綜合自動化系統在變電站運行中的研究與運用

【摘 要】變電站作為整個電網中的一個節點，擔負著電能傳輸、分配的檢測、控制和管理任務。在變電站利用先進的計算機技術、現代電子技術、通訊技術和信息處理技術等先進手段實現對變電站二次設備的功能進行重新組合、優化設計，可以對變電站設備進行智能監視、測量，記載斷路器、隔離開關和接地開關的運行狀態，快速安全優質做到自動報處相關故障，以提高電力系統供電質量，實現變電站無人或少人值守，進一步改進供電與用戶關系。

【關鍵詞】變電站；綜合自動化；在線監測執行；無人值守；經濟安全運行

變電站綜合自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通訊技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝備）的功能進行重新組合、優化設計，對變電站設備的運行情況進行執行監視、測量、控制和協調的一種綜合性自動化系統。通過變電站綜合自動化系統內各設備間相互交換匯總、數據共享、完成變電站運行監視和控制任務，提高變電站安全穩定運行水平，降低運行維護成本，提高經濟效益，并向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。變電站作為整個電網中的一個節點，擔負著電能傳輸、分配的檢測、控制和管理任務，要保證電網各節點的具體實施和保障電網的安全、穩定和可靠運行必須實現變電站自動化系統。

一、變電站中自動化系統現狀

1、一方面，傳統繼電保護、自動和運動裝置等大多采取電磁型或小規模集成電路，缺乏自檢和自珍能力，結構復雜，可靠性低，變電站占地面積大。另一方面使用電纜多，電壓互感器、電流互感器負擔重，二次設備冗余配置多。二次設備主要依賴大量電纜連接，通過觸點、模擬信號來交換信息，信息量小，靈活性差，可靠性低。傳統的二次系統中，各設備按功能配置，彼此之間相關性甚少，相互之間協調困難，需要值班人員比較多的人為巡視和人工操作。隨著電網規模的不斷擴大，新增變電站在逐漸增多，使得電網結構日趨復雜，更需要電網工作人員掌握、管理、控制的信息大量采集和運用，電網故障的判斷、處理和恢復要求更加快速、準確，難于適應智能化、現代化電網建設的要求。

2、電力市場競爭的日益激烈，綜合自動化系統在變電站的運用更顯得極為重要。電磁型或小規模集成電路調試和維護工作量大，自動化程度低，不能遠程修改保護及自動裝備的定值和檢查其工作狀態，精細運動動作不夠完善，提供給調度控制中心的信息量少、精度也差。隨著人們生活用電質量標準的提升以及油田原油產量持續生產的需求，對電網可靠供電提出了更高的要求。既要電力企業站穩市場，又要降低成本，提高經濟效益，綜合自動化系統在變電站的運用更顯得極為重要。

二、變電站綜合自動化采用的主要結構模式

一是集中式結構。一般采用功能較強的計算機，擴展其I/O接口，集中采集變電站的模擬量和數字量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機監控、微機保護和自動控制等功能。完成對變電站重要設備和進、出線的保護任務。但若一臺計算機出現故障，對系統影響較大。因此，必須采取雙機并聯運行才能提高可靠性。

二是分布式結構。最大特點是將變電站自動化系統的功能分散給多臺計算機來完成。它按功能設計，采用主從CPU系統工作方式，提高了系統處理并行多發文件的能力，解決了CPU運算處理的瓶頸難題，提高了系統的實時性，方便系統擴展和維護，局部故障不影響其他設備的正常運行。

三是分布分散結構。此系統從邏輯上將變電站自動化系統劃分為兩層，即站級測控單元和間隔單元，也可分為三層：變電站層、通訊層和間隔層。主要特點：是按變電站元件、斷路器間隔進行設計，將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數據采集、保護和控制等功能集中在一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或通訊電纜連接。這種系統是現代化變電站自動化技術發展的方向，可大幅度地減少連接電纜，降低了電纜傳遞信息的電磁干擾，具有很高的可靠性，較好的實現了部分故障不相互影響，組態靈活、方便維修和擴展，延長了設備檢修周期。間隔級控制單元的自動化、標準化使系統適用率較高，邏輯連接到組態指示均可由軟件控制，簡化了變電站部分二次設備的配置，大大縮小了控制室面積，簡化了變電站二次設備之間的配置，節省了電纜材料。

三、變電站綜合自動化實現的主要功能

1、可以隨時在線監測電網運行參數和設備運行狀態

能夠自檢、自診斷設備本身的異常運行，發現變電站設備異常變化或裝置內部異常時，當電網出現故障時，快速采樣、判斷、決策，迅速隔離或消除事故，自動報警并閉鎖相應的對口，以防止事態擴大。

2、完成變電站運行參數在線計算、存儲、統計、分析報表和遠傳

一是微機保護系統和監控系統相結合，綜合使用了故障錄波、故障測量、無功電壓調節和中性點非直接接地系統等子系統功能，自動化數據收集如電壓互感器、電流互感器的電壓和電流信號、斷路器輔助觸點、一次設備狀態信號，各段母線電壓、母聯及分段斷路器的電流、線路及饋線回壓、電流、有功功率、無功功率、電容器和并聯電抗器電流、站用電壓、電流、有功功率、無功功率以及頻率、相位功率因素，主變壓器的電流、有功功率和無功功率、開關量的采集、斷路器、隔離開關和接地開關的狀態，有載調壓器分接頭的質量、同期檢測狀態、保護繼電動作信號、運行告警信號等，他們都以開關量的形式通過光隔離電路輸入到計算機。

二是優化了電能計量，記錄有功無功電能，并實現分時累計，電能平衡等功能，強化了順序事件的記錄及事故追憶。特別是在變電器層級，增加了縱向層面內部和各控制中心間的協調能力，借用人工智能技術，在控制中心可實現對變電路控制、保護系統進行在線診斷和事件分析，在變電站當地可以立即完成電網故障后的自動恢復。CRT的測量顯示數字直視化，打印報表代替了人工抄表，大大減輕了變電站值班員的勞動強度，提高了測量精度和管理的科學性。

【參考資料】

[1] 王遠璋.變電站綜合自動化現場技術與運行保護[M].北京：中國電力出版社，2004

[2]張全元.變電站運行現場技術問答[M].北京：中國電力出版社，2003

[3]DL/T5149—2001.220～500KV變電站計算機監控系統設計技術規程[M].北京：中國電力出版社，2001