自动化技术在智能变电站自动化系统中的应用

自动化技术在智能变电站自动化系统中的应用

摘要：随着智能电网建设，智能变电站、配电自动化技术和调度自动化系统的

不断完善，使得各种智能电网技术逐步实现技术的融合，从而加强电网配置资源

的能力，提高电网安全运行水平。基于此，本文就智能变电站自动化系统中自动

化技术应用方面的内容进行了分析探讨，以供参阅。

关键词：自动化技术；智能变电站自动化系统；应用

1智能变电站

智能变电站是指采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信

息数字化、通信平台网络化、信息共享、标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能变电站如同

智能电网一样，他们的发展在全世界还处于起步阶段.但发展智能电网已经逐渐成

为世界各地区电力行业的共识，本世纪初，实时性和可靠性满足保护功能要求的

网络通信技术，以及适应互感器、开关等过程层设备恶劣环境的电子技术己基本

成熟，以及光纤通信技术的大步发展，实现间隔层信息交换数字化、过程层设备

数字化以及间隔层与过程间信息交换数字化的全数字化变电站成为变电站技术发

展的热点。

2自动化技术在智能变电站中的应用意义

智能变电站是由先进的智能化设备构成，以互联网通信技术为依托，高效传

输变电站的各项数据，实现数据的收集与测量，通过数据实现对变电站中故障的

智能化分析，并给出解决意见。如果变电站发生故障，自动化系统会采取一定的

措施“告知”工作人员，使工作人员能及时发现问题、解决问题。数字化变电站强

调的是过程，而智能变电站强调的则是目的。与传统的变电站相比，智能变电站

中的自动化系统能够对整个变电站实施全过程监控，减轻变电站的负荷，提升变

电站的运行效率，进而提高电力公司的经济效益。因此，自动化系统在智能变电

站中的有效运用，在推动我国电力系统与整个电网的发展中发挥着极其重要的作用。

3智能变电站的自动化系统结构

现在在变电站自动化设计发展中，光电式互感器机电一体化设备的出现、智

能开关的使用、以及智能化电气的发展，使智能变电站自动化技术得到了更快的

改变。在除中低压之外懂得变电站中，装置一些保护装置、测控装置以及像控制

操作回路、A／D变换、光隔离器件等的自动装置，它们都可以作为智能变电站

中一次设备的一部分。另一方面，智能变电站中常规继电保护装置也被采用了数

字化传感器、测控、控制回路的一次设备所代替了；而中低压变电站也可以实现

机电一体化，只是需要将保护和监控装置以完整性、小型化、紧凑化地安装即可。在物理结构上，可将智能化变电站系统分为两个类型，其为智能化的一次设备和

网络化的二次设备。在逻辑结构上，可将智能化变电站系统分为三个层次，这三

个层次分别为过程层、间隔层、站控层。（1）过程层：是智能化的一次设备和

网络化二次设备的结合面，也可以理解为过程层作为智能化部分在智能化电气设

备中。其主要功能有三种：第一，在电力运行时，进行实时检测；第二，对运行

设备的状态进行检测；第三，对操作控制进行执行与驱动。（2）间隔层：其主

要功能是对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启

下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上

下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可

靠性。（3）站控层：其主要任务是通过2级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登陆历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调

度或控制中心；接收调度或集控中心有关控制命令；并转间隔层、过程层执行；

具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有（或备有）站内当地监控，人机

联系功能；具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数

的功能；具有（或备有）变电站故障自动分析和操作培训功能。

4自动化技术在智能变电站自动化系统中的应用

4.1共网传输技术

智能变电站自动化系统采用二网三层结构设计，通过利用GOOSE通信技术，

在智能变电站系统中能够对变压器跳闸、母线差动实现有效保护；在开关端子箱

中安装相应智能终端，实现开关智能化调控；过程层采用IEEE+GOOSE+SV共网方式，仔细分析共网模式，特别注意研究网络通信同步技术，实现数字化保护。同时，利用合并单元计数器对变电站运行过程中的故障录波进行仔细分析，在通信

过程中交换机网络往往会受到抖动、中断、延时等因素干扰，直接影响故障录波

分析，导致实际和结果产生偏差，因此，共网传输技术在智能变电站中的应用，

还可以结合数字化故障录波系统，及时发现变电站运行问题。

4.2电子互感器的应用

为了增强变电站应对突发情况的自我保护能力，在智能自动化系统中设置了

两套不同的保护系统的措施，设计了独特的回路设备应用在电子互感器的合并单

元以及末端单元中。分析处理设备中产生的相关影响，将应用了罗氏原理的互感

器放置在变电站线路中，全光纤材质的互感器取代了传统配置应用在主变压器的

电流互感器中，分析母线的差动保护。对于线路的光差保护，两端分别才用了不

同的互感器，分别是常规的模拟互感器以及电子互感器，用这些来辅助对线路保

护的分析；充分合理的将智能终端，开关线上勘察以及传统的开关等方法相结合

来保证开关设备的智能化，数字化。将绕阻光纤测温传感器提前安置在变压器的

内部。

4.3同步时钟源设计

电子式互感器在智能变电站中应用非常广泛，若合并单元时钟不同步，往往

会导致保护闭锁，这主要是由于时间源输出发生抖动现象或者卫星时钟同步设备

无时间源输出等。为了防止合并单元时钟不同步，将卫星时钟同步装置分为时钟

源和时间两部分，其中，应确保时钟源的稳定性，防止突然输出时钟或者出现抖动；时间应保持和卫星时间的一致性，因此应实现GPS优化设计。在实际应用中，卫星信号捕获之前，上电以后利用系统的自带时钟，根据实时采集的脉冲信号，

使GPS标准时钟和时钟信号保持同步性。考虑到GPS和内部时钟的不一致性，GPS初期往往需要一段调整时间，所以当GPS卫星信号丢失时，装置自动进入受

时模式，这时应根据此前秒长平均值科学选取秒长；当GPS模块提供相对稳定的

脉冲以后，这说明设备调整为平滑模式，为了保障GPS模块的准确性，应采用缓

慢跟踪方式，每秒钟调整偏差应控制在3μs以内。一般情况下，两个GPS时钟源

中一个为备用，一个投入运行，备用时钟可监视和接收对时报文，但不会发送对

时报文。一旦工作时钟源发生故障，备用时钟源会自动运行，不需要对时钟源进

行来回反复的切换，利用同步时钟源的对时信号，提高对时装置的稳定性和可靠性。