变电站自动化的意义与发展趋势

变电站自动化的意义与发展趋势

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变电站自动化的意义与发展趋势

陈鸣乐

（南京工大学浦江学院，浦电气1204，P2004120406）摘要：本文介绍了变电站自动化的基本概念，简述了变电站发展的三个阶段，我国变电站的技术特点，分析了变电站自动化的重要意义，对未来变电站自动化的发展做了初步的展望。

关键词:变电站自动化发展趋势

0 引言

时间已经步入二十一世纪上半叶，随着现代科技的发展，以电力为依托或间接依赖于电力行业能源供给的产业出现蓬勃发展的态势，由此带来的变电站的升级与改造也成为当务之急，传统的变电站受市场和建设等诸多因素的影响，其自动化水平已落后于现今智能电网的要求。近十年来，我国在变电站自动化领域的技术水平以及系统设备都有显著地发展。

1 变电站自动化系统概述

变电站自动化系统是采用数据采集、计算机和网络通信技术，通过变电站二次设备的功能归并和优化组合对变电站运行工况进行实时监视、测量、自动控制和协调的电力综合性自动化系统。在技术上涉及到测量、计量、通信、远动、计算机和自动控制等二次系统，专业上包含自动化、继电保护、变电站运行等，是计算机、网络通信和自动化技术在变电站领域的综合应用。国际电工委员会根据变电站自动化系统发展的情况提出了“变电站自动化”和“变电站自动化系统”两个名词。在IEC 61850标准中，对变电站自动化系统（SAS）的定义为：变电站自动化系统就是在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化。变电站自动化系统的基本特征是系统功能综合化、结构微机化、通信网络化、操作监视屏幕化、运行管理智能化。[1]

2 我国的变电站自动化技术

当前“变电站自动化”是将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。它取消了传统的控制屏台、表计等常规设备,因而节省了控制电缆,缩小了控制室面积［2］。我国的变电站多为传统的35kV-110kV变电站，数量约为2000余座，500kV及其以上变电站近百座。根据其自动化程度通常分为三阶段:①以RTU为基础的变电站自动化系统。

②集中式变电站自动化系统。

①以RTU为基础的变电站自动化

系统（右图）

②集中式变电站自动化系统（下

图））

③分散式变电站自动化系统

3 变电站自动化的意义

变电站作为电力单位升压输电和用户降压供电的中介器件，在整个电力系统中的重要性无出其右，由于其重要性，保证变压器的持续工作能力也就显得异常重要，传统意义上的变压器以铁芯和绕组为主要部件。辅以外部结构。安全性难以得到保障，八十年代采用的RTU基础的自动化系统还保留控制屏台，甚至未涉及继电保护。

A 现代信息化社会的发展严重依赖电力，电力系统需要具有高可靠性并且能够全时运转，这就对自动化提出了新的要求，依靠大量的数据采集与控制部件对变电站各个部分的实时工作情况进行实时监控，再由经处理器对数据进行分析和再整理，得到有价值的信息，经过反馈形成对系统问题的正确判断，最后能够由系统自行修复，达到在基本无人值守情况下能够稳定长期运行的要求。

B 一套成熟的变电站自动化系统必须由多个部分协同工作组成，其上下的硬件软件通信和维护调试等项目应当具有较高的可操作性，可提供给操作人员现场维护，调试等处理问题的模式，涉及远程控制和就地操作并存的问题，方案的设计，制造也必须保证其控制方式有效。

C 高度自动化的变电站降低了变电站工作者的工作负担与安全风险。同时还满足了电网对于高质量输电的需求，但与此同时变电站应采取冗余配置原则，以防在出现问题时能够及时的替换故障单位保证变电站的稳定持续运行，以提高系统的可靠性

4 变电站自动化的发展趋势

1997年8月国际大电网会议(CIGRE)的WG34.03工作组在《变电站内数据流的通信要求》的报告中[1, 2]分析了变电站自动化需完成63种功能,并将这些功能分为7个功能组:

(1)远动功能(四遥功能);

(2)自动控制功能(如有载调压变压器分接头和并联补偿电容器的综合控制(VQC)。电力系统低频减载、静止无功补偿器控制、配网系统故障分段/非故障段恢复供电与网络重组等);

(3)测量表计功能(如三相智能式电子电费计量表等);

(4)继电保护功能;

(5)与继电保护有关的功能(如故障录波、故障测距、小电流接地选线等);

(6)接口功能(如与微机五防、继电保护、电能计量、全球定位系统(GPS)等IED的接口)

(7)系统功能(与主站通信,当地SCADA等)。所有能实现这些功能的设备,目

前统称为智能式电子仪表(IED)。变电站自动化的目的,就是实现这些IED的信息共享,由此可减少变电站使用的电缆数量和造价,提高变电站的运行和安全可靠性,并减少维护工作量和提高维护水平。[3]

1997年的标准现在看来似乎都已实现，时隔近20年，变电站的自动化趋势也与当年发生了巨大的变化， 2012年国际大电网会议就交流了高压直流输电和电力电子技术最新进展，其中换流站尤其引人注目。会上中国的专家介绍了在中国建设1 100 kV特高压直流输电工程的可行性，阐述了主电路绝缘配合的设计，重点介绍了1100 kV 直流换流阀的结构。韩国专家对基于模块化多电平换流器的VSC—HVDC系统的电容电压控制问题进行了讨论，提出了几种方法来实现对各个子模块电容电压的平衡控制。[4]

a早期的电力工作者受供电设备的需求，尝试使用直流对电力进行传输，但受限于当时的技术却并未得到大范围的推广和发展，转而形成当今世界的交流电电网格局，随着科技不断进步，高压，特高压乃至超高压交流电在供电系统中的运用越来越广泛，各种问题也不断的显现，直流高压输电又一次被提上了论题，纵观变电站的历史，其产生就是因为电力传输的需要，新型的变电站（换流站）作为直流电传输的中介，能够更好的完成输送电能的任务，预计的可靠性更是要高于交流输电。可见，直流的高压输电将会是未来变电站自动化的一个发展趋势。

b2009年国家电网提出发展智能电网的理念，并于2011年上升为国家发展战略。智能电网的核心组成部分便是智能变电站。智能变电站是采用先进、集成、可靠、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信网络化和信息共享标准化为基本要求，自动完成数据采集、测量、计量、控制和保护等基本功能，并支持电网实时自动监控、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级应用功能的变电站。智能变电站的全站信息数字化、通信网络化和信息共享标准化的要求是变电站自动化技术发展的基本目标。[5]应当认识到交流变电站在相当长的一段时间内其还会扮演主要角色，鉴于如今的变电站自动化的发展现状，未来的发展趋势大体可分为以下几点，①较小电压等级的变电站采取无人值守②提升变电站的电能输送的质量③设计上充分考虑应对危机能力，提升抗击能力④数据层面提升安全性⑤统筹考虑，适应智能电网需要。