变电站自动化系统的发展与应用

变电站自动化系统的发展与应用

发表时间：2016-04-05T16:13:30.517Z 来源：《基层建设》2015年23期供稿作者：韦元显

[导读] 对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件环境的改善，它的优越性必将进一步体现出来。

韦元显

摘要：本文通过回顾变电站自动化系统的发展，结合变电站自动化系统的现状，对系统结构、通讯方式和能实现的基本功能及变电站自动化的发展趋势进行初步探讨。对实际中出现的一些问题进行分析并提出了解决问题的建议。

关键词：变电站自动化系统；发展现状；系统结构；实现功能；存在的问题

变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。

一、变电站自动化系统的发展现状

变电站自动化系统集变电站保护、测量、监视和远方控制于一体，替代了常规的变电站保护、仪表、中央信号、远动装置（RTU）等二次设备，由集中控制式RTU，即通过变送器及一些数字接口电路对变电二次系统的一些测量和信号进行采集，采集量送至单片机或工控机进行集中处理。通过变电站各种设备间相互交换信息、数据共享，实现对变电站运行的自动监视、管理、协调和控制，提高了变电站保护和控制性能，从而改善和提高了电网的控制水平；使变电站设计合理、布局紧凑、运行安全可靠。更为重要的是变电站综合自动化的发展，为电网综合自动化的发展和深入提供了广阔的天地。

随着电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展，现今变电站将各独立的间隔控制器和间隔继电保护装置通过高速的通信网络组合起来，实现各间隔层独立工作、数据共享，上位机对共享数据进行集中处理和传输，形成了一个集电气量的采集、电气设备（如断路器）的状态的监视、控制和调节、变电站的正常运行的监视和操作、事故时瞬态电气量的采集、监视和控制（由继电保护、故障录波等所完成）、事故后的变电站恢复正常运行的操作于一体的强大的综合系统。

二、国内外变电站自动化系统的结构形式

目前，国内外变电站自动化系统设计上大体可分为以下3种结构形式：

（1）集中式结构：集中式结构是将设备按其功能归类划分，形成若干个独立系统，各系统分别采用集中装置来完成自身的功能。集中式结构一般由1个或2个CPU实现对整个变电站的保护、监视、测量、远动的集中控制。集中式控制系统的优点是构成较简单、主机控制系统集中、便于分配调度各种实时任务、响应速度快、节省投资；缺点是主机系统负荷繁重、主机单CPU可靠性不高。为了提高可靠性，一般采用双系统互为备用。

（2）分散式结构：这种结构方式一般是按一次回路进行设计。首先将设备按一次安装单位划分成若干单元，将控制单元、微机保护单元、数据采集单元安装在户外高压断路器附近或户内开关柜内。然后将各分布单元用网络电缆互联，构成一个完整的分散式综合自动化系统。其优点：各个功能单元上既有通信联系，又能相对独立，便于系统扩展，便于维护管理，当某一环节发生故障时，不至于相互影响；此外，它的抗电磁干扰能力强、可靠性高，在二次系统设计上能最大限度地减少二次设备的占地面积并节省大量电缆及接线。

（3）集中与分散结合式结构：这种结构方式介于集中式与分散式两种结构之间，形式较多。目前国内应用较多的是分散式结构集中式组屏。这种结构方式具有分散式结构的全部优点，由于采用了集中式组屏，有利于系统的设计、安装与维护管理。因为中低压变电站的一次设备比较集中，宜采用此种结构方式。

三、变电站自动化系统应能实现的功能

1．数据采集及处理功能。包括状态数据，模拟数据和脉冲数据。

2．控制和操作功能。操作人员可通过后台机屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组的投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。

3．微机保护。对站内所有电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及设备自投，低频减载等安全自动装置。

4．数据处理和记录。历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：

（1）断路器动作次数、切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数；

（2）输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大，最小值及其时间；

（3）独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间；

（4）控制操作及修改整定值的记录。根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现；

（5）人机联系系统的自诊断信息。

5．系统的自诊断功能。系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能，方便维护与维修，可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置。

四、存在的问题及解决问题的思考

由于变电站自动化系统是一个多专业合作的事业，涵盖了保护、自动化、通信等多个专业，系统在运行中存在许多方面的问题亟待解决：

1、数据采集方面的问题：

系统对数据采集的要求是不失真地传送交流量的前提下保证数据的精确度。而保护和测控所要求的有所不同：保护装置要求在任何情况下不失真（包括事故情况下的大的交流量），而对数据的精确度要求不是太高（大于0.5级即可）；测控装置要求较高的精确度（大于0.2级），而故障情况下的大的交流量不要求精确传送。现在的低压（35KV、10KV）装置将保护和测控做到了一体化，即共用了一个数据

采集模块，保护和测控要求不同的矛盾就将体现，在优先满足保护要求的前提下必将牺牲精确度。

为了解决这一矛盾，建议采用双采样模块，将保护和测控的交流采样分开。

2、通信方面的问题：

（1）通信电源故障造成整个通信中断时有发生，其影响极大。所以建立通信电源监控系统和加强通信电源维护，提高通信电源稳定性意义极大。

（2）通信通道问题，尽管通信通道故障率低，但通道故障往往发生在系统故障多发时，一旦中断，给系统的事故判断和处理带来难以想象的困难。

（3）通信规约的问题。1801规约的数据位12位，而变电站数据16位，造成数据采集误差；遥控有时存在不明原因的拒动；有的变电站开关变位信号有时捕捉不到，直流系统、电压无功优化系统等小系统的规约与综合自动化规约配合不够顺畅。

3、抗干扰的问题：

现场对开关量输入、输出回路的干扰，造成误发遥信的问题比较普遍，这也是当前要解决的主要问题。（1）系统波动时，如系统运行方式变化、负荷变化、雷击、各种故障情况下，误发遥信的问题；（2）系统故障点较多时，信息传输量较大，造成通道阻塞，有重复信息、无用信息、误发信息上传，而有用信息上传滞后或不能上传。

解决问题的几点建议：

（1）加强站内通信网络的抗干扰和防雷措施。间隔层与站控层的通信是通过站内构建以太网、LAN网或其他，现在对其的抗干扰或防雷我们考虑极少或根本不考虑，造成变电站在系统波动时信息误发、通信网卡雷击损坏。

（2）各专业均衡协调，对信息量规范管理。现在我们的变电站信息量少则几百点，多则上千点，这在站内通信有高速以太网、LAN网或其他，不存在问题，但在自动化主站和子站的通信数据流大时，问题就明显暴露。

结束语：变电站自动化系统是一个多专业合作的事业，需要我们统一规划、多专业协调合作、规范通信规约和系统管理，通过各专业的共同努力来发现和解决存在的问题。变电所综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化，提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用，它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件环境的改善，它的优越性必将进一步体现出来。

参考文献：

[1]杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势.电力系统自动化.

[2]袁季修.保护通信接口标准介绍（一）（二）.电力系统自动化.