淺談變電站自動化系統

鐘福來

【摘要】隨著科學技術的發展，變電站自動化技術受到了深遠的影響，變電站自動化技術進入數字化新階段，且機械工程及其自動化控制的技術發展也越來越快。本文論述了數字化變電站自動化系統的特點、結構及功能劃分等。

【關鍵詞】 變電站自動化；智能化；網絡化

變電站自動化技術經過十多年的發展已經達到一定的水平，在我國城鄉電網改造與建設中不僅中低壓變電站采用了自動化技術實現無人值班，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設中也大量采用自動化新技術，從而大大提高了電網建設的現代化水平，增強了輸配電和電網調度的可能性，降低了變電站建設的總造價，這已經成為不爭的事實。然而，技術的發展是沒有止境的，隨著智能化開關、光電式電流電壓互感器、一次運行設備在線狀態檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟，以及計算機高速網絡在實時系統中的開發應用，勢必對已有的變電站自動化技術產生深刻的影響，全數字化的變電站自動化系統即將出現。

一、現今變電站自動化系統的特點

1、智能化的一次設備。一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路采用微處理器和光電技術設計，簡化了常規機電式繼電器及控制回路的結構，數字程控器及數字公共信號網絡取代傳統的導線連接。換言之，變電站二次回路中常規的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。

2、網絡化的二次設備。變電站內常規的二次設備，已改變了傳統二次設備的模式，為簡化系統，信息共享，減少電纜，減少占地面積，降低造價等方面已改變了變電站運行的面貌。使得設備之間的連接全部采用高速的網路通信，二次設備不再出現常規功能裝置重復的I/0現場接口，通過網路真正實現數據共享，資源共享，常規的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

3、自動化的運行管理系統。變電站運行管理自動化系統應包括電力生產運行數據、狀態記錄統計無紙化；數據信息分層、分流交換自動化；變電站運行發生故障時能即時提供故障原因，提出故障處理意見；系統能自動發出變電站設備檢修報告，即常規的變電站設備“定期檢修”改變為“狀態檢修”。

二、變電站自動化系統的結構及功能

1.綜合型自動化系統的結構

變電站綜合自動化采用自動控制和計算機技術實現變電站二次系統的部分或全部功能。為達到這一目的，滿足電網運行對變電站的要求，變電站綜合自動化系統體系由“數據采集和控制”、“繼電保護”、“直流電源系統”三大塊構成變電站自動化基礎。“通信控制管理‘是橋梁，聯系變電站內部各部分之間、變電站與調度控制中心之間使其相互交換數據?！弊冸娬局饔嬎銠C系統“對整個綜合自動化系統進行協調、管理和控制，并向運行人員提供變電站運行的各種數據、接線圖、表格等畫面，使運行人員可遠方控制斷路器分、合操作，還提供運行和維護人員對自動化系統進行監控和干預的手段。數字化使變電站自動化系統與傳統變電站二次系統相比，數據采集更精確、傳遞更方便、處理更靈活、運行維護更可靠、擴展更容易。變電站綜合自動化系統的結構模式主要有集中式、集中分布式和分散分布。

2. 數字化自動化系統的結構

在高壓或超高壓變電所中，將保護裝置，測控裝置，故障錄波及其它自動裝置的I/0單元割裂出來，把它作為作為智能化一次設備的一部分。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；而在中低壓變電所則將保護、監控裝置小型化、緊湊化，完整的安裝在開關柜上，實現了變電所機電一體化設計。從邏輯上可分為 “過程層”、“間隔層”、“所控層”三個層次。從物理上來說數字化變電所自動化系統的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：

2.1 過程層：該層是一個一次設備和二次設備的結合面，換言之過程層是指智能化電氣設備的智能化部分。過程層的主要功能可以分為三類： 電力運行的實時電氣量檢測 。；運行設備的狀態參數在線檢測與統計；操作控制的執行與驅動；

2.2 間隔層：其主要功能是：①匯總本間隔過程層實時數據信息；②實施對一次設備保護控制功能；③實施操作同期及其他控制功能；④實施本間隔操作閉鎖功能；⑤承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及所控層的網絡通信功能；⑥對數據采集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制。

2.3 所控層：其主要功能是：①通過兩級高速網絡匯總全所的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，按時登錄歷史數據庫；②具有在線可編程的全所操作閉鎖控制功能；③具有所內當地監控，人機聯系功能；④按既定規約將有關數據信息送向調度或控制中心；⑤接受調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、過程層執行；⑥具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態，在線修改參數的功能；⑦具有變電所故障自動分析和操作培訓功能。

三、變電站自動化系統發展中的主要問題

變電站的自動化發展，使供電可靠性有了很大的提高，但是要進一步縮短故障停電時間，很大一部分取決于饋線自動化的發展。必須在饋電線路上裝設電動開關，配置饋線終端設備FTU，對一些分支線路，還應裝設故障指示器，并利用通信系統，向系統提供饋線運行數據和狀態，執行系統下達的饋線開關遙控操作命令非線性負載，電動機直接起動，不平衡負載，焊接設備以及家用電器設備增多，降低了電壓質量。在變電站自動化系統的研究正在自下而上逐步發展。目前對于研究過程層方面，諸如智能化開關設備、光電互感器、狀態檢測等技術與設備的研究開發，國外已有一定的成熟經驗，國內的大專院校、科研院所以及有關廠家都投入了相當的人力進行開發研究，并且在某些方面取得了實質性的進展。但歸納起來，目前主要存在的問題是：（1）研究開發過程中專業協作需要加強，比如智能化電器的研究至少存在機、電、光三個專業協同攻關；（2）材料器件方面的缺陷及改進；（3）試驗設備、測試方法、檢驗標準，特別是EMC（電磁干擾與兼容）控制與試驗還是薄弱環節。

另外，變電站自動化系統作為一個龐大、復雜的、綜合性很高的系統性工程，包含眾多的設備和子系統，個功能、子系統之間存在著不同程度的關聯，其本身及其所用技術又處于不斷發展之中，對任一家制造商而言，根本不可能包攬一切。在饋線自動化方面顯著降低了建設、運行和維護的綜合成本，為提高供電可靠性，創造了有力的條件。故障定位和自動恢復送電可以明顯地縮短停電時間。有效的解決這一問題，必須壹數字式繼電保護、饋線自動化和DMS系統為基礎。對于故障定位，國外有人提出使用三種技術綜合處理：故障距離計算法、線路故障指示器法以及不同線路區間故障概率統計法，這些信息結合在一起進行模糊邏輯處理。

而現今變電站自動化系統采用全面解決方案，走系統集成之路，使得各種應用之間可共享投資和運行費用，最大限度保護用戶原有的投資。

四、結束語

本文論述了變電站綜合自動化系統的特征、結構及其發展。化變電站自動化是一個系統工程，要實現全部變電站自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決，作者相信在不太運的將來變電站自動化系統，將有一個蓬勃的發展期。

參考文獻：

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[2]張繼雄。變電站自動化系統選型中應注意的問題。內蒙古電力技術，2005，2.