变电站综合自动化的现状及发展

变电站综合自动化的历史现状及展望

常规变电站的二次设备主要由继电保护、就地监控(测量、控制、信号)、远动、故障录波等装援组成。随着微机技术的发展和在电力系统的普遍应用，近年来，这些装置都开始采用微机型的，即微机保护、微机监控、微机远动等。这些微机装置尽管功能不一，但其硬件配置却大体相同，装置所采集的量和要控制的对象许多是共同的。但由于这些设备分属不同的专业，加上管理体制上的一些原因，在变电站上述各专业的设备出现了功能重复、装置重复配置、互连复杂等问题。这就迫切需要打破各专业分界的框框，从全局出发来考虑全微机化的变电站二次设备的优化设计，这便提出了变电站综合自动化的问题。

变电站综合自动化利用微机技术将变电站的二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置、远动装置）经过功能的重新组合和优化设计，构成了对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的综合性自动化系统。它是计算机、自动控制、电子通讯技术在变电站领域的综合应用，它具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特点。

使变电站综合自动化成为电力系统自动化的发展方向原因有两个方面：一是随着电力系统的发展，对变电站保护和监控的要求发生了很大的变化，而现有的常规保护和监控系统渐渐不能满足要求；二是变电站现有的常规保护和监控系统设计本身具有很多缺点和不足。

1.对变电站保护和监控的要求的变化

❖继电保护要求的变化

当前的电力系统具有电网规模大、电压等级高和机组容量大的特点。为了最大限度的发挥电网的经济性，电力系统越来越多地运行在其稳定极限附近。这就要求一旦发生故障，继电保护装置能更快地切除故障。

220KV及以上的超高压输电线路要求的典型故障切除时间≤30ms，严重故障时要求故障切除时间更短；母线保护要求内部故障切除时间≤10ms，能自动识别母线运行方式并作出相应调整，能在近端外部故障下抗CT饱和并可闭锁；差动保护作为变压器的主保护，其关键问题仍是励磁涌流的鉴别。传统的办法是监测差流中的谐波成分，但是对超高压大容量变压器接长距离输电线或低压侧接无功补偿装置时，内部故障电流中也会含有丰富的谐波成分，在这种情况下就难以判别故障还是涌流。

❖自动监控装置作用的变化

电力系统监控方面最主要的变化在于对监控装置在降低发电成本和跳提高电网运行水平方面的要求越来越高。电力系统经济运行需要更多有关电网运行的信息和更精确可靠的监控，这就需要更多通道和手段来采集和分析电网信息并作出监控。另外在电网进行安全分析，特别是进行网络偶然事故分析时还要求对电网信息采集和监控功能进行协调。

❖变电站扩容改造的要求

一般来讲，大型变电站开始仅有几回进线，经过几年后逐步发展成为具有多回联络线。变电站扩容改造的每一步都要增加保护和监控设备，甚至需要重新安排母线的布置，因此要对现用的监控设备和保护装置进行较大的调整或重新配置。这就要求这些装置具有较大的灵活性和可扩充性以便以最小的费用和最短的时间完成扩容和改造。

❖变电站无人值班运行的要求

由于具有明显的技术经济效益（运行可靠性高、劳动生产率高、建设成本低），发达国家早在七十年代就开始实施这种新的变电站运行管理模式。

实现变电站无人值班的技术基础是变电站中的测量、监视、保护、监控等二次设备具有高度的安全性与可靠性，优越的协调性与兼容性。变电站综合自动化系统的运用是

实现变电站无人值班运行的有效途径。

2.现行变电站常规保护和监控装置的缺点

在变电站中，保护和监控装置的主要功能是对站内一次设备进行监视、报警、控制、保护、事件记录、开关闭锁、和远方信息交换等。目前国内常规变电站的保护装置和监控系统采用六、七十年代的机电和电子技术，进入九十年代以来越来越暴露出其固有的缺陷和局限性。

❖装置间相互独立、互不兼容

目前变电站中现有常规二次系统的各种硬件设备基本上是按功能独立配置的，彼此间联系很少且互不兼容，设备型号庞杂，在组合过程中协调性差，没有标准化。

❖设备不具备自检功能故障率高

常规二次系统是个被动系统，因此这些装置可能在无任何报警信息的情况下出现故障。目前的办法是对常规二次系统进行定期的测试和校验，这不但增加了维护人员的工作量，而且仍无法保证装置绝对的可靠，另外维护人员在定期检测中人为造成装置误动的情况也时有发生。

❖目前变电站中主要用指示灯显示监控操作，用各种各样的模拟式表盘反映模拟量瞬时值，大部分的历史数据、操作记录和事件记录主要靠手工完成或用专门的记录器记录，费时费力且易出错。

自八十年代以来，伴随着微机保护的崛起和成熟、数字通信技术和光纤技术的广泛应用、计算机网络技术的长足发展，集变电站二次功能于一身的变电站综合自动化系统已越来越明显的成为变电站自动化发展的趋势。

变电站综合自动化系统以全微机化的新型二次设备替代常规设备，尽量做到硬件资源、信息资源共享。用不同的模块软件实现常规设备的各种功能，用计算机局域网代替大量信号电缆的连接，用主动模式代替常规的被动模式，简化了变电站二次部分的硬件配置，减轻了安装施工和运行维护工作量，降低了变电站总造价和运行费用，使变电运行更安全、可靠，为提高运行管理自动化水平打下了基础。

国外从70年代末80年代初就开始进行保护和控制综合自动化新技术的开发和试验研究工作。到目前为止，各大电力设备制造公司都陆续推出了系列化产品。90年代以来，世界各国新建变电站大部分采用了变电站综合自动化系统。我国在70年代初期便先后研制成电气集中控制装置和“四合一”集控台。随着微机技术在电力系统应用的日益成熟，80年代中期，我国亦开始研究变电站综合自动化技术。尤其是近年来，国内变电站综合自动化技术发展迅速，本文就国内外变电站综合自动化技术的现状与发展作一总结和分析。

1.国外变电站综合自动化技术发展概况

1.1.国外变电站综合自动化系统概况

国外从70年代末、80年代初就开始进行保护和控制综合自动化系统的新技术开发和试验研究工作。如由美国西屋电气公司和美国电力科学研究院(EPRI)联合研制的 SPCS变电站保护和控制综合自动化系统，由日本关西电力公司与三菱电气公司共同研制的 SDS— I、II 保护和控制综合自动比系统从1977一1979年进行了现场试验及试运行，8O年代初已交付商业应用。目前，日本日立、三菱、东芝公司，德国西门子公司(SIEMENS)、 AEG公司，瑞士 ABB公司，美国通用电气公司(GE)、西屋电气公司(Wesing house)，法国阿尔斯通公司(AL—STHOM)，瑞士 Landis&Gyr公司等国际著名大型电气公司均开发和生产了变电站综合自动化系统(或称保护与控制一体化装置)，并取得了较为成熟的运行经验。其主要特点为：