電力系統自動化裝置供電方式之研究

鄭玉波

摘要：新型高電壓等級變電站測控裝置的開發為目的，全面總結了目前高電壓等級變電站測控裝置的現狀及其發展方向，系統的分析了變電站測控裝置原理及相關新技術。分析了高電壓等級變電站對測控裝置的各種新的功能需求，并提出了相應的解決方法和實施方案。

關鍵詞：測控裝置；靈活性；可靠性

電力自動化系統的發展在很大程度上受繼電保護裝置技術的制約[1]，因而加快繼電保護裝置技術的發展是十分迫切和必要的，然而繼電保護裝置的發展離不開測試技術的進步。繼電保護測試就是進行繼電保護試驗和測量繼電保護的特性參數[2]，在保證電力系統安全可靠運行方面起著重要作用。本文針對繼電保護測試技術的發展，介紹了繼電保護測試裝置的基本原理，并研究分析了自動化繼電保護裝置的測試技術特點。

1、自動化技術的現狀

電力自動化技術也由模擬技術的初級階段發展到數字技術時代，同時微處理器技術和各種新型的一二次設備的應用，使各個子系統形成管理系統成為可能。此后，每次計算機技術和通信技術以及控制技術的進步，便帶動電力自動化技術的一次進步。

現在的測控裝置采用分布式結構、集中/分布混合結構等結構形式，它們各具特點，不但豐富了自動化系統集成方案，同時也取得了比傳統方式好的效益。分布式結構是與集中式結構相對的一種結構，其拋棄了集中式結構中所有計算和住處處理都由主機完成的模式，把系統功能分成多個部分，分散到系統中不同位置的主機進行處理，各個主機各司其職獨立工作，這樣就大大的提高了系統的吞吐量，同時可以用軟件和硬件冗余的方法實現互為備用。提高了系統的魯棒性，這種結構擴展起來也比較容易。集中/混合結構是結合兩種模式的優點，把部分功能分散化的一種結構。人工智能技術、通訊技術、信息處理技術使得電力自動化進入到一個新的階段。計算機技術、通信技術、功率電子技術和控制技術的日新月異標志著電力自動化度過了個新的時期，這些新技術逐漸地由理論和實驗階段進入應用領域，對電力自動化技術產生了巨大的沖擊作用，一些新的觀點和理論應運而生，解決了電力工業許多一直沒有解決的問題。GPS 相量測量裝置與常規 RTU 相結合，使調度中心的 EMS 功能從穩態向動態轉變，也使電力系統的全局穩定和恢復控制成為可能。

2、電力自動化的重要性

對于 220kV 以上高電壓等級變電站來說，由于其重要性，因此其各種設備的自動化裝置要求獨立而互不干擾，象保護、測控、五防、消防、電能計量等都各自有自己的獨立系統，各系統之間也不是完全孤立的，它們之間也有通信聯系，也可以信息共享，這樣做的好處也是顯而易見的，各系統獨立運行，其中一個系統出現問題不會影響到其它的系統，既提高了可靠性，又提高了可維護性。

隨著計算機技術和電子信息技術的發展，其在電力建設中的應用越來越廣泛和深入，尤其是現場總線、以太網等網絡技術和微電子技術的發展產生了大量高功能和可靠性方面的逐漸完善和提高，采用分層分布式結構，按間隔設計，擴充性好，安裝比較方便，各種控制電纜直接到繼電保護小室，小室內I/O單元通過現場總線連接，并與站控層通過光纖連接，抗干擾能力強，大大地減少了控制電纜的使用和敷設數量。20世紀90 年代中期，隨著計算機技術、網絡及通信技術的飛速發展，采用按間隔為對象設計測控單元，采用分層分布式的系統結構，形成真正意義上的分層分布式自動化系統。

3、測控裝置設計原則

（1）變電站測控裝置作為電網調度自動化的一個子系統，應服從電網調度自動化的總體設計要求，其配置、功能包括設備的布置應滿足電網安全、優質、經濟運行以及信息分層傳輸、資源共享的原則。

（2）本著提高電網安全、經濟運行水平、采用先進的計算機及網絡技術，功能有機集成、相互協調、提高自動化水平、減少變電站硬件的重復設置及投資費用，滿足變電站自動化及無人值守的工程需求。

