关于变电站自动化系统的分析探讨

摘要：随着科学技术的发展及其深远的影响，变电站自动化技术即将进入数字化新阶段，采用变电站综合自动化技术是技术应用的新方向，发展和完善变电站综合自动化系统，是系统发展的新趋势。本文主要讲述变电站自动化系统的发展动向、基本概念，对它的结构、特点及发展前景进行分析。

关键词： 变电站自动化；网络化；动向；概念

Abstract: With the development of science and technology and its profound impacts, substation automation technology will enter into digital stage. It is a new direction to applying the substation integrated automation technology, and the development and improvement of the substation integrated automation system is a new trend for the system development. In this paper, the development trend, basic concept are described, and its structure, characteristics and prospects are analyzed.

Key words: substation automation; network; trend; concept

中图分类号：O652.9文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

引言        

在现代电力系统的各种技术发展十分迅速的情况下，建设高度可靠、有效可控的现代化无人职守变电站已势在必行， 而无人值班变电站的不断推行，我国电网建设的重点将更多的放在变电站综合自动化技术、计算机和通信技术上。因为，此项技术的大力应用不仅能降低运维成本，提高经济效益，而且能更好的保障变电站的安全、可靠运行，提高电能服务质量。变电站综合自动化系统是在传统的变电站一次设备的基础上,用一套完整的信息系统实现信息采集、处理、就地控制、信息传送与管理、系统协调与优化,集保护、测量、控制、远动等功能为一体,进而实现数据共享。             

一、 变电站自动化系统发展动向      

我国变电站综合自动化的研究工作始于80年代中期，1987年清华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情的综合自动化系统，同样在1987年山东威海望岛变电站成功地投入运行，这是我国第一个变电站综合自动化系统，其成功的投入运行，证明了我国完全可以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国情的变电站综合自动化系统。90年代中期后，综合自动化系统迅速发展，因此变电站综合自动化系统到90年代，成为了热门话题。变电站自动化系统采用全面解决方案，走系统集成之路，使得各种应用之间可共享投资和运行费用，最大限度保护用户原有的投资。变电站综合自动化是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和数字信号处理等技术，实现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。它综合了变电所内除交直流电源以外的全部二次设备功能。随着“两网”改造的深入和电网运行水平的提高，采用变电站综合自动化技术是计算机和通信技术应用的方向，也是电网发展的趋势。

二、 变电站自动化系统概述

变电站自动化系统是利用多台微处理器及嵌入式CPU和大规模集成电路组成的分层分布式的自动化系统，它应包括两个方面：一是横向综合，即利用计算机手段将不同厂家的设备连在一起，替代或升级老设备。二是纵向综合，即在变电站层这一级，提供信息、优化、综合处理分析信息和增加新的功能，增加变电站内部和各控制中心间的协调能力。如借用人工智能技术，在控制中心实现对变电站控制和保护系统进行在线诊断和事件分析，或在变电站当地自动化功能协调之下，完成电网故障后自动恢复。而变电站自动化系统要实现的是

随时在线监视电网运行参数、设备运行状态；自检、自诊断设备本身的异常运行，发现变电站设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警并闭锁相应的出口，以防止事态扩大；

电网出现事故时，快速采样、判断、决策，迅速隔离和消除事故，将故障限制在最小范围；

完成变电站运行参数在线计算、存储、统计、分析报表和远传，保证自动和遥控调整电能质量。因此它可以提高供电质量及电压合格率；提高变电站安全可靠运行水平；提高系统运行及管理水平；减少占地面积、减少维护工作量、减少劳动强度、降低运行维护成本、提高经济效益。

三、 变电站自动化系统的基本结构

变电站综合自动化系统具有系统功能综合化；系统构成的模块化和数字化；系统结构分布、分层、分散化；操作监视屏幕化；通信网络化；运行管理智能化等特征。它在逻辑上划分为3个层次：过程层、间隔层、站控层。

(1)过程层:过程层实际上是指与变电站一次设备断路器、隔离开关和电流互感器、电压互感器借口设备，它是一次设备与二次设备的结合面。过程层主要有实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测；操作控制执行与驱动等功能。

(2)间隔层：间隔层主要有各种微机保护装置、自动控制装置、数据采集装置和RTU等设备，其主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施操作同期及其他控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及所控层的网络通信功能；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。

(3)站控层：站控层包括计算机、打印机、天文钟、通讯管理机或远动工作站等设备。它的主要功能有通过两级高速网络汇总全所的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；具有在线可编程的全所操作闭锁控制功能；具有所内当地监控，人机联系功能；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；接受调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；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；具有变电所故障自动分析和操作培训功能。

变电站综合自动化系统经历了集中式系统结构模式和分层分布式系统结构模式。

(1) 集中式系统结构模式：这种系统集中采集变电站的模拟量、开关量和脉冲量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、保护和一些自动控制功能。集中结构并非指由单一的计算机完成保护和监控的全部功能。作为变电站自动化系统，这种结构模式已被淘汰，但是RTU作为集中式系统的一个子系统产物，得到了独立发展，目前仍然在国内发电厂中大量使用。它的缺点是功能过于集中，设备故障影响面大；软件复杂，修改和维护工作量大；

组态不灵活，影响批量生产；保护未按对象配置，维护不便。

(2) 分层分布式系统结构模式：分层分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I/O单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布；其二，对于110kV及以上的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对独立，以方便各间隔单元相应的操作和维护。分层分布式系统结构模式采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行。分层分布式系统结构模式拥有各设备独立完成部分功能，系统故障影响小，可靠性高；不同的电气间隔，IED软硬件相似，便于批产和组态；实现间隔层IED的就地布置，节省大量电缆，方便检修；减少了现场施工和设备安装的工程量，调试和维护方便；显著地缩小了变电站主控室的面积；变电站扩建时，系统扩展方便等优点。

四、变电站自动化系统的发展趋势       

随着国民经济的迅速发展．计算机的应用已越来越普遍，特别是在变电站中的应用已越来越广泛。综合自动化系统是变电站自动化的核心，在一些新建变电站的运行中已经表明其技术先进、结构简单、功能齐全、安全可靠，经过十多年的发展已经达到一定的水平。变电站的全面数字化和智能化是变电站综合自动化系统的发展方向。数字化、智能化变电站的基本目标是：一次设备智能化，二次设备网络化、运行管理自动化。数字化、智能化变电站的核心标准是：IEC61850 (DL/T860) 变电站网络与通信协议。相信在不久的未来我国变电站自动化系统将会取得更大的飞跃，为社会带来更大的进步！

参考文献：

[1]段日新.变电站自动化系统的前沿技术.西北电力技术.2005.3：1-3.

[2]陈升.网络化变电站自动化系统的应用.电力系统自动化.2002.5.