變電站綜合自動化保護系統應用研究

韓啟華 李愛玲

摘 要：隨著社會經濟的不斷進步與發展，科學技術的不斷改革創新，越來越多的電力企業開始重視和關注變電站綜合自動化系統的運用。變電站綜合自動化系統作為企業電力系統中的重中之重，是一個必不可缺的關鍵組成部分，打破了傳統變電站的工作模式。變電站綜合自動化裝置主要分為實時監控和微機保護兩部分，其中變電站綜合保護系統有效保障了變電站的穩定安全運行，降低了電力企業的維修成本，為企業創造了更多的經濟效益。該文將進一步的對變電站綜合自動化保護系統應用展開分析和探討。

關鍵詞：變電站 綜合自動化 保護系統 電力系統

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0034-02

當前是一個科技信息時代，我國電力工業的發展要與時俱進，跟上時代發展的腳步，要積極應用變電站綜合自動化系統，不斷提高電力生產的質量和效率，保證變電站運行的安全可靠性。通過變電站的綜合自動化保護系統，實現變電站高可靠性工作，不斷提高電力生產過程的安全性。

1 常規變電站的狀況

1.1 變電站的傳統監控系統工作模式

傳統監控系統的組成不包括計算機設備，變電站的二次設備通常由繼電保護、監控系統、自動裝置以及遠動裝置構成[1]，其中信息處理系統的主要工作是對系統內的所有重要數據信息進行收集、處理，功能實現過程則是系統對變電站各項設備的控制、監視、保護以及調節[2]。通過以上功能可以實現系統以及設備運行的穩定可靠性。

圖1為變電站傳統監控系統組成環節及其設備狀態的信息圖。傳統監控室內的工作人員通過對測量儀表以及繼電器的轉換數據進行處理分析后，手動的對整個系統進行操作和控制，形成了一個閉合信息的系統[3]。控制室內的工作人員必須無時無刻的觀察、監視著系統現場的數據信息變化情況，增大了他們的工作量。傳統監控系統和自動化監控系統最大的不同就是，前者的信息處理工作要以人為核心。

1.2 傳統監控系統存在的弊端

傳統監控系統中存在的弊端主要分為以下幾點。

（1）傳統監控系統中運用的設備過于落后，其中系統數據信息的轉換監測完全依靠繼電器、電磁測量儀表等模擬式設備，從而導致測量數據的誤差偏大，無法準確的登記事件發生的順序以及具體時間；與此同時電磁測量儀表和繼電器的占用空間體積過大，消耗大量的電力，導致必須不斷擴大系統控制室的面積。不利于控制室工作人員的監控和管理。

（2）對于系統采集來的數據信息，完全要依賴于工作人員的直覺來判斷處理，是否存在故障的可能性，在這個過程中勢必會造成一定的誤差，畢竟單獨靠人的大腦直覺去判斷處理信息是有一定的局限性的。面對系統內不斷更新的大量信息數據，控制室的工作人員如果只憑感官和大腦去反應處理信息，會導致關鍵信息的遺漏處理或者處理出現失誤，從而降低了系統運行的可靠安全性。

（3）由于傳統監控系統使用強電流進行傳輸，具備良好的抗干擾性，然而傳輸過程中消耗的功率較大，容易產生較大的誤差，同時傳輸的距離有限制范圍，一般情況下是低于1000 m，而且傳輸通道中運用的電纜截面積較大，數量眾多，增大了變電站的投入資金成本。

（4）傳統監控系統水平落后，在二次系統中的通信和信息交換能力偏低，系統中的數據資源不能得到有效的運用[4]，無法第一時間顯示出處理的信息結果，完全不能充分發揮出監控系統的重要作用，雖然隨著時間的不斷推移，技術不斷的改善，傳統監控系統解決了信息傳輸功耗大、設備占地面積大的等等弊端，但是仍然無法改變傳統工作模式的落后性。所以，要想完全打破傳統監控系統的弊端，就必須從根本上解決問題，積極應用變電站的微機監控和保護，全面完成變電站綜合自動化的轉變，不斷提高變電站的生產質量和效率。

2 變電站綜合自動化系統

2.1 變電站綜合自動化系統的概況

變電站綜合自動化作為電力企業變電站的二次設備，其中涵蓋的設備主要有信號系統、測量儀表、繼電保護、遠動裝置以及自動裝置等[5]，通過對設備功能的組合和優化設計，運用最新的網絡通信技術、計算機技術以及信號處理技術，從而達成對電力企業整個電站運行狀態的實時自動化監控以及微機裝置的保護。變電站綜合自動化系統通過運用數臺先進的計算機設備以及超大規模的集成電路。實現它的自動化功能，打破傳統變電站的工作模式，工作人員不用定期的對信息數據進行記錄、抄表等工作，各種信號會自動傳輸到主控制室內，控制室內的工作人員只需要認真觀看屏幕，獲取重要的信息數據，真個變電站是否處在正常的運行狀態。變電站綜合自動化系統在運行過程中，能不斷采集到眾多完成的數據信息，利用先進的網絡計算機設備全程監控著變電站內的所有設備運行狀況，有力的保障了變電站安全穩定的持續運行。

