發展中的變電站自動化系統

趙博　辛雪

【摘 要】變電站綜合自動化技術業已在電力系統中成熟地運用了幾十年，人們日益依賴自動化給我們帶來的方便，傳統技術的弊端也越來越不能滿足現在電力系統的發展。本文介紹了變電站發展趨勢，探討了隨著智能電網的不斷發展，智能化變電站的不斷普及，如何在技術上、管理上建立安全防線，實施電力設備的狀態檢修，保障變電站安全穩定運行。

【關鍵詞】智能化變電站；二次系統安全；狀態檢修；變電站自動化系統

1 智能化的變電站自動化系統

1.1 智能化變電站自動化系統的新結構

智能化變電站設備具有信息數字化、功能集成化、結構緊湊化、狀態可視化等主要技術特征，符合易擴展、易升級、易改造、易維護的工業化應用要求。目前，將保護、測控裝置以及故障錄波等其它自動裝置的I/O單元分離出來。反之，智能化一次設備的數字化傳感器，數字化控制回路代替了；而在電壓等級較低變電站則將保護、監控裝置小型化、緊湊化，完整的安裝在開關柜上，實現了變電站機電一體化設計。結構可分為智能化的一次設備和網絡化的二次設備兩類，其中在邏輯層的三個層次來看，如圖1所示：

1.2 智能化變電站自動化系統的特點

智能化變電站的分析決策控制主要具有：（1）自制能力：變電站能自主實現站域保護功能，并在必要時根據就地信息完成安全穩定控制、電壓控制、負荷調節等功能的就地子站功能；（2）實時建模能力：變電站能實時監測和辨識設備的運行狀態，建立變電站的網絡模型，為分析決策控制提供依據；（3）協調能力：變電站應服從保護控制中心指令，因此應用專門的系統協調變電站自治和保護控制中心指令之間的關系；（4）操作自動化：變電站在計算機的控制下取代操作人員進行程序化倒閘操作。

2 智能化變電站二次系統信息安全

由于智能電網的各個生產環節都應用了大量的現代信息通信技術，信息安全已經成為智能化變電站安全穩定運行和對社會可靠供電的重要保障。近年來，我們業已制定了切實可行的電力信息通信網遭受外部攻擊時的防范措施與系統災難恢復措施，并劃分安全區域，設置多道安全防線，同時開發相應的安全防護系統，從規劃、設計、開發運行等多個階段實施系統的安全防護，形成綜合的、立體的網絡安全技術防護體系。電網信息安全已經走向深度防御階段。

2.1 智能化變電站橫向邊界隔離

智能化變電站的主要特征是“一次設備智能化，二次設備網絡化”，各IED之間的信息交互通過GOOSE信息傳輸機制實現。變電站內部通過以太網絡實現通信，交換機成為信息交互的重要媒介。這種方式使得各類二次設備以標準的方式建模和通信，第一次在變電站內部完成統一的信息交互，二次設備融合成為一種趨勢。在生產控制大區與管理信息大區之間部署電力專用橫向隔離裝置，實現2個安全區域之間接近物理隔離強度的隔離。禁止E-mail、Web、Telnet、Rlogin、FTP等通用網絡服務和以B/S或C/S方式的數據文件訪問穿越該設備。

2.2 智能化變電站縱向邊界加密

在上下級單位的生產控制大區網絡邊界上部署電力專用縱向加密認證裝置，采用數字認證、加密、訪問控制等技術措施，實現數據的遠程安全傳輸及縱向邊界的安全防護。變電站站內信息最終服務對象是電網調度，電網調度中心通過SCADA等應用系統獲得電網運行的實時信息，這個信息必須真實可信才能幫助調度員清楚電網實時運行情況，輔助調度員對電網進行正常調度；另一方面，電網調度中心通過應用系統向變電站等現場下發控制指令，這個指令必須具有完整性，沒有被惡意篡改或調換。這樣，電力系統才能穩定、高效的運行。

2.3 智能化變電站信息其他安全控制措施

在智能化變電站中，變電站的信息系統通常還采用PKI/CA數字認證系統、虛擬專用網（Virtual Private ，VPN）、數據加密等技術。為提高信息安全管理水平，還部署有統一安全管理平臺、綜合網管理系統、集中日志審計系統、漏洞掃描系統、桌面管理系統和安全移動存儲管理系統等。

3 變電站自動化系統狀態檢修的發展方向

智能高壓設備通過先進的狀態監測、評價和壽命預測來判斷一次設備的運行狀態，并且在一次設備運行狀態異常時進行狀態分析，對異常的部位、嚴重程度和發展趨勢作出判斷，可識別故障的早期征兆。根據分析診斷結果在設備性能下降到一定程度或故障將要發生之前進行維修，從而降低運行管理成本，提高電網運行可靠性。

智能化變電站中設備狀態的跟蹤和監控更為便利，依據設備的狀態優化檢修策略，不但可以降低檢修成本、提高資產運營效益，而且可以在一定程度上延長設備的使用壽命。雖然智能化變電站具備狀態檢修的實施基礎，但是和傳統的變電站狀態檢修相比區別很大，其邏輯結構上進行的過程層、間隔層、站控層三層次的劃分，打破了一次系統和二次系統在專業上的傳統限制。智能化變電站的電氣二次設備的狀態監測對象不再是單一的元件，而是一個單元或是一個系統，而且監測的內容是各元件的動態性能。微機保護和微機自動裝置自診斷技術的發展為保護設備的狀態監測奠定了技術基礎，但這也是智能化變電站二次設備狀態檢修的難點。

4 結語

智能化變電站自動化系統能夠完成比常規變電站自動化系統范圍更寬、層次更深、結構更復雜的信息采集和信息處理，變電站內、站與調度、站與站之間、站與用戶和分布式能源的互動能力更強，信息的交換和融合更方便快捷，控制手段更靈活可靠。同時，智能化變電站的狀態檢修是一項復雜的系統工程，涉及到通信、在線監測、數據分析、專家系統、可視化等技術領域，具有較大的發展前景。智能化變電站與狀態檢修有著密不可分的聯系，先進的科學技術為它們提供了保障，如何巧妙地將二者結合到一起，是我們所需要去實踐并積累經驗的前進方向，完善它們是一個持續改進、不斷超越現有技術的過程，其實踐具有廣闊的發展空間。

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[責任編輯：程龍]