浅析变电站自动化技术

摘要：近年来，变电站自动化建设得到了飞速发展，其最大特点是将站内当地监测、信号采集、控制、调整等远动功能，以及微机保护信息、站用交、直流、变电站中央信号系统等多方面功能整合为一体。

关键词：变电站自动化；技术改进；发展方向；数字化

中图分类号：F407.61　文献标识码：B　文章编号：1009--9166(2009)023(c)--0100--02

为适应变电站综合自动化系统的发展，急需对现有技术管理及专业分工体制进行改革，迫切要求进一步提高技术管理和运行维护人员的综合素质，更新知识结构，拓宽知识面，建立起一支高素质、具有判断处理综合问题能力的员工队伍。必须对少人值班变电站的值班员以及控制中心的运行维护人员进行定期技术培训，使其能对所辖变电站的综合自动化系统有一个全面的认识，能够分析处理一些简单的故障，有效地进行变电站日常监控、操作和维护。

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站在电力系统中起着至关重要的作用。

随着我国国民经济的飞速发展，

我国变电站自动化技术已经达到一定的水平。如今新建变电站，无论电压等级高低，基本采用变电站自动化系统。许多老变电站也通过改造实现变电站自动化。与此同时，随着电力系统安全性、可靠性要求的提高，对变电站的自动化技术也提出了新的要求。

一、变电站自动化技术

变电站自动化技术是将变电站二次设备(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，实现对全站的主要设备和输、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站领域的综合应用。

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、超高压变电站，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、自动化技术改进和发展的方向

(一)新技术的运用

1　数字信号处理(DSP)技术

数字信号处理(DSP)技术推广应用以来，以直接交流采样为基础的微机保护和远动装置，不同程度地将保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等各种自动装置的测量和控制集成在一起，构成了综合自动化系统的技术基础。通过数字信号处理，计算出各相电流、电压、电流方向、故障电流，精度可达0.2％。不仅解决了测量和计量问题，并可通过对有关计算值的分析计算，构成各种保护功能。

2　面向现场的变电站综合自动化技术

面向现场的变电站综合自动化技术真正具备了无人值班的条件，保护的工况可由SCADA(监视控制和数据采集)系统监视，保护的投切和定值的选择，可在调度中心由调度员来遥控。保护定值的修改、故障录波和故障测距数据的收集，可通过计算机通信，在管理信息系统(MIS)上由保护人员来操作。面向现场的变电站综合自动化系统，取消了大控制室，需要相应的工程设计相配合；与可控保护单元及SCADA系统的结合，需要运行管理体制相配合。

3　可编程序控制器(PLC)技术

可编程序控制器(PLC)设计采用了模块化，使程序的开发难度大大降低，同时也增强了软件的可读性和可移植性，为变电站实现无人值班的要求提供了成功的解决方案。改造后的变电站，能通过现场的可编程序控制器(PLC)和上位机的监控平台实现“四遥”功能，具备实时监测与监控、事故记录、实时及历史趋势图、报表等功能，从而实现变电站的现代化管理，提高变电站运行的安全、可靠性，并减少系统维护工作量和提高管理水平。

(二)整个系统的数字化、集成化、标准化

当前变电站自动化的发展趋势将会不断朝着高集成化、数字化、标准化方向发展。随着集成电路和计算机技术的飞速发展，各种新型的大规模集成电路将会进一步应用在继电保护和测控装置上，这些新器件的应用将使保护和测控装置的电路板更加小型集成化。高集成化可以使装置通信、数据存储及处理能力更强，降低成本，减少故障率，有利于实现统一的运行管理。

变电站自动化系统将逐步向产品标准化方向发展。具体表现在：产品基本功能设计和要求的标准化及产品的对外接口和通讯协议的标准化，变电站内不同厂家的设备可以做到互换互连，

“即插即用”增加了用户选择变电站内各类设备和更换设备的自由度，同时不满足标准化设计的厂商将被逐步淘汰，使变电站自动化专业逐步走向良性的发展。

三、数字化变电站技术

数字化变电站就是将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。全站采用统一的通讯规约(IEC61850)构建通信网络，保护、测控、计量、监控、远动、电压质量控制(VQC)等系统均用同一网络接收电流、电压和状态信息，各个系统实现信息共享。由于IT技术与通信技术近些年来的突破性进展，能够提取电力系统运行和非运行信息，并分析这些信息，使得数字化变电站从技术和经济角度而言成为可能。

(一)数字化变电站与常规综合自动化变电站比较

数字化变电站具有以下几个主要特征：就地数字化的一次电气设备、光纤网络化的二次装置和全站统一的标准平台。

数字化变电站与常规综合自动化变电站比较有以下区别：

常规综合自动化变电站的一次设备采集模拟量，通过电缆将模拟信号传输到测控保护装置，装置进行模数转换后处理数据，然后通过网线上将数字量传到后台监控系统。同时监控系统和测控保护装置对一次设备的控制通过电缆传输模拟信号实现其功能。

数字化变电站一次设备采集信息后，就地转换为数字量，通过光缆上传测控保护装置，然后传到后台监控系统，而监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也是通过光缆传输数字信号实现其功能。它具有高性能、高安全性、高可靠性、高经济性的特点。常规综合自动化变电站与数字化变电站对比如图1所示。

(二)数字化变电站的主要结构

数字化变电站自动化系统的结构，在物理层上可以分为两类，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，根据IE C6185A通信协议草案定义，这三个层次分别为过程层、间隔层、站控层，各层次内部及层次问采用高速网络通信。

过程层是一次设备和二次设备的结合面，是智能化电气设备的智能部分。其主要功能是进行实时电气量的检测、运行设备的状态参数在线检测与统计、操作控制的执行与驱动等三个方面。

间隔层的主要功能是进行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、实施本间隔操作闭锁功能、实施操作同期及其它控制功能、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、承上启下的通信等六大功能。

站控层主要任务是：(1)通过两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；(2)按既定规约，将有关数据信息送往调度或控制中心；(3)接受调度或控制中心有关控制命令，转间隔层、过程层执行等。

四、总结

综上所述，不断发展变电站自动化技术，进一步完善数字化变电站，在技术上减少设备的退出次数和退出时间，提高设备的使用效率；减少自动化设备数量，简化二次接线，提高系统的可靠性；在经济上实现信息在运行系统和其他支持系统之间的共享，减少重复建设和投资等等，都将是我们今后需要重点解决的问题。相信在不太远的将来，技术更加先进、运行更加可靠、结构更加合理、性能价格比更高的自动化系统，必将为我国的电网运行带来更好的经济效益和社会效益。