（3）構造按超高壓樞紐變電站（500kV～220kV）設計，同時簡化的結構模式應能使用于中壓變電站（含 220kV終端站和10kV～35kV站）及低壓配電站（35kV、10kV站）的系統構造要求，同時兼顧考慮同保護配合。

（4）系統用分層分布式系統結構，測控裝置設計體現面向對象，功能有機集成，系統各部分有機協調的思想。充分考慮工程的實用化（分散、就地安裝等模式）。分散式配置宜采用能下放的功能盡量下放的原則，凡可以在間隔層就地完成的功能，無需通過網絡及上位機完成。

（5）采用代表國際技術發展先進潮流的、標準而成熟的通信網絡技術。對于 220kV樞紐站及 330kV、500kV 超高壓變電站，其網絡層及站控層宜采用雙重化、冗余配置，如雙網絡、光纖雙環冗余自愈系統等手段。采用國際標準通信規約協議，充分考慮網絡的開放性、可擴充性以及工程化的相關問題。同時具備雙以太網和雙現場總線，信息傳輸更流暢，組網方式更靈活。

（6）在系統設計時必須考慮同我國電力通訊網的接口問題，系統支撐軟件符合 ISO開放系統規定，系統的各類數據、通信規約及網絡協議的定義、格式、編程、地址等與相應的電網調度自動化系統保持一致，以適應電力工業信息化的發展要求。系統能適應電力通訊網的多種通訊方式，還要考慮同電網調度自動化系統、配電自動化系統、電能計費系統等的接入問題。

（7）站控層應能實現對全站進行監視、保護、控制以及設備檢測功能的綜合管理。間隔層 IED 符合設計規范及技術指標要求，同時可以適應多種網絡接口；采用測量、控制一體化設計。

（8）傳統的變電站測控裝置采用串形口通信方式，其通信速率和資源共享均受到限制。新系統采用總線型局域網絡，其通信速率高，傳輸可靠。

（9）變電站內，特別是高壓小間內存在強大的電磁干擾。應充分考慮電磁干擾對IED（智能電子設備）裝置要求。另外在通信方式上優先采用光纖通信方式，同時鑒于光纖安裝、維護復雜及費用較高，在中低壓變電站可選用屏蔽電纜為通信介質。同時保證經濟合理性及技術先進性。

現代電網結構日趨復雜，電網容量不斷擴大，電網實時信息傳送量成倍增多，對電網運行的實時性、可靠性要求也越來越高。隨著集成電路和計算機技術的飛速發展，各種新型的大規模集成電路將會進一步應用在測控裝置上。這些新器件的應用將使測控裝置的電路板更加小型集成化，裝置通信、數據存儲及處理能力更強。高集成化系統的發展，無疑能降低成本，提高系統可靠性，有利于實現統一的運行管理。

4、結語

變電站自動化系統最終向數字化發展，如智能開關設備、智能電子裝置（IED）等的出現，使變電站自動化技術進入了數字化階段。智能化設備逐漸取代傳統的設備，使變電站層、間隔層、過程層最終用網絡聯接起來，并實現統一的通信標準。總之，變電站自動化技術是伴隨著現代科技技術發展，尤其是網絡技術、計算機軟、硬件技術及超大規模集成電路技術的發展而不斷進步。IEC61850標準的實施應用，電能質量監測管理，一次設備的在線監測，網絡安全技術，基于同步相量測量裝置的電力系統實時動態監測，以及如何融入變電站自動化系統，都是變電站測控裝置所要研究的課題。另外對以后的高電壓等級變電站也有可能將保護與測控結合在一起，這也應引起我們足夠的重視，及時進行技術和市場調研，為今后的產品開發做好準備。

參考文獻

[1]姚曉松.對電力系統繼電保護自動化發展的論述[J]大科技：科技天地，2011（12）

[2]王大鵬.電力系統繼電保護測試技術[J]中國電力出版社，2009

[3]孔林.基于雙工控機的微機繼電保護測試儀研究與實現[J]華中科技大學，2009.

（作者單位：河北省秦皇島市秦熱發電有限責任公司）