變電站綜合自動化系統及其技術

　　近年來，隨著計算機技術的發展，變電站綜合自動化系統廣泛使用，推動了電力系統計算機自動化技術的發展，變電站綜合自動化技術也日趨完善。本文主要研究變電站綜合自動化系統及其技術。

　　《電站輔機》(季刊)創刊于1980年，由上海電站輔機廠有限公司主辦。雜志旨在介紹電站設備的設計、制造理論和科研成果，同時涵蓋許多關于調試、運行、維修等方面的專題文章，及時報道電力行業的各種情報信息。是國內唯一的關于電站輔機方面的技術刊物?？晒V大從事電站輔機的科研、設計制造單位和電廠科技人員及有關高等院校師生參考。

　　目前，變電站自動化系統已經廣泛應用于各級變電站，自動化程度高，運行狀態穩定，在實際運行中，充分發揮了技術先進、運行可靠的特點。然而，在實際運行中，變電站自動化系統也出現了一些問題，有些問題已經影響到變電站整體的安全、可靠和穩定運行。因此，對變電站自動化系統存在的問題和發展前景進行研究，具有現實意義。

　　1、變電站自動化系統的組織模式

　　1.1集中式

　　能實時采集變電站中模擬量、開關量，完成數據采集、實時監控、制表、打印、事件順序記錄等功能：完成對主要設備的進出線保護任務。優點是：集中，結構緊湊，體積小，減少占地面積，從而造價低，對于5kv或小規模變電站有利;缺點是：①前置管理機任務繁重、引線多，降低了整個系統的可靠性，若前置機故障，將失去當地及遠方的所有信息及功能;②軟件復雜，修改工作量大，系統調試煩瑣;③組態不靈活，對不同主接線或規模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設計，工作量大并且擴展一些自動化需求的功能較難。

　　1.2分層(級)分布式系統集中組屏結構

　　可靠性好，模塊化結構，軟件相當簡單，調試方，組態靈活;具有與系統控制中心的通信功能，不需單獨為調度采集信息;相當獨立。電源、輸入/輸出回路都相當獨立;工作環境好。屏在室內，干擾弱，管理維護方便。

　　1.3分布分散式與集中相結合的結構

　　以每個電網元件(一條出線、變壓器、一組電容器)為對象，測量、保護、控制一體組屏。其簡化變電站二次部分的配置，縮小控制室面積;減少施工、各安裝工程量;可靠性高，組態靈活，檢修方便。

　　1.4全分散式

　　區別于集中組屏，可將保護和SCADA集成功能模塊分散安裝于各開關柜，并通過光纖技術和局域網絡卡聯系起來，構成全分散式啟動化系統。

　　2、變電站自動化系統的常見通訊方式

　　目前，國內常采用以太網通訊方式，在以太網出現之前，無論RS—232C、EI'A—422/485都無法避免通信系統繁瑣、通訊速度緩慢的缺陷。現場總線的應用部分緩解了變電站自動化系統對通信的需求，但在系統容量較大時依然顯得捉襟見肘，以太網的應用，使通訊問題迎刃而解。常見的通訊方式有：

　　〔1〕雙以太網、雙監控機模式，主要是用于220-500kV變，在實現上可以是雙控機+雙服務器方式，支撐光/電以太網。

　　〔2〕單以太網，雙/單監控機模式。

　　〔3〕雙LON網，雙監控機模式。

　　〔4〕單LON網，雙/單監控機模式。

　　3、變電站自動化系統的發展趨勢

　　3.1變電站自動化系統向高集成化、數字化、標準統一化方向發展

　　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繼電保護和測控裝置上，如32位CPU、數字信號處理芯片、高速數據采集系統、嵌入式實時操作系統、可編程邏輯器件等。這些新器件的應用將使保護和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。將間隔的控制、保護、故障錄波、事件記錄和運行支持系統的數據處理等功能，通過模塊化設計集成在一個統一的多功能數字裝置內是可行的，間隔內部和間隔間以及間隔同站級間的通信可統一用光纖以太網來實現。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。

　　變電站自動化系統最終向數字化發展，指的是智能化電氣的發展，如智能開關設備、光電式電壓和電流互感器、智能電子裝置等的出現，使變電站自動化技術進入了數字化階段。智能化一次設備的數字化傳感器、數字化控制回路逐漸取代傳統的一次回路，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。

　　3.2分層分布式技術成為潮流

　　按變電站自動化系統二次設備分布現狀可縱向分為三層：變電站層、網絡層、間隔層：也有廠家或學者將網絡層歸入變電站層進行描述，及縱向分為變電站層、間隔層二層。這種結構相比集中式處理的系統具有以下明顯的優點：

　　(1)可靠性提高，任一部分設備故障只影響局部，即將“危險”分散，當站級系統或網絡故障，只影響到監控部分，而最重要的保護、控制功能在段級仍可繼續運行：段級的任一智能單元損壞不應導致全站的通信中斷，比如長期霸占全站的通信網絡。

