臨沂電力學校為您淺析變電站自動化係統發展

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(xiang) 電網改造與(yu) 建設中不僅(jin) 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(cong) 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(jia) ，這已經成為(wei) 不爭(zheng) 的事實。然而，技術的發展是沒有止境的，隨著智能化開關(guan) 、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係統中的開發應用，勢必對已有的變電站自動化技術產(chan) 生深刻的影響，全數字化的變電站自動化係統即將出現。

一、數字化變電站自動化係統的特點

1、智能化的一次設備一次設備被檢測的信號回路和被控製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製回路的結構，數字程控器及數字公共信號網絡取代傳(chuan) 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製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(nei) 常規的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控製裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控製、同期操作裝置以及正在發展中的在線狀態檢測裝置等全部基於(yu) 標準化、模塊化的微處理機設計製造，設備之間的連接全部采用高速的網絡通信，二次設備不再出現常規功能裝置重複的I/O現場接口，通過網絡真正實現數據共享、資源其享，常規的功能裝置在這裏變成了邏輯的功能模塊。

3、自動化的運行管理係統

變電站運行管理自動化係統應包括電力生產(chan) 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分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；係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(wei) "狀態檢修"。

二、數字化變電站自動化係統的結構

在變電站自動化領域中，智能化電氣的發展，特別是智能開關(guan) 、光電式互感器機電一體(ti) 化設備的出現，變電站自動化技術進入了數字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O 單元，如 A/D 變換、光隔離器件、控製操作回路等將割列出來作為(wei) 智能化一次設備的一部分。反言之，智能化一次設備的數字化傳(chuan) 感器、數字化控製回路代替了常規繼電保護裝置、測控等裝置的 I/O 部分；而在中低壓變電站則將保護、監控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關(guan) 櫃上，實現了變電站機電一體(ti) 化設計。數字化變電站自動化係統的結構在物理上可分為(wei) 兩(liang) 類，即智能化的一次設備和網絡化的二次設備；在邏輯結構上可分為(wei) 三個(ge) 層次，根據 IEC6185A 通信協議草案定義(yi) ，這三個(ge) 層次分別稱為(wei) "過程層"、"間隔層"、"站控層"。

1、過程層

過程層是一次設備與(yu) 二次設備的結合麵，或者說過程層是指智能化電氣設備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）電力運行實時的電氣量檢測；（2）運行設備的狀態參數檢測；（3）操作控製執行與(yu) 驅動。

（1）電力運行的實時電氣量檢測

與(yu) 傳(chuan) 統的功能一樣，主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可通過間隔層的設備運算得出。與(yu) 常規方式相比所不同的是傳(chuan) 統的電磁式電流互感器、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代；采集傳(chuan) 統模擬量被直接采集數字量所取代，這樣做的優(you) 點是抗幹擾性能強，絕緣和抗飽和特性好，開關(guan) 裝置實現了小型化、緊湊化。

（2）運行設備的狀態參數在線檢測與(yu) 統計

變電站需要進行狀態參數檢測的設備主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源係統。在線檢測的內(nei) 容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態等數據。

（3）操作控製的執行與(yu) 驅動操作控製的執行與(yu) 驅動包括變壓器分接頭調節控製，電容、電抗器投切控製，斷路器、刀閘合分控製，直流電源充放電控製。過程層的控製執行與(yu) 驅動大部分是被動的，即按上層控製指令而動作，比如接到間隔層保護裝置的跳閘指令、電壓無功控製的投切命令、對斷路器的遙控開合命令等。在執行控製命令時具有智能性，能判別命令的真偽(wei) 及其合理性，還能對即將進行的動作精度進行控製，能使斷路器定相合閘，選相分閘，在選定的相角下實現斷路器的關(guan) 合和開斷，要求操作時間限製在規定的參數內(nei) 。又例如對真空開關(guan) 的同步操作要求能做到開關(guan) 觸頭在零電壓時關(guan) 合，在零電流時分斷等。

2、間隔層

間隔層設備的主要功能是：（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製功能；（3）實施本間隔操作閉鎖功能；（4）實施操作同期及其他控製功能；（5）對數據采集、統計運算及控製命令的發出具有優(you) 先級別的控製；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與(yu) 過程層及站控層的網絡通信功能。必要時，上下網絡接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗餘(yu) 度，保證網絡通信的可靠性。

3、站控層

站控層的主要任務是：（1）通過兩(liang) 級高速網絡匯總全站的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，按時登錄曆史數據庫；（2）按既定規約將有關(guan) 數據信息送向調度或控製中心；（3）接收調度或控製中心有關(guan) 控製命令並轉間隔層、過程層執行；（4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控製功能；（5）具有（或備有）站內(nei) 當地監控，人機聯係功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體(ti) 功能；（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（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓功能。

三、數字化變電站自動化係統中的網絡選型

網絡係統是數字化變電站自動化係統的命脈，它的可靠性與(yu) 信息傳(chuan) 輸的快速性決(jue) 定了係統的可用性。常規變電站自動化係統中單套保護裝置的信息采集與(yu) 保護算法的運行一般是在同一個(ge) CPU 控製下進行的，使得同步采樣、A/D 轉換，運算、輸出控製命令整個(ge) 流程快速，簡捷，而全數字化的係統中信息的采樣、保護算法與(yu) 控製命令的形成是由網絡上多個(ge) CPU 協同完成的，如何控製好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個(ge) 複雜問題，其最基本的條件是網絡的適應性，關(guan) 鍵技術是網絡通信速度的提高和合適的通信協議的製定。

如果采用通常的現場總線技術可能不能勝任數字化變電站自動化的技術要求。目前以太網（ethernet）異軍(jun) 突起，已經進入工業(ye) 自動化過程控製領域，固化 OSI 七層協議，速率達到100MHz 的嵌入式以太網控製與(yu) 接口芯片已大量出現，數字化變電站自動化係統的兩(liang) 級網絡全部采用 100MHz 以太網技術是可行的。

四、數字化變電站自動化係統發展中的主要問題

在三個(ge) 層次中，數字化變電站自動化係統的研究正在自下而上逐步發展。目前研究的主要內(nei) 容集中在過程層方麵，諸如智能化開關(guan) 設備、光電互感器、狀態檢測等技術與(yu) 設備的研究開發。國外已有一定的成熟經驗，國內(nei) 的大專(zhuan) 院校、科研院所以及有關(guan) 廠家都投入了相當的人力進行開發研究，並且在某些方麵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(zhuan) 業(ye) 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(ge) 專(zhuan) 業(ye) 協同攻關(guan) ；（2）材料器件方麵的缺陷及改進；（3）試驗設備、測試方法、檢驗標準，特別是 EMC（電磁幹擾與(yu) 兼容）控製與(yu) 試驗還是薄弱環節。