淺析變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的的體系結(jié)構(gòu)和配置

白雪

【摘 要】變電站綜合自動(dòng)化采用自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的部分或全部功能。為達(dá)到這一目的，滿足電網(wǎng)運(yùn)行對(duì)變電站的要求，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)體系由“數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護(hù)”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動(dòng)化基礎(chǔ)。“通信控制管理”是橋梁，聯(lián)系變電站內(nèi)部各部分之間、變電站與調(diào)度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)。“變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”對(duì)整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制，并向運(yùn)行人員提供變電站運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫面，使運(yùn)行人員可遠(yuǎn)方控制斷路器分、合操作，還提供運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)的手段。

【關(guān)鍵詞】綜合自動(dòng)化；結(jié)構(gòu)

變電站綜合自動(dòng)化采用自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的部分或全部功能。為達(dá)到這一目的，滿足電網(wǎng)運(yùn)行對(duì)變電站的要求，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)體系由“數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護(hù)”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動(dòng)化基礎(chǔ)。“通信控制管理”是橋梁，聯(lián)系變電站內(nèi)部各部分之間、變電站與調(diào)度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)。“變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”對(duì)整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制，并向運(yùn)行人員提供變電站運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫面，使運(yùn)行人員可遠(yuǎn)方控制斷路器分、合操作，還提供運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)的手段。“變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”代替了很多過(guò)去由運(yùn)行人員完成的簡(jiǎn)單、重復(fù)和繁瑣的工作，如收集、處理、記錄、統(tǒng)計(jì)變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)和變電站運(yùn)行過(guò)程中所發(fā)生的保護(hù)動(dòng)作、斷路器分、合閘等重要事件，還可按運(yùn)行人員的操作命令或預(yù)先設(shè)定執(zhí)行各種復(fù)雜的工作。“通信控制管理”連接系統(tǒng)各部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和命令的傳遞，并對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制。

1.與變電站傳統(tǒng)電磁式二次系統(tǒng)相比，在體系結(jié)構(gòu)上，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)增添了“變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”和“通信控制管理”兩部分；在二次系統(tǒng)具體裝置和功能實(shí)現(xiàn)上，計(jì)算機(jī)化的二次設(shè)備代替和簡(jiǎn)化了非計(jì)算機(jī)設(shè)備，數(shù)字化的處理和邏輯運(yùn)算代替了模擬運(yùn)算和繼電器邏輯；在信號(hào)傳遞上，數(shù)字化信號(hào)傳遞代替了電壓、電流模擬信號(hào)傳遞。數(shù)字化使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)采集更精確、傳遞更方便、處理更靈活、運(yùn)行維護(hù)更可靠、擴(kuò)展更容易。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系較為典型的是：

（1）在低壓無(wú)人值班變電站里，取消變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者簡(jiǎn)化變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

（2）在實(shí)際的系統(tǒng)中，更為常見的是將部分變電站自動(dòng)化設(shè)備，如微機(jī)保護(hù)、RTU與變電站二次系統(tǒng)中電磁式設(shè)備（如模擬式指針儀表、中央信號(hào)系統(tǒng)）揉和在一起，組成一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。這樣，即提高了變電站二次系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，改進(jìn)了常規(guī)系統(tǒng)的性能，又需投入更多的物力和財(cái)力。

2. 變電站綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)模式

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式主要有集中式、集中分布式和分散分布。

2.1 集中式結(jié)構(gòu)。

2.1.1 集中式一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)并擴(kuò)展其I/O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制等功能。集中式結(jié)構(gòu)也并非指只由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計(jì)算機(jī)完成的，只是每臺(tái)微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)多些。例如監(jiān)控機(jī)要擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、斷路器操作、人機(jī)聯(lián)系等多項(xiàng)任務(wù)；擔(dān)負(fù)微機(jī)保護(hù)的計(jì)算，可能一臺(tái)微機(jī)要負(fù)責(zé)多回低壓線路的保護(hù)等。

2.1.2 集中式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：

（1）能實(shí)時(shí)采集變電站各種模擬量、開關(guān)量，完成對(duì)變電站的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控、制表、打印、事件順序記錄等功能。

（2）完成對(duì)變電站主要設(shè)備和進(jìn)、出線的保護(hù)任務(wù)。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可大大減少站地面積。

（4）造價(jià)低，尤其是對(duì)35KV或規(guī)模較小的變電站更為有利。

（5）實(shí)用性好。

2.1.3 集中式的主要缺點(diǎn)有：

（1）每臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能較集中，若一臺(tái)計(jì)算機(jī)出故障，影響面大，因此，必須采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。

（2）軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試煩瑣。

（3）組態(tài)不靈活，對(duì)不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大。

（4）集中式保護(hù)與長(zhǎng)期以來(lái)采用一對(duì)一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀，不符合運(yùn)行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩，只適合于保護(hù)算法比較簡(jiǎn)單的情況。

2.2 分布式結(jié)構(gòu)。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能分散給多臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。分布式模式一般按功能設(shè)計(jì)，采用主從CPU系統(tǒng)工作方式，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了CPU運(yùn)算處理的瓶頸問(wèn)題。各功能模塊（通常是多個(gè)CPU）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其它模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。

2.3 分布分散（層）式結(jié)構(gòu)。

2.3.1 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)劃分為兩層，即變電站層（站級(jí)測(cè)控單元）和間隔層（間隔單元）。也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層。

2.3.2 該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是按照變電站的元件，斷路器間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)。將變電站一個(gè)斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制等功能集中由一個(gè)或幾個(gè)智能化的測(cè)控單元完成。測(cè)控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實(shí)現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護(hù)和擴(kuò)展，大量現(xiàn)場(chǎng)工作可一次性地在設(shè)備制造廠家完成。分布分散式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）間隔級(jí)控制單元的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化使系統(tǒng)適用率較高。

（2）包含間隔級(jí)功能的單元直接定位在變電站的間隔上。

（3）邏輯連接到組態(tài)指示均可由軟件控制。

（4）簡(jiǎn)化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。

（5）簡(jiǎn)化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。

（6）分布分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。

[文章編號(hào)]1619-2737（2014）10-31-833endprint