淺談變電站綜合自動化系統的現狀和發展趨勢

張華 鮑正迪

【摘 要】本文簡要介紹了變電站綜合自動化系統的應用現狀，對目前廣泛應用的常規變電站和智能變電站綜合自動化系統進行了比較，并對將來作為自動化發展趨勢的智能變電站系統結構、能實現的高級應用功能及其優勢和發展前景進行了闡述。

【關鍵詞】變電站綜合自動化系統 智能變電站

1 引言

電網的二次設備如變電站綜合自動化系統、繼電保護、故障錄波以及在線監測等設備的運行，其實質是為一次設備的安全穩定運行服務的，對保證電網安全穩定運行具有重大的意義。變電站綜合自動化是提高變電站運行水平，降低運行維護成本，提高經濟效益，向用戶提供高質量電能服務的一項措施。隨著自動化技術、通信技術、計算機和網絡技術的飛速發展和廣泛應用，目前綜合自動化系統已經基本取代了傳統的變電站二次系統。同時，自動化系統和繼電保護設備的自診斷、事件記錄、運行監視和控制管理等功能也得到了極大的提升。隨著近幾年IEC61850通訊規約的廣泛應用以及智能變電站建設的大規模推廣，智能變電站站綜合自動化系統已經成為現在新一代變電站的發展趨勢以及智能電網的重要組成部分。

2 常規變電站綜自系統簡析

目前主流的常規變電站綜合自動化系統均采用分層分布式結構，按變電站被監控對象或系統功能分布式布置，并連接到能共享資源的網絡上實現分布式處理以及信息共享。分層分布式結構方便了系統的擴展和維護，局部故障不會影響到其他模塊的正常運行。目前常用的分層分布式常規變電站綜自系統網絡結構如如下圖1所示，有站控層和間隔層構成。該型系統在安裝上110kV及以上電壓等級的保護控制設備主要采用集中組屏結構，低壓保測一體化裝置則一般分散安裝在各個低壓開關柜上。在通訊方式上，目前主流系統均采用以太網通訊方式，但各廠家各自使用自己的網絡通訊規約，規約之間存在較大的差異，無法實現直接互聯互通，一般通過規約轉換來實現數據和信息的共享。

目前還有部分尚未改造的常規變電站綜自系統采用的是集中式系統結構或現場總線的通訊模式。集中式綜自系統一般采用功能較強的計算機或RTU并擴展其I/O接口，集中采集變電站的模擬量和數量等信息，集中進行計算和處理，完成微機監控和自動控制等功能。通常由前置機完成數據的輸入輸出，實現監測控制等功能，后臺機完成數據處理、顯示、打印及遠方通訊等功能。這種系統結構一旦前置機出線問題，當地變電站和遠方調度都將完全失去監控功能，對于變電站設備的安全穩定是極為不利的。現場總線式綜自系統的通訊速度較快，不過在穩定性、可靠性方面卻存在諸多問題，一旦其中一臺裝置的通訊端口出現問題，將影響到整條總線特別是串接在本裝置之后的所有裝置的正常通訊，導致部分甚至全部設備失去監控，對于變電站設備的安全穩定也是極為不利的。上述兩種方式的綜自系統目前均在逐步進行升級改造為主流的以太網通訊方式的分層分布式綜自系統。

3 智能變電站綜自系統簡析

智能變電站綜自系統也采用分層分布式結構，由過程層、間隔層和站控層構成，采用IEC61850通訊規約，智能變電站綜自系統的網絡結構如如下圖2所示。

過程層設備包含一次設備智能組件、合并單元和智能終端裝置，完成對變電站一次設備的測量、控制、保護、計量、狀態監測等相關功能。智能組件是靈活配置的物理設備，可包含測量單元、控制單元、保護單元、計量單元、狀態監測單元中的一個或幾個。

間隔層設備包含繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波等二次設備，實現采集一個間隔的數據并且作用于該間隔一次設備的功能，間隔層設備的數據主要來源于過程層的合并單元，相關控制功能通過過程層的智能終端作用于現場一次設備。測控類、輔助類間隔層設備和過程層設備之間通過以太網連接；根據國網相關導則、規范的要求，保護裝置則應直接采樣，對于單間隔的保護應直接跳閘，涉及多間隔的保護（母線保護）宜直接跳閘。

站控層設備包含監控后臺、站域控制系統、遠動系統和對時系統等子系統，實現面向全站設備的測量和控制功能，完成數據采集和監視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關功能。智能變電站監控后臺能實現智能告警、順序控制、一體化五防、一次設備狀態可視化等諸多高級應用功能，對于提高變電站的自動化和智能化水平起到了十分重要的作用。

智能變電站是智能電網的重要組成部分，目前已進入全面推廣建設階段，智能變電站綜合自動化系統的廣泛應用對于智能電網的建設將起到很好的基礎作用。

與常規變電站綜自系統相比，智能變電站綜自系統的主要優勢在于：

（1）全站采用IEC61850標準，統一規約，各廠家設備之間實現了互聯互通和互操作，信息可以充分共享。

（2）應用了電子式互感器、合并單元智能終端等新裝置，廣泛使用光纖代替常規電纜，設計、安裝、調試都變得相對簡單規范。

（3）過程層設備采用就地化布置方式，大大節省了電纜的使用，降低了工程建設成本。間隔層模擬量輸入回路和開關量輸入輸出回路全部使用通信網絡取代二次電纜，二次設備硬件系統大為簡化。

（4）智能告警、順序控制、一次設備狀態可視化等諸多高級功能得到廣泛應用，大大提高了變電站運行的自動化和智能化。

4 結語

智能變電站綜自系統利用先進的通信、信息和控制技術，構建成以信息化、自動化、數字化和互動化為特征的智能化變電站，較傳統的常規變電站和數字化變電站更加適應現代化智能電網建設的需求，具有巨大的優勢與發展潛力，已成為目前智能電網建設的發展趨勢并得到廣泛應用。智能變電站能大大加強電網一次、二次系統的效能和可靠性，對保證電網安全穩定運行具有重大的意義。隨著一次設備和二次設備技術的日趨完善，它的優越性必將得到進一步體現。

參考文獻：

[1] 覃劍，智能變電站技術與實踐 中國電力出版社 2012.1

[2] 丁書文，變電站綜合自動化現場技術 中國電力出版社 2008.6