變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

胡一帆　封竺伶　王思然

摘要： 隨著我國電力系統(tǒng)的不斷普及，經(jīng)濟(jì)、科技水平也得到了顯著提升，居民的生活得到了明顯改善。鑒于發(fā)展電力工程所帶來的諸多好處，我國 應(yīng)當(dāng)積極推行電力工程建設(shè)。而變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著電能轉(zhuǎn)化和電能重新分配的關(guān)鍵任務(wù)。因此，有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注變電站 建設(shè)，并不斷改革和創(chuàng)新相關(guān)技術(shù)，加速變電站升級。接下來本文將會(huì)重點(diǎn)介紹變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，并提出一些論點(diǎn)，希望能給相關(guān)人士 帶來一些幫助。

關(guān)鍵詞： 變電站;自動(dòng)化技術(shù);現(xiàn)狀;趨勢

變電站自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)施需要依靠現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，以此 為基礎(chǔ)，連接變電站的二次設(shè)備，然后對其進(jìn)行分析和組織，最終實(shí)現(xiàn)監(jiān) 測、控制和協(xié)調(diào)等功能，保證變電站的正常運(yùn)行。變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng) 用不僅能夠代替人工進(jìn)行作業(yè)，減少相關(guān)成本，而且可以提高變電站的運(yùn) 行穩(wěn)定性，降低了事故的發(fā)生概率。鑒于變電站自動(dòng)化技術(shù)帶來的各項(xiàng)好 處，研究變電站自動(dòng)化技術(shù)具有重大實(shí)際意義。

1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要包含六個(gè)方面的功能，并且分別體現(xiàn)在六 個(gè)不同的子系統(tǒng)之中，分別是：監(jiān)控子系統(tǒng);繼電保護(hù)子系統(tǒng);電壓、無 功綜合控制子系統(tǒng);電力系統(tǒng)的低頻減負(fù)荷控制子系統(tǒng);備用電源自投控? 制子系統(tǒng); 通信子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)負(fù)責(zé)不同的工作， 彼此之間相互配合， 最終落實(shí)變電站的功能。

2 傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大多是集中式，即采用不同層次的計(jì)算 機(jī)，然后對其外圍接口進(jìn)行擴(kuò)展，然后以此為基礎(chǔ)，集中采集變電站運(yùn)行 過程中產(chǎn)生的各種類型的數(shù)據(jù)，包括模擬量、數(shù)字量和開關(guān)量等等，最后 再對這些信息進(jìn)行集中處理運(yùn)算，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自 動(dòng)控制等功能。該類型的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的缺點(diǎn)明顯，對于計(jì)算機(jī)性能 的要求較高，可擴(kuò)性和可維護(hù)性也比較差，適用于中小型變電站，如果變 電站的規(guī)模比較大，采用該項(xiàng)系統(tǒng)將會(huì)大幅度提升系統(tǒng)檢修的難度。還有兩 種應(yīng)用較為廣泛的傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別是分布式和分散分布式。

2.2 存在的問題

變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用雖然取得了顯著的應(yīng)用效果，但是在實(shí)際運(yùn) 用過程中也發(fā)現(xiàn)了很多問題。首先， 一次和二次之間的信息交互模式并沒 有得到更新，還在采取老式的電纜接線模式，這種方式的施工成本高，維 修難度大，維護(hù)成本高;其次，二次采集數(shù)據(jù)較一次數(shù)據(jù)而言重復(fù)性高， 數(shù)據(jù)采集效率低; 再次，變電站中存在多套系統(tǒng)，這些系統(tǒng)之間的連通性 較差，無法形成有效的數(shù)據(jù)共享，信息共享度低，這樣就會(huì)導(dǎo)致后期信息 綜合應(yīng)用效果不佳;最后，系統(tǒng)配備了自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)， 一旦系統(tǒng)發(fā)生故障 就會(huì)產(chǎn)生警告信息，但是由于系統(tǒng)缺乏有效的過濾機(jī)制，報(bào)警信息大量產(chǎn) 生就會(huì)對工作的人員的是工作產(chǎn)生干擾，影響問題的處理速度，這樣可能 會(huì)導(dǎo)致問題進(jìn)一步發(fā)酵，產(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果。

3 數(shù)字化變電站

3.1 數(shù)字化變電站的概念

所謂數(shù)字化變電站，指在信息采集、傳輸、處理和輸出各個(gè)過程都完 全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，主要變現(xiàn)為設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化等等。數(shù)字化變電站 的特點(diǎn)包括：①一次設(shè)備智能化。采用電子互感器、智能開關(guān)等數(shù)字化數(shù) 字輸出設(shè)備。然后一次設(shè)備和二次設(shè)備間用光纖傳輸數(shù)字編碼信息的方式 交換采樣值、狀態(tài)量、控制命令等信息。②二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。改變傳統(tǒng)的 電纜控制模式，采用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行控制，能夠高效準(zhǔn)確 完成各項(xiàng)指令。③運(yùn)行管理系統(tǒng)自動(dòng)化。該系統(tǒng)包含了多個(gè)子系統(tǒng)，分別 是自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)、故障分析系統(tǒng)、程序化控制系統(tǒng)等等，通過這些系統(tǒng)能 夠?qū)崿F(xiàn)對故障的監(jiān)測和鎖定，以便于維修人員在第一時(shí)間鎖定問題，這樣 就能有效降低系統(tǒng)維護(hù)難度。

