探析變電自動化系統

趙家浪

電力系統運行過程中必須滿足其三個穩定性能，即運行穩定性、頻率穩定性和電壓穩定性。而在實際的自動化操作系統中主要以實現微機管理為主，是局部綜合自動化系統的運行模式。這種運行系統面臨的問題是對二次系統出現的故障無法做出檢測，也就是本身不具備自我檢測的功能。這種情況就會導致整個電網系統出現安全問題。本文就對自動化系統的網絡模型進行研究，對變電綜合自動化系統進行交換信息、數據共享以及實現全程監控、管理、協調和控制，從而避免運行過程中出現的故障問題。

當前，隨著信息技術的不斷發展，我國電力系統發展迅速，在對系統控制方面的要求越來越高。在一個電力系統中含有多個狀態變量，因此就會出現或多或少的穩定性問題。而在電力系統運行過程中必須滿足其三個穩定性能，即運行穩定性、頻率穩定性和電壓穩定性。而在實際的自動化操作系統中主要以實現微機管理為主，是局部綜合自動化系統的運行模式。這種運行系統面臨的問題是對二次系統出現的故障無法做出檢測，也就是本身不具備自我檢測的功能。這種情況就會導致整個電網系統出現安全問題。本文就對自動化系統的網絡模型進行研究，對變電綜合自動化系統進行交換信息、數據共享以及實現全程監控、管理、協調和控制，從而避免運行過程中出現的故障問題。

1 當前變電自動化系統的結構分析

當前變電自動化系統的結構大致可以分為三種：集中式結構、分散式結構、集中和分散式結合結構。首先集中式結構是將系統分為若干個獨立系統，各個系統又分別采集集中裝置來完成相關功能。集中式結構一般由1 個或者2 個CPU 構成，對整個自動化系統進行監測、保護、協調和測量。分散式結構是將設備分成若干個單元，通過控制單元、數據采集單元和微機保護單元將戶外高壓斷路器進行安裝，然后通過網絡電纜將各個分部單元結合在一起，構成完整的分散式綜合自動化系統。集中和分散結合式結構，目前國內應用的較多是這種模式。這種模式具有分散式結構的全部優點，采用了集中式組屏模式更有利于系統的安裝維護。

2 變電站自動化系統的功能分析

變電站自動化系統功能較多，在選擇時不僅要考慮到系統功能要滿足變電站的基本需要，而且還要防止由于部分功能欠缺導致的安全運行問題，所以對技術先進性有一定的要求。變電站自動化系統的功能主要分為微機保護、數據采集及處理功能、事件記錄和故障濾波測距、控制及操作功能、系統的自我診斷功能、數據處理和記錄以及人機聯系系統的自我診斷功能。

微機保護是對變電站系統內的電氣設備進行保護，包括電容保護、線路保護、母線保護和變壓器保護，低頻減載等安全裝置。當前整定值及自診斷信號。接收監控系統選擇或修改定值，校對時鐘等命令。通信應采用標準規約。數據采集包括對狀態數據、模擬數據和脈沖數據。目前這些信號大多采取光電隔離的方式進行輸入，也可通過通信方式實現。常規變電站的采集模擬量有線路電壓、母線電壓、無功功率數值以及電流等。變電站的故障濾波需要通過兩種形式實現，一種是集中式的配置專用故障錄波器，另一種是分散型，有微機保護裝置進行測距計算，轉變為數字化的波型以及測距結果通過監控系統進行儲存和分析。在系統設計時應保留人工直接跳閘功能，有利于防止系統故障時無法及時被控制。操作人員還可以通過后臺機屏對隔離開關、斷路器、電容器進行遠程操作。變電站自動化系統內部的各個插件具有自我診斷功能，并把數據輸送到后臺機的遠方調度中心，這樣有利于裝置本身進行方便維護、維修以及實時自我檢測功能，因此能夠快速發現裝置內部的缺陷和故障，并及時提供信息，指出故障位置。針對數據處理的功能，主要是以保護專業為需求建立的變電站管理數據和存儲形式，包含上級的調度中心數據以及斷路器發生故障時候出現的跳閘次數、變壓器母線電壓定時記錄的數據，記錄其最大值和最小值以及每天的峰谷植和時間。根據相關需要，數據的記錄和處理功能。數據處理和記錄的功能能夠在變電站全部實現，也可以通過遠動操作中心或者調度中心來實現。系統內部各個插件應當具備自我診斷功能，此項功能也能像數據采集功能一樣，周期性的與遠方調度中心和操作控制中心進行通信。