　　(2)可擴展性和開放性較高，利于工程的設計及應用。

　　(3)站內二次設備所需的電纜大大減少，節約投資也簡化了調試維護。

　　3.3以太網進入變電站自動化領域成為必然

　　目前采用的現場總線有：Lonworks、Canbus等速率為1～12M;以太網通信方式，速率大多為IOM/100M自適應。現場總線具有使用方便、簡單、經濟的特點，以太網具有網絡標準、開放性好、高速率、傳輸容量大的特點。由于變電站自動化向分布式、智能化的實時控制方向發展，通信技術已成為系統失敗的關鍵，用戶對統一的通信協議和網絡的要求日益迫切，隨著技術和應用的發展，以太網進入工業控制或變電站自動化領域成為必然。

　　4、變電站自動化系統存在問題

　　4.1技術標準問題

　　目前，變電站綜合自動化系統的設計還沒有統一標準，因此標準問題(其中包括技術標準、自動化系統模式、管理標準等問題)是當前迫切需要解決的問題。

　　4.1.1不同產品的接口問題

　　接口是綜合自動化系統中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一，包括RTU、保護、小電流接地裝置、故障錄波、無功裝置等與通信控制器、通信控制器與主站、通信控制器與模擬盤等設備之間的通信。這些不同廠家的產品要在數據接口方面溝通，需花費軟件人員很大精力去協調數據格式、通信規約等問題。當不同廠家的產品、種類很多時，問題會很嚴重。如果所有廠家的自動化產品的數據接口遵循統一的、開放的數據接口標準，則上述問題可得到圓滿解決，用戶可以根據各種產品的特點進行選擇，以滿足自身的使用要求。

　　4.1.2抗干擾問題

　　關于變電站綜合自動化系統的抗干擾問題，亦即所謂的電磁兼容問題，是一個非常重要然而卻常常被忽視的方面。傳統上的變電站綜合自動化設備出廠時抗干擾試驗手段相當原始，僅僅做一些開關、電焊機、風扇、手提電話等定性實驗，到現場后往往也只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標，這是一個極大的隱患。變電站綜合自動化系統的抗干擾措施是保證綜合自動化系統可靠和穩定運行的基礎，選擇時應注意，合格的自動化產品，除滿足一般檢驗項目外，主要還應通過高低溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試驗、動模試驗，而且還要重點通過四項電磁兼容試驗，分別是：lMHz脈沖干擾試驗、靜電放電干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、快速瞬變干擾試驗。

　　4.1.3傳輸規約和傳輸網絡的選擇問題

　　變電站和調度中心之間的傳輸規約。目前國內各個地方情況不統一，變電站和調度中心之間的信息傳輸采用各種形式的規約。IECTC57即將制定無縫遠動通信體系結構，具有應用開放和網絡開放統一的傳輸協議IEC61850。該協議將是變電站(RTU或者變電站綜合自動化系統)到控制中心的唯一通信協議，也是變電站綜合自動化系統，甚至控制中心的唯一的通信協議。目前各個公司使用的標準尚不統一，系統互聯和互操作性差，因此，在變電站綜合自動化系統建設和設備選型上應考慮傳輸規約問題，即在變電站和控制中心之間應使用101規約，在變電站內部應使用103規約，電能量計量計費系統應使用102規約。新的國際標準IEC61850頒布之后，變電站綜合自動化系統從過程層到控制中心將使用統一的通信協議。

　　4.2電力管理體制與變電站綜合自動化系統關系問題

　　變電站綜合自動化系統的建設，使得繼電保護、遠動、計量、變電運行等各專業相互滲透，傳統的技術分工、專業管理已經不能適應變電站綜合自動化技術的發展，變電站遠動與保護專業雖然有明確的專業設備劃分，但其內部聯系已經成為不可分割的整體，一旦有設備缺陷均需要兩個專業同時到達現場檢查分析，有時會發生推諉責任的情況，造成極大的人力資源浪費，而且兩專業銜接部分的許多缺陷問題成為“兩不管地帶’，不利于開展工作。在專業管理上，變電站綜合自動化設備的運行、檢修、檢測，尤其是遠動系統的實時性、遙測精度、遙信變位響應速度、信號復歸和事故總信號等問題仍需要規范和加強;對傳動實驗及通道聯測的實現、軟件資料備份等問題提出了新的課題內容。

　　4.3運行維護人員水平不高的問題

　　解決好現行的變電站綜合自動化系統管理體調和技術標準等問題的同時，還要培養出一批高素質的專業隊伍。目前，變電站綜合自動化系統絕大部分設備的維護依靠廠家，在專業管理上幾乎沒有專業隊伍，出了設備缺陷即通知相應的廠家來處理，從而造成缺陷處理不及時等一系列問題。要想維護、管理好變電站綜合自動化系統，首先要成立一個專業化的隊伍，培養出一批能跨學科的復合型人才，加寬相關專業之間的了解和學習。其次，變電站綜合自動化專業的劃分應盡快明確，杜絕各基層單位“誰都管但闊不管”的現象。變電站綜合自動化專業的明確，對于加強電網管理水平，防止電網事故具有重大意義。

　　5、結束語

　　綜上所述：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，自動化系統以按對象設計的全分層分布式為潮流，朝著二次設備功能集成化，設備智能數字化方向發展;運行管理朝著各專業協調和站內無人值班模式發展。同時經濟性和可靠性變電站自動化技術發展所要考慮的問題。