3.2 數(shù)字化變電站的主要技術(shù)特征

數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化：數(shù)字化變電站在收集信息時(shí)，采取的是數(shù)字化電氣 量測系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對電流、電壓等電氣量的精確采集，保證 了采集信息的精度。在此基礎(chǔ)之上， 一、二次采集的數(shù)據(jù)能夠更好地進(jìn)行 分辨，重復(fù)率也會(huì)明顯降低，提高了數(shù)據(jù)采集效率。在這個(gè)前提下，常規(guī) 變電站裝置冗余向信息冗余的轉(zhuǎn)變以及信息集成化應(yīng)用將成功落實(shí)。系統(tǒng)分層分布化： 最傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是集中式的， 然后經(jīng)過逐漸發(fā)展， 提出了分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，接著在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了更新，提出了分 層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能逐漸完善， 具有成熟的網(wǎng)絡(luò)通 信技術(shù)和開放式互聯(lián)規(guī)約，收集和處理信息功能完善， 反應(yīng)速度較快。根 據(jù)物理規(guī)則，數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可以劃分為兩種類型，分別是智能 化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備。從邏輯結(jié)構(gòu)上看， 也可以將其分為過 程層、間隔層、站控層三個(gè)結(jié)構(gòu)，這三個(gè)結(jié)構(gòu)層次之間采取高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 通信，彼此之間的聯(lián)系較為緊密。信息交互網(wǎng)絡(luò)化與信息應(yīng)用集成化：從 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)涉及到高電壓和高 電流，系統(tǒng)安全系數(shù)較低。而數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用的是新型互感 器，能夠?qū)⒃镜母唠妷汉透唠娏鬓D(zhuǎn)變成數(shù)字信號，這樣一來，系統(tǒng)內(nèi)部 的功率也明顯降低。站內(nèi)設(shè)備之間通過高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，二次設(shè)備 不出現(xiàn)功能重復(fù)的 I/O 接口，常規(guī)的功能裝置變成了邏輯的功能模塊，以 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及資源共享。

3.2.1 操作設(shè)備智能化

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)所采用的設(shè)備智能化水平明顯提升，以高壓 斷路器二次系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)是以微機(jī)、電子電力技術(shù)和新型傳感器為基 礎(chǔ)建立起來的。高壓斷路器的工作由微機(jī)進(jìn)行掌控，具有更高的自主性和 智能性，能夠根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況對斷路器進(jìn)行控制，準(zhǔn)確度高，保證 了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.2LPCT 的測量原理和檢驗(yàn)儀的外型

LPCT 是一種具有低功率輸出特性的電磁式電流互感器， 它的出現(xiàn)具有 里程碑的意義，確立了未來電磁式電流互感器的發(fā)展方向。它本身也具有 良好的性能，如果能對其進(jìn)行合理利用，能夠有效優(yōu)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改革創(chuàng)新， 提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。能夠?qū)崿F(xiàn)這種作 用， 和它本身的特點(diǎn)分不開。首先， LPCT 的輸出一般是直接提供給電子電 路，所以二次負(fù)載比較小;其次，其鐵心一般采用微晶合金等高導(dǎo)磁性材 料，在較小的鐵心截面下，就能夠滿足測量準(zhǔn)確度的要求。

3.3IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)

該標(biāo)準(zhǔn)由國際電工委員會(huì)制定，是一種通信標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)貫徹了整個(gè) 配電過程，從電力系統(tǒng)中心到變電站，再到配電自動(dòng)化，整個(gè)過程都是按 照這個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的。和傳統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)相比， IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)具有明顯優(yōu) 勢，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①使用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù);②使用分布、 分層體系;③使用抽象通信服務(wù)接口;④具有互操作性。

4 結(jié)束語

綜上所述，我國的電力系統(tǒng)規(guī)模正在不斷擴(kuò)大，國內(nèi)居民用電也基本? 得到了普及。隨著用戶數(shù)量的不斷增加，也給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了巨? 大挑戰(zhàn)。變電站作為電力系統(tǒng)的核心，有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)從變電站入手，創(chuàng)新? 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，促進(jìn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)朝著數(shù)字化方向發(fā)展。數(shù)字化? 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)較傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)有很大提升， 優(yōu)化了數(shù)據(jù)采集、 傳輸、處理和輸出過程，保證了各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠? 定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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