3 變電自動化系統的原則分析

變電自動化系統應按照運行穩定、功能實用、維護方便、價格合理和易于推廣的原則去選擇實施。這些原則的實現需要依靠系統各個部分進行協調工作，關鍵部分要有備份，不能因為單個部分出現故障而導致整個系統的正常運行，并且具有抗干擾能力強的特點。功能主要分為基本功能，符合日常操作使用。技術先進性采取當前最為主流的技術，一定要轉為可靠技術的基礎上，要摒棄僅依靠先進技術但是不實用的觀念。首先要把握住產品研發設計、制造程序以及安裝運行的各種環節，要達到先進性和可靠性的要求。將價格合理、推廣范圍廣、便于維修等因素納入考慮的因素中。以上的要素要做到相輔相成。此外，各個變電站自動化系統的型號以及數量不宜設置的過多，如果自動化系統的數量超過三種，就不利于維修人員進行維護和處理。

4 變電自動化系統安全穩定性分析

當電力系統受到外部干擾時，可能會出現不穩定的狀態。不穩定的狀態分為穩定性危機和持久性危機。穩定性危機是電力系統不能再回到原始狀態，卻停留在一個特定的新狀態，但是這個過程歷時較短，例如只經過幾秒鐘。而持久性危機是由于局部或者整體系統發電、送電產生的不平衡負荷，導致系統大幅度的偏離正常數值，這一歷時較長，從幾秒鐘或者到幾分鐘不等。通過一系列的預防控制可以進行安全控制，例如調整發電機電壓、切換線路等措施，使系統從不穩定狀態轉為穩定狀態。這種措施成為緊急控制或者預測控制。通過對穩定性控制可能使系統恢復原來的正常穩定狀態，也有可能使得系統轉變成另一種形式的穩定狀態。而恢復狀態下的系統完整性不可避免的受到破壞，例如當發電機的負荷被切除時，系統的某些部分功能將會被解列，導致安全儲備通常也是不足的。在這種情況下就要采取恢復控制，其措施主要有提高發電機組的功率，啟動備用設備，重新投入被切機組、線路和負荷等。總體來說電力系統安全控制分為預防控制、緊急控制和恢復控制。而安全控制是變電自動化系統中不可缺少的部分。隨著電力系統的不斷發展，在今后的研究過程中，安全控制這一課題變得越來越重要。

此外，網絡系統是數字化變電站自動化系統的命脈，它的可靠性與信息傳輸的快速性決定了系統的可用性常規變電站自動化系統中單套保護裝置的信息采集與保護算法運行是在同一個CPU 控制下運行的，同步采用A/D 轉換系統來運算輸出控制質量，以此種方法加快整個流程。在全球數字化系統中，采用由多個CPU 形成的保護算法與控制命令網絡系統。當前，如何控制好同步采樣和快速輸出保護命令成為一個復雜的命題，最基本的條件是要研究網絡的適應性，核心技術是提高網絡通信速度最為關鍵的部分。在目前國內外研究進展中，國外取得一系列相關經驗，國內在某些方面取得進展。總體歸納起來存在以下幾方面問題：在開發過程中專業之間要加強協同合作，例如在變電自動化系統中應用到的智能化電器存在光、電、機三個專業的合作。在材料器件、試驗設備、檢驗標準和電磁兼容和干擾方面都存在薄弱環節。

綜上所述，我國變電站自動化系統規模的不斷發展，對于自動化系統的控制要求也越來越高。通過對變電系統相關功能的綜合運用以及各種設備進行數據共享、交換信息對變電運行系統進行全程監控、管理、協調，從而能夠降低系統的不穩定性，提高變電保護的控制性能以及改善電網的控制水平。因此有利于系統的靈活性。我國變電站自動化要經過漫長曲折的發展過程，全面采取技術先進性、運行穩定、性價比高、操作方便的自動化系統，這樣在時代不斷進步的背景下，才能有效利用具有自我知識產權并且可靠的變電站系統，需要業內人士進行鉆研，要將智能化電氣發展作為新的研究領域，尤其是智能化開關、光電式等電氣設備的一體化設備的研究，相信在巨大努力下，我國變電自動化系統能夠邁上新臺階。