变电站自动化技术的发展与应用

【摘 要】新时期，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响。本文简要论述变电站自动化的发展历程以及变电站自动化的未来发展，希望对进一步提升变电站综合自动化水平起到一定的促进作用。

【关键词】变电站；自动化；发展；应用

“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。这意味着未来变电站应用技术的发展可以建立在现有变电站自动化技术的基础上实现应用上的平稳发展和逐步突破，使新技术的应用能有机地结合电网的发展。

一、变电站自动化技术的涵义

变电站自动化技术是将变电所二次设备（测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置、远动装置等）经过功能的组合和优化，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全所的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及远动信息传送等综合自动化功能的技术，是测量、自动化、计算机和通信等技术在变电所领域的综合应用。

目前，国内变电所综合自动化技术的研究、开发工作主要包括两个方面：一是110kV及以下中低压变电所，采用综合自动化系统，取消常规的继电保护、监视、测量、控制屏，提高技术水平和运行管理水平，向无人值班方向发展。二是220kV及以上高压、超高压变电所，采用计算机监控系统，同时采用新的继电保护技术和控制方式，促进各专业的融合及协调发展，以提高自动化水平和运行管理水平，向少人值守方向发展。

二、变电站自动化技术的发展

1、早期的变电站远动技术。早期变电站远动设备由3部分组成：（1）被控站远动设备，即厂站远动设备（RTU）。它包括远动主设备、调制解调器和过程设备三部分。（2）控制站远动设备，包括远动主设备、调制解调器以及人机设备三部分。（3）远动通道，包括控制站和被控站的调制解调器（Modem）和传输线路。远动通道又称数据电路，通常通过远程通信系统来实现。

2、90年代中期，随着计算机技术、网络技术及通信技术的飞速发展，同时结合变电站的实际情况，各类分散式变电站自动化系统纷纷研制成功和投入运行。分散式系统的特点是各现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元部件可以是保护和监控功能的二合一装置，用以处理各开关单元的继电保护和监控功能，亦可以是现场的微机保护和监控部件分别保持其独立性。

3、随时计算机技术的不断发展，站内通信网络层完成了信息传递和系统对时功能。通过系统交换，实现信息共享，可减少变电站内二次设备配置，提高变电站自动化系统安全性和经济性。目前，国内变电站自动化系统流行2种网络层结构：即双层网和单层网结构。双层网是指间隔层设备通过第1层网络（多为现场总线网）与通信控制单元通信，由通信控制单元与变电站层通过第2层网络（以太网）实现信息交换；单层网是指间隔层设备与变电站层之间通过一层网（多为以太网）联结，取消通信控制系统。二者各有优缺点，因视具体应用场合而定，不可一概而论。

目前，站内采用的现场总线有：Lonworks，Canbus，Wohdfip，Profibus等，最高速率可达12Mb/s，以太网通信方式速率大多为10M/100M自适应。现场总线具有使用方便、简单、经济等特点，以太网具有网络标准，开放性好，高速率，传输容量大的特点。随着技术和工业应用的发展，以太网进入工业控制和变电站自动化领域将成为必然。但目前由于以太网在某些性能和应用特点上仍不能完全取代现场总线，面向实时控制的工业以太网技术及标准正处于研究和制定过程中，所以现场总线与以太网将会并存相当长时间。

三、变电站自动化技术未来发展与应用

1、多媒体在变电站自动化系统中的应用

多媒体信息主要有4个形式：视频、音频、图形、文本。多年来，大多数变电站自动化系统的人机界面基本上是以图形和文本为主的静态媒体；语音报警用于变电站发生事故或异常时提醒运行人员注意。目前多媒体技术尚未在国内变电站普遍推广应用。少数已应用的变电站中，实际上以视频技术的应用为主，习惯上将这种实现以视频信息为主的多媒体信息演示系统称遥视系统。它可使主站运行人员以最佳的观察效果观察变电站各个角落和各种设备在现场的运行实况。应用多媒体技术可以对变电站的动力环境进行监控，例如变电站防盗、防火、防爆、防泄露、防水的监控等，使运行人员能及时发现变电站环境的异常变化。变电站音频信息包括现场设备运行声音、调度电话等。多媒体音频技术与视频技术配合，可以使运行人员“听见”变电站各种设备的声音，从声音的角度对设备的运行状况进行判断并及时发现设备的异常。总之，多媒体技术在变电站的综合应用，更有利于实现变电站真正的无人值班。

2、运行管理模式与变电站综合自动化

保护和远动专业管理模式对变电站综合自动化技术发展的影响。由于变电站综合自动化系统源于传统的“四遥”，并在微机保护、远动基础上发展起来的，保护和远动分属不同的部门和专业，运行管理是分开的，随着变电站自动化技术的发展，特别是近阶段，在中低压站已经采用保护和测控合一的综合装置，许多厂家在研制高压和超高压站的装置时，已经考虑将保护、测控、故障录波等功能综合在一个装置内。目前已实现无人值班的变电站，并不都是采用所谓的综合自动化系统，但是应该看到，自动化技术的发展，为无人值班或少人值班变电站提供了更先进的技术支持，使变电站设计更加合理，布局紧凑，运行更加可靠，更利于无人值班的管理。

3、数字化变电站自动化技术的实现

数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备。在逻辑结构上可分为三个层次：“过程层”、“间隔层”、“站控层”。各层次内部及层次之间采用高速网络通信，由过程总线和站级总线连接。过程总线处理间隔层装置和智能化一次设备，站级总线处理变电站和间隔层的装置之间的通信。虽然要实现全部数字化变电站自动化的功能还有许多技术问题需要攻关解决，但由于其具有信息充分共享、通信系统能可靠实时地交换所有设备的完整信息、降低变电站整个生命周期的费用等优点，数字化变电站的发展将对变电站的自动化运行和管理带来深远的影响，因此具有重大的技术和经济意义。

总之，随着测控、通信技术的发展，变电站自动化系统成为一个越来越密切相连、在技术和管理上不易分割的整体。系统中存在多方面日新月异的技术，在应用新技术的过程中，应该尽量多考虑产品的安全、可靠和通用性。同时加强自动化系统的科学管理，提高系统的维护效率。希望各有关方面共同努力切实改进各项工作，让变电站自动化技术得到更好的应用，为电网的安全和稳定运行发挥更大的作用。

参考文献

[1]龚强，王津.地区电网调度自动化技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2005

[2]林金洪.110kV数字化变电站继电保护配置方案[J].南方电网技术[J].2009，3（2）