變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀及趨勢分析

曹 帥

（西山煤電電力公司， 山西 太原 030053）

引言

變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一，綜合變電站自動(dòng)化技術(shù)在變電站控制中有廣泛應(yīng)用，不僅可以有效解決傳統(tǒng)變電站存在的問題，而且將先進(jìn)的電子通訊技術(shù)、智能控制技術(shù)、信號(hào)處理等技術(shù)融合進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的合理、智能化控制，進(jìn)一步提高了供電系統(tǒng)的可靠性[1-2]。盡管我國在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)方面取得了一定的成績，但我們對其核心技術(shù)掌握還不夠深入，且在其應(yīng)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)選型不完善、不合理現(xiàn)象。因此，對變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行深入研究與分析，以期為進(jìn)一步研究變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展歷程

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段，具體如下[3-6]：

1）階段一。我國變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究始于1980 年，該階段的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用RTU 作為核心控制元件，并將其與主機(jī)、保護(hù)裝置、調(diào)制解調(diào)器、輸入裝置等連接起來，實(shí)現(xiàn)其對各裝置的合理調(diào)控，且結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。該系統(tǒng)利用RTU 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“四遙”功能，但系統(tǒng)的功能穩(wěn)定性較差。

2）階段二。該階段，我國變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用集中分布式控制技術(shù)對系統(tǒng)的功能進(jìn)一步細(xì)化，有效提高了系統(tǒng)的各部分性能，且其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 RTU 控制變電站綜合自動(dòng)化控制結(jié)構(gòu)

圖2 集中式分布式變電站綜合自動(dòng)化控制結(jié)構(gòu)

由圖2 可知，集中式分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分為三階，主要由監(jiān)控單元、通信單體、數(shù)據(jù)采集單元、保護(hù)單元部分組成，其中第一階的監(jiān)控單元是利用監(jiān)控主機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；第二階是利用通信單元為中間媒介將上下階串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)信息的接收與傳遞功能；第三階是利用數(shù)據(jù)采集單元來完成對模擬量、開關(guān)量、脈沖量等信息的接收與傳遞功能，而且在信息傳遞過程中，需要保護(hù)單元與監(jiān)控單元配合對信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與保護(hù)。多個(gè)單元緊密配合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集中分布式控制。雖然該系統(tǒng)在功能方面有所提高，但是系統(tǒng)比較復(fù)雜，且穩(wěn)定性不好。

3）階段三。在階段三時(shí)期，現(xiàn)場總線技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速興起并廣泛應(yīng)用在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了其分層分布式控制，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 分層分布式變電站綜合自動(dòng)化控制結(jié)構(gòu)

由圖3 可知，分層分布式變電站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的變電站綜合系統(tǒng)上進(jìn)行改進(jìn)的，分為站控層、通信層、間隔層三個(gè)級別，其中站控層是利用站級計(jì)算機(jī)來完成信息的判斷與處理，是最為核心的部分；通信層主要是利用通信單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；間隔層是利用多個(gè)I/O 單元與保護(hù)單元來對一次設(shè)備進(jìn)行合理控制。采用分層分布式控制技術(shù)不僅簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用功能以及通訊方式

變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，對于該技術(shù)而言應(yīng)該具備站內(nèi)監(jiān)控功能、控制可調(diào)功能、電壓無功控制功能、GPS 自動(dòng)對時(shí)功能、故障錄波功能、小電流接地選線功能、五防閉鎖功能、繼電自我保護(hù)功能、同期功能、消防和保衛(wèi)等多種功能[7]。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅要保證功能齊全，而且要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性能良好。

對于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)而言，自動(dòng)化檢測功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是可以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的快速、穩(wěn)定傳遞，而目前應(yīng)用在變電站系統(tǒng)上的通信方式主要有工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)，具體情況如表1 所示[8-9]。

表1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方式

3 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)存在的問題

通過查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)并對該系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行歸納總結(jié)，具體為：

1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范。變電器綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一項(xiàng)新型的高新技術(shù)，但由于國家并沒有對該項(xiàng)技術(shù)制定專業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，造成了不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備存在不匹配的問題，不僅會(huì)影響自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且也會(huì)造成成本的增加，為用戶帶來極大的不便。

2）系統(tǒng)內(nèi)部的保護(hù)監(jiān)控單元功能缺失。電氣設(shè)備與機(jī)械設(shè)備之間最大的區(qū)別在于機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠給人以直觀的反饋，便于維修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所在。而對于電氣設(shè)備來說，當(dāng)其發(fā)生故障時(shí)很難找出問題所在，往往需要借助一些輔助工具才能發(fā)現(xiàn)問題。目前常用的變電站系統(tǒng)在內(nèi)部保護(hù)監(jiān)控單元方面缺少故障過濾功能，由于沒有故障過濾裝置，使得跳閘現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成故障的原因，也為分析故障原因帶來很大的不便。

3）遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸處理能力不強(qiáng)。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行與信息的傳遞、接收與處理密切相關(guān)，而且信息傳遞、接收、處理的能力將直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的效率以及性能的穩(wěn)定性。目前變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用中常會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)不能上傳保護(hù)定值、不能根據(jù)遙控開關(guān)的相關(guān)操作及時(shí)接收、處理信號(hào)等問題。由此表明信息傳輸系統(tǒng)在遠(yuǎn)動(dòng)信息傳遞、接收與處理方面存在較大的弊端。

4）后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)性能較差。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境相對較為惡劣，控制系統(tǒng)控制設(shè)備多，系統(tǒng)處理信息量大，因此對后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)要求比較高。在工程應(yīng)用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)后臺(tái)監(jiān)控電腦卡機(jī)、死機(jī)等現(xiàn)象，主要原因在于電腦自身性能較差，電腦與系統(tǒng)的匹配程度不高。因此，需要進(jìn)一步提高后臺(tái)監(jiān)控電腦的整體性能，確保監(jiān)控系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢

隨著時(shí)代的變化，科技的不斷提高，變電站自動(dòng)化技術(shù)也應(yīng)該跟隨時(shí)代的潮流，朝著智能化、多功能化的方向發(fā)展。

1）智能化。“中國制造2025”戰(zhàn)略的提出為各大行業(yè)的發(fā)展指明了前進(jìn)的方向，使其朝著智能化的方向發(fā)展，對于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)來說同樣如此。變電站自動(dòng)化技術(shù)在未來勢必會(huì)朝著智能化的方向發(fā)展，這樣不僅會(huì)提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率，而且會(huì)進(jìn)一步降低工程建設(shè)的成本。因此需要將現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念與先進(jìn)的檢測、控制技術(shù)應(yīng)用在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)上，加快其智能化進(jìn)程。

2）規(guī)范化。對于一個(gè)行業(yè)來說有自身的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對于一項(xiàng)技術(shù)來說也應(yīng)該有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前國家沒有在這方面制定完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從一定程度上阻礙了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。但是在未來的發(fā)展過程中，應(yīng)該對該項(xiàng)技術(shù)制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備可以互相匹配，而且應(yīng)盡量地使相關(guān)零件標(biāo)準(zhǔn)化，加快技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

3）多功能化。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，涉及范圍廣，對變電站控制系統(tǒng)功能提出了更高的要求。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能越豐富，越有利于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣。因此，未來變動(dòng)站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)勢必會(huì)朝著多功能化的方向發(fā)展。