2.2 變電站綜合自動化的構成

當前變電站綜合自動化的構成主要分為三種結構，分別是分布式結構、分層分布式結構以及集中式結構。

2.2.1 分布式系統結構

分布式系統的工作原理是通過將變電站的所有監控單位或者系統功能分布的眾多計算機單功能設備，將它們進行網絡連接，從而實現能分享變電站資源的一種分布式處理[6]。分布式系統結構最明顯的特征就是通過利用數臺計算機設備去實現變電站自動化系統的各項功能，而不是單一的通過一臺主機去進行處理工作。分布式系統結構的設計必須根據功能的不同而改變，主要通過運用主從CPU系統的工作方法，多CPU系統不斷提高了解決并行多發事件的能力，從而實現了CPU的高效運行處理。分布式系統結構有利于變電站自動化系統的維護和擴展，就算某個區域發生故障也不會導致其他模塊停止運行。分布式結構模式在安裝上能形成兩種不同的系統組態結構，一種是分層組屏系統組態結構，另一種則是集中組屏系統組態結構，他們普遍被運用于中低壓變電站中。分布式變電站綜合自動化系統在時間推移下，逐漸體現出了它不同于其他結構系統的優勢，然而它在發展過程中還存在著信息傳輸路徑單一，抗電磁干擾能力偏低的弊端。

2.2.2 集中式系統結構

變電站集中式系統主要通過運用功能強大的計算機，與此同時擴展它的I/O接口，統一收集變電站的數據量以及模擬量等相關信息，集中的對這這些信息進行處理和計算，從而實現變電站的微機保護、微機監控以及自動控制等功能[7]。集中式系統主要通過前置計算機實現數據信息的輸入和輸出、控制、保護以及檢測等功能，而后臺計算機則實現對系統數據的處理分析、呈現、遠方通信以及打印等功能。集中式系統結構受到了眾多電力企業在變電站自動化上的運用，但是這種結構還是存在三個明顯的弊端：一是由于前置計算機所要管理的數據信息眾多，任務過于繁重、引線偏多，從而無法保證整個變電站系統運行的安全穩定性，一旦前置機出現了故障，會直接導致系統無法完成信息的輸出、輸入以及控制等功能；二是系統軟件眾多，操作起來繁瑣復雜，直接加大了修改的工作量；三是系統組態不具備靈活性，軟硬件的設計必須隨著變電站的規模以及主接線的變化而改變，加大了之間的工作量，對于變電站自動化的操作功能提出了更大的要求。

2.2.3 分層分布式結構

分層分布式自動化系統結構可以分為三層，一層是通信層，一層是變電站層，最后一層為間隔層。分層分布式結構相對于集中式結構的自動化系統，具備以下明顯的優勢。

（1）具備較高的運行可靠性。當系統局部發生故障時，不會影響其他模塊的繼續運行，會將故障所帶來的危險分散開。如果系統出現網絡故障時，它只會導致監控部分受到一定的破壞，而系統的最主要的控制以及保護功能會保持持續的穩定運行。

（2）分層分布式結構具備更高的開放性和擴展性，有助于工程的應用和設計。

（3）分層分布式自動化系統中的二次設備降低了電纜的使用，為電力企業節約了大量的成本，同時減少了電纜日常調試維護的工作量。

2.3 變電站綜合自動化系統的功能和特點

變電站綜合自動化系統的功能和特點主要包括了以下幾點。

（1）在線運行具備較高的穩定可靠性。相比較常規的自動裝置，變電站綜合自動化系統中的自動裝置具備故障自診斷功能，例如微機自動裝置以及微機保護裝置，都能在故障出現的第一時間診斷出故障原因。

（2）變電站綜合自動化系統的通信功能。變電站綜合自動化的微機保護裝置的運行前提就是要保證通信接口的設置，必須在系統中設置RS-422/485、RS-232等標準接口。可是一旦變電站的規模變大，系統的數據容量變大，這些接口還不足以勝任任務繁重的工作，通過應用以太網，就能解決這個通信難題。

（3）變電站綜合自動化系統的遠方整定功能。當系統具備了遠方整定功能，就能不斷提高變電站供電的穩定性以及持續性，因為在遠方整定的作業過程中，自動化系統的保護裝置只要沒有收到修改的確認命令，就會始終按照原定值持續的運行。一旦接收到修改確認命令，就會將改至新的定值，按照新的定值進行運行。

