220kV變電站綜合自動化系統的應用探討

張濤

摘 要：220kV老舊變電站已不能跟上現代電力系統的發展，逐步對其進行綜合自動化改造是必然的趨勢。文章從變電站綜合自動化的背景出發，介紹了變電站綜合自動化的基本概念、優點、及我國變電站建設中存在的問題；闡述了變電站綜合自動化系統應用中應遵守的基本原則，并設計了一種典型的變電站綜合自動化系統結構形式。

關鍵詞：變電站；綜合自動化；改造

前言

變電站是電網的樞紐，是電力系統中最為關鍵的中間設施，它最重要的功能是完成電壓轉化。隨著社會經濟的高速發展，220kV傳統變電站已跟不上現代化電網的發展。因此，在大力建設新變電站的同時，另一項重要的任務就是對220kV傳統變電站進行綜合自動化改造，以促進我國電網系統的安全、穩定和經濟運行。

1 傳統變電站存在的問題

變電站在電力系統中起著電能轉換和分配的關鍵作用。220kV變電站是目前我國數量最多用途最廣泛的變電站。隨著大容量發電機組以及超高壓大電網的應用，傳統變電站的人工抄表、手動記錄、工人操作等落后的管理方式已經完全不能滿足現代電力系統的管理要求[1]。傳統的變電站設備逐漸老化，技術逐步落后，其存在的問題可以總結如下：

（1）安全可靠性差、維護困難。傳統220kV變電站中存在大量的常規設備，特別是繼電保護和自動裝置、遠動裝置等關鍵二次設備多為老舊的電磁型或晶體管式設備[2]，這些設備由于年代局限，其結構復雜、檢修困難、安全性和可靠性都較低。

（2）供電質量低。傳統220kV變電站一般沒有調壓裝置，對于諧波污染等問題并沒有相應的處理，在電能質量評價上也沒有可參考的標準，供電質量非常低下，無法適應電力市場的新需求。

（3）結構復雜、浪費空間。由于傳統變電站中有許多電磁式和晶體管式的二次設備，集成度低，占用空間非常嚴重。這不但不符合美觀要求，也很大程度上擠占了人類有限的生存空間。

（4）自動化程度低。在經濟社會的發展背景下，我國變電站數量越來越多，結構越來越復雜，其維護和管理要求越來越高。而傳統變電站的老舊設備一般不具備實現全自動化的條件，因而無法實現現代電力系統的實時監測與控制要求[3]。

2 綜合自動化的基本概念

綜合自動化并沒有完全權威的定義，但是從功能和特點等方面來看，可以將其定義為：通過綜合應用現代通信電子技術對變電站二次設備的傳統功能進行優化組合和設計，從而實現變電站設備的實時監測和控制的一種自動化系統。在綜合自動化系統的調協下，變電站可以很方便地實現設備互連和數據共享，使其運行更加安全穩定，維護更加方便，效益更加顯著。變電站綜合自功化系統具有供電質量高、功能豐富、安全穩定、運行可靠、管理方便、占地面積小、結構緊湊、成本低廉、易于維護、智能程度高等優點。

3 220kV變電站綜合自動化系統設計

3.1 系統設計原則

220kV變電站綜合自動化系統的設計與實施是一項復雜的綜合性系統工程，必須遵循一定的設計原則，才能達到提高性能的目標。首先，變電站綜合自動化是電網調度系統的一部分，必須與電網調度系統的總體要求保持兼容，應提供人機接口和遠程通信平臺，以實現變電站運行狀況的實時監控；其次，系統應采用分層分布結構，引入現場總線和工業以太網，考慮冗余配置，實現網絡通信的高效性；最后，變電站繼電保護功能是相互獨立的，互不干涉，但應實現集中管理。同時應具備操作權限分級和防誤操作閉鎖等功能，提高系統的可靠性。

3.2 系統功能設計

220kV變電站綜合自動化系統最關鍵的功能是通過先進的計算機自動監控系統取代傳統的模擬儀表系統，實現全自動化的站內監測。從系統功能上看，具體應包括的功能有：數據采集（包括模擬量、開關量和電能量）、事件順序記錄、故障錄波和測距、諧波分析、異常記錄、遠程控制、實時監視、人機交互、參數修改、微機保護、故障自診斷、自閉鎖和自恢復、數據處理（包括存儲、統計、顯示和打印）。從系統性能上看，應滿足快速性、靈敏性和可靠性等要求。

3.3 系統結構設計

變電站綜合自動化系統從縱向看分為間隔層和站控層，從橫向看則包括了各種電壓等級的輸電線路、母線設備和主變等一次設備。系統的概要設計遵從面向對象的設計思想，把各模塊的二次功能分隔到間隔層中，從而使其功能獨立、性能并發，通過計算機系統實現無人值守的管理模式，實現變電站的全面監測和運行管理。

系統總體結構如圖1所示。系統總體上采用了分層分布式的結構形式，分為管理級、站控級和現場級三個層次。現場級的設計依據是一次設備，可以分散控制和故障，精簡系統結構；現場級設備與站控級設備以現場總線相連，通過站控計算機與管理級相連。系統硬件主要有工作站、測控裝置、路由器、智能網關、規約轉換轉換器和GPS接收裝置。為了保證系統可靠性和開放性、網絡使用了雙以太網組網，信息的傳輸方式、通信協議和接口要求與主站保持一致。為了實現站內設備的時鐘一致性，系統中安裝了GPS對時裝置，可以完成繼電保護、自動裝置、故障錄波器、測控裝置的時鐘對時。全站配置了1臺高性能工控機，運行Windows 7操作系統。測控設備采用RCS-9700系列測控裝置，該系列產品具有很強的電磁兼容和抗干擾性能，能在極端環境下穩定工作。通訊控制器采用RCS-9698D遠動通信儀。整個系統性能大大提升。

4 結束語

220kV傳統變電站數量眾多，其老舊的設備及人工管理方式已無法滿足現代電力系統的要求，存在著可靠性差、維護困難、供電質量低、結構復雜、浪費空間、自動化程序低等嚴重問題。通過現代電力電子技術的綜合應用，可對變電站進行優化組合和設計，從而實現綜合自動化。通過引入先進的計算機自動監控系統取代傳統的模擬儀表系統，采用分層分布模式對220kV變電站綜合自動化系統進行了優化設計，系統功能豐富、通信效率高、運行可靠性強，同時具有良好的擴展性。綜合自動化系統的應用使變電站運行更加安全穩定，維護更加方便，經濟效益更加顯著，適應了新時期電力電網系統的發展需求。

參考文獻

[1]吳添鷹.變電站綜合自動化系統的發展與展望[J].中國設備工程，2017（04）：145-146.

[2]吳芳.220kV傳統變電站綜合自動化技術的運用[J].自動化應用，2015（11）：103-104.

[3]王霞，李銀平，王帥斌，等.變電站綜合自動化系統存在的問題[J].電氣制造，2013（11）：71-73.