口運行工作過程中會出現遙控信號誤動的錯誤，這可能是規約問題，也可能是測控單元不穩定造成的。

③保護監控系統故障。在變電站的保護監控系統中，一些事故和預警信號受到后臺監控系統的控制，當后臺監控不能工作時，事故和預警信號不能夠及時發出，往往使得值班人員不能及時對故障或事故進行處理，對變電站的安全造成嚴重威脅。

④運行管理模式落后。現階段自動化技術還不夠成熟，當自動化系統投入使用后，有些變電站仍然保持著常規站的管理模式，沒有體現出減人增效的優點。而有些在使用過程中會出現一些失控情況。

2 變電站自動化系統

在對變電站進行設計時，首先需要考慮的就是系統運行控制的可靠性，同時要將自動化系統與計算機監控系統緊密結合在一起。為了確保系統控制操作的高可靠性，一般用于高電壓等級的變電站自動化系統的自動化產品都擁有多級多地點控制功能和軟件多次返校的特點。

2.1 多級多地點控制功能自動化系統操作方式

對于多級多地點控制功能的自動化系統，有三種操作方式：就地控制、站控、遠方控制。

就地控制：就地控制又被成為后備控制方式，在電力網絡出現故障或者監控系統發生故障時，可就近通過間隔層的測控單元中的小開關進行手動控制，或者借助就地監控單元中的薄膜鍵盤進行就地控制操作。站控：站控是指運行人員在變電站層的監控主機上向下發出操作指令，借助交互式的對話方式，對操作對象和操作性質進行選擇，進而一步步完成某一個控制操作過程的全部要求。遠方控制：遠方控制就是遠方遙控，調度人員在故障遠處從調度端向下發出下行的控制指令。

多級多地點功能自動化系統的三種操作方式可以借助軟件和使能開關進行相互切換，當切換到就地控制方式時，站控和遠方控制不能執行。而相應的，當切換到站控方式時，就地控制的手動控制將不會產生任何作用，主要是因為在同一時刻一臺計算機對一臺設備只能執行一條控制指令，在計算機同時接受到超過一條的指令組或者是跟預操作指令不相符時，計算機拒絕執行指令，同時會發出錯誤警示信號。所以，每一個被控制對象只能以一種控制方式進行操作。

2.2 軟件多次返校特點

軟件多次返校特點是指操作人員在工作站中發出操作指令后，每一條命令都需要經過一次校核一次執行等操作，在上一條命令的返校操作通過后再對下一步驟進行執行。返校過程中任何一個環節出現錯誤，操作指令都會被中斷，系統會給出相應的警告提示信息。在每一次操作結束后，系統會對當次操作進行自動記錄和存盤操作。

為了杜絕操作人員誤操作或者進行非法操作，變電站自動化系統都有操作員權限設密功能。目前技術比較成熟的監控系統都有較好的容錯能力，包括軟件和硬件設備，即使操作人員在操作過程中產生了一些一般性的錯誤操作，都不會對系統產生任何不好的影響，或者引起系統某些功能喪失，而對于意外突發情況引起的故障，系統都具有一定的自我恢復功能。

220 kV及以上電壓等級的變電站自動化系統多是雙機雙網配置，監控主配置主要作為人機接口，采用熱備用方式，確保在任何設備出現故障時對系統的控制功能不會產生影響。目前通常采用的是以以太網連接監控主站，并且借助HUB對以太網進行管理。在網絡上任何一處出現異常狀況時，都可以將熱備用設備轉換為主機替代主機進行工作。而變電站監控系統采用硬件冗余配置方式、系統分層分布式結構，能夠為變電站的運行與控制提供可靠性保證。

3 自動化系統操作閉鎖實現

為了確保變電站控制和操作系統的可靠性和準確性，需要做好變電站防誤操作的設計環節。變電站自動化系統采用計算機監控方式，可以輕松方便地實現多級聯鎖。在分層分布式自動化系統中，操作閉鎖方式也是分層分級式閉鎖，并且跟系統結構相適應。自動化系統中每一個間隔的測控裝置都已經將間隔的交流電流、電壓，斷路器位置以及刀閘的輔助接點等引入，用于遙測、遙信，這同時為該間隔中的刀閘和斷路器的防誤操作提供了條件?，F在的各種智能裝置都能夠利用以上各種信息進行快捷準確編程，實現該間隔內的各種操作閉鎖功能。