（4）變電站綜合自動化系統保護功能的切除以及遠方投入。它的功能等同于常規保護所設立的連接片。軟連接片就是系統軟件開關的另一種稱呼，它與常規連接片的連接方式為串聯。只要軟連接片被應用于微機保護裝置后，就能是系統的保護程序變得更加標準化[8]。

（5）變電站運行管理具備較高的自動化水平。由于變電站的運行管理變成了自動化，因此系統內的各項工作都可以通過計算機設備自動運行，例如信息數據的記錄、測量、抄表、監視等工作，監控室內的工作人員只要負責觀察CRT屏幕，及時發現各項設備以及所有電路運行過程中是否存在問題，一旦出現問題，就及時通知維護人員進行搶修。

（6）變電站綜合自動化系統維護調試方便簡捷。在變電站綜合自動化系統中，微機保護裝置都具備故障自診斷能力，一旦自動化系統內部發生故障，就能在第一時間進行診斷，發現故障的根源處，發出警報通知維護人員進行維修，大大減少了維修時間，避免了造成嚴重的系統故障，給企業帶來不必要的經濟損失。同時，微機保護與自動裝置的定值能夠在線讀出檢查，大大縮短了定期核對定值的時間。

（7）有利于變電站為人值班模式的實現。變電站綜合自動化系統能夠采集到眾多可靠的信息數據，具備先進的計算機能力以及邏輯判斷功能，能夠輕松的對整個變電所所有設備進行監控管理。例如，監控室的工作人員不用定期的進行監控系統記錄和抄表，系統會自動化的完成這些工作，從而降低了企業的人力成本。與此同時，如果變電所還配置了與上級調度的通信功能，就能直接實現“三遙”功能，即遙信、遙控以及遙測。

3 變電站綜合自動化保護系統的結構設計

變電站綜合自動化保護系統打破了傳統繼電保護的弊端，它不但具備能實現繼電保護功能的硬件電路，還具備著保護和管理系統功能的相關軟件。它在變電站重要的應用功能有：

（1）信息采集系統。微機保護系統中的微機CPU主要功能是處理分析數字信號，只有數字信號才能被傳輸到微機的CPU 中，必須存在一個系統能將各種模擬信號轉換為相對應的數字信號，從而實現信息的采集系統功能。

（2）微型的計算機系統。變電站綜合自動化系統中微機保護裝置的關鍵核心就是微機計算機系統。

（3）變電站綜合自動化保護系統的輸入/輸出接口電路。它作為系統微機保護與外部設備的連接電路，由于系統輸入和輸出的信號大部分都是開關閉的信號，因此可以稱輸入輸出接口電路為開關量的輸入輸出電路。把不同的開關量信號通過光電耦合電路傳輸到系統的CPU中，CPU的處理成果必須通過開光亮輸出電路。

（4）通信接口電路。變電站綜合自動化保護系統的所有保護裝置都安裝了標準的通信接口電路，例如RS-422/485、RS-232、CAN以及Lon-Work等不同的通信網絡接口電路。

（5）人機接口電路。人機接口電路連接的設備多種多樣，例如系統中的鍵盤、顯示、不同的面板開關、報警以及打印等等，它的主要作用就是去調試、改變與整定定值，工作人員對各項裝置的干預等。

（6）供電電源。供電電源作為變電站綜合自動化系統中微機保護裝置的核心組成部份，直接關系到保護裝置運行的安全穩定性，一旦供電電源出現故障無法及時進行維護，將會導致整個系統停止運行，造成電力企業嚴重的經濟損失。

4 結語

綜上所訴，變電站綜合自動化保護系統作為電力企業系統的重要組成部分，必須得到領導的高度重視和關注，積極的運用自動化保護系統，提高電網的安全性和穩定性，不斷生產出高質量的電力，促進電力行業不斷的穩定發展。

參考文獻

[1]劉曉玲，李勇.變電站綜合自動化系統探討[J].科技資訊，2012（3）.

[2]馮春松，段春華.變電所綜合自動化系統的安全可靠運行[J].黑龍江科技信息，2010（4）：55-56.

[3]仝瑋，高文.淺談電力系統中綜合自動化監控系統應用及發展[J].科技創新與應用，2013（34）：131.

[4]孔祥倫.簡述變電站綜合自動化系統關鍵技術及發展趨勢[J].通訊世界，2014（8）：77-78.

[5]孟祥忠，王玉彬，張秀娟.變電站微機監控與保護技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[6]楊新民，楊雋琳.電力系統微機保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009：44-50.

[7]丁毓山，南俊星.微機保護與綜合自動化系統[M].北京：中國水利水電出版社，2008：67-73.

[8]李小軍.變電站綜合自動化系統的應用與改造[J].中國科技投資，2013（22）.