在變電站自動化系統中可以通過三種方式實現多個電氣間隔和多個電壓等級間的操作閉鎖功能。

3.1 硬件實現閉鎖

利用西門子公司的8TK模式可以方便地實現硬件閉鎖。8TK操作閉鎖裝置的獨立性是西門子公司的LSA變電站自動化系統的主要特色，該模式只用于控制和操作閉鎖。當每個間隔的刀閘信號進入8TKt后，就可以實現該間隔的操作閉鎖。而刀閘信息經過重動后進入8TK2，同時引入母聯刀閘和母線地刀等，可實現間隔間的操作閉鎖。

3.2 軟件實現

軟件實現就是利用軟件編程實現全站的防誤操作閉鎖，編程工作在監控主機內實現。軟件實現應當是最經濟可靠且簡單的閉鎖方案。監控主機能夠通過通信網絡提供全站的刀閘、開關狀態信息和各個間隔控制終端的信號。軟件實現利用監控主機提供的信息和設備操作規則，可以迅速準確地編程實現全站內的操作閉鎖。

3.3 軟硬件結合的閉鎖方式

軟硬件結合方式兼顧了軟件實現和硬件閉鎖的優點，利用監控主機實現全站的軟件閉鎖，利用8TK等類似的裝置實現間隔間的閉鎖功能。

對于一套技術成熟的變電站自動化系統，軟件實現全站的操作閉鎖應該是最可靠方便的方式。整個變電站都是監控主機在進行監控，在監控主機中實現軟件操作閉鎖應該是安全可靠的。

對于220 kV及以下電壓等級的無人值班變電站自動化系統采用軟件實現閉鎖模式是經濟可靠、安全的。而對于簡化接線的220 kV系統，考慮到資金問題，可以不配置間隔間的操作閉鎖硬件裝置。然而，500kV系統每個間隔和刀閘不僅需要利用相應的測控裝置實現操作閉鎖功能，還需要在每一串斷路器和刀閘間加裝一套硬件閉鎖裝置，專門用于該串內的操作閉鎖，提高閉鎖可靠性。

利用以上三種閉鎖方式可有效地實現變電站中所有斷路器和刀閘的操作閉鎖，且可以實現順控功能。

4 變電站自動化技術優點

綜上所述，分層分布式變電站自動化系統從軟硬件兩方面考慮了變電站的運行和防誤閉鎖操作，這大大提高了變電站運行管理的可靠性和可控性。

綜合自動化變電站可以實現遠方、當地和就地三級控制，而常規站卻只能借助控制屏實現把手控制。變電站自動化系統可以方便地實現多級多地點控制，其可靠性較高，而常規站電氣聯系復雜，實際運行中設備提供的節點有限并且各級電壓間聯系困難，閉鎖回路常常出現多余閉鎖或者閉鎖缺失等情況。

綜合自動化變電站以系統監控主機為核心，利用技術成熟的計算機系統可方便實現整個變電站的操作和控制功能，包括數據采集與處理、事件記錄等，其功能齊全、可靠性高。而常規站以人為核心，人的感官信息難免會受到各種因素的干擾，往往會導致判斷錯誤。并且人類接受信息水平有限，不能很好地接收快速變化的信息。且每個人的知識水平、責任心、工作經驗都有差異，信息處理的準確信和可靠性都不高。

綜合變電站自動化系統可以方便地實現變電站的各種運行操作，快捷完成各種復雜的順控操作，可以在幾分鐘內完成常規站需要幾個小時才能完成的全站、全線路的倒閘操作，并且可以大大降低誤操作的可能性。

綜合自動化變電站一改常規變電站電纜傳輸信息及控制命令的形式，利用計算機系統將命令轉換為數字指令，大大提高了信息傳輸的可靠性與準確性。在綜合自動化系統中利用光纜聯系各個保護小間與主控室，很大程度上提高了回路的抗電磁干擾能力。同時，利用分散式布置方式可以大大縮減控制電纜長度，降低回路電壓降，提高斷路器動作的準確性。

5 結 語

變電站自動化技術日趨完善，但目前運行中仍然存在一些問題，而綜合自動化變電站將利用高科技技術降低誤操作概率，提高變電站運行控制可靠性，為電網安全運行經濟可靠性出力。綜合自動化變電站將以全新的模式、完善的功能、靈活多樣的手段解決常規站中出現的各種問題，滿足電網安全運行的需要，也是我國電網未來發展的趨勢。

參考文獻：

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