浅谈变电站综合自动化系统

　　摘要：随着计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动化技术也日趋完善。文章介绍了变电站综合自动化的基本概念，并对系统结构、通信方式和能实现的基本功能及变电站自动化的发展前景进行了分析。
　　关键词：变电站综合自动化系统；集中式结构；分布式系统结构；分层分布式结构
　　一、概述
　　电网是一个不可分割的整体，对整个电网的一、二次设备信息进行综合利用，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。
　　二、变电站综合自动化的结构模式
　　目前应用较广泛的变电站自动化系统的结构形式主要有集中式、集中分布式和分散分布式。
　　（一）集中式结构
　　集中式结构的变电站自动化系统是指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机控制、微机保护和一些自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足：
　　前置管理机任务繁重、引线多，降低了整个系统的可靠性，若前置机故障，将失去当地及远方的所有信息及功能。
　　软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。
　　组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大并且扩展一些自动化需求的功能较难。
　　（二）分布式系统结构
　　按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。目前，还存在着抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。
　　（三）分层分布式结构
　　按变电站的控制层次和对象设置全站控制级——变电站层(站级测控单元)和就地单元控制级——间隔层(间隔单元）的二层式分布控制系统结构。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。
　　该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好地实现了部分故障不相互影响，即将危险分散，当站级系统或网络故障，只影响到监控部分，而最重要的保护、控制功能在段级仍可继续运行；段级的任一智能单元损坏不应导致全站的通信中断，比如长期霸占全站的通信网络。
　　可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。站内二次设备所需的电缆大大减少，节约投资也简化了调试维护。
　　三、常见通讯方式
　　目前国内常采用以太网通讯方式，在以太网出现之前，无论RS-232C、EIA-422/485都无法避免通信系统繁琐、通讯速度缓慢的缺陷。现场总线的应用部分地缓解了便电站自动化系统对通信的需求，但在系统容量较大时依然显得捉襟见肘，以太网的应用，使通讯问题迎刃而解。常见的通讯方式有：
　　1．双以太网、双监控机模式，主要是用于220～500kV变，在实现上可以是双控机+双服务器方式，支撑光/电以太网。
　　2．单以太网，双/单监控机模式。
　　双LON网，双监控机模式。
　　3．单LON网，双/单监控机模式。
　　四、变电站自动化系统应能实现的功能
　　（一）微机保护
　　微机保护是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护应具有下列功能：故障记录；存储多套定值；显示和当地修改定值；与监控系统通信。根据监控系统命令发送故障信息，动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。
　　（二）数据采集及处理功能
　　数据采集及处理功能包括状态数据、模拟数据和脉冲数据。
　　1．状态量采集。状态量包括：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号、事故跳闸总信号、预告信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。
　　2．模拟量采集。常规变电站采集的典型模拟量包括：各段母线电压、线路电压，电流和有功、无功功率值。馈线电流，电压和有功、无功功率值。
　　（三）事件记录和故障录波测距
　　事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。
　　变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
　　（四）控制和操作功能
　　操作人员可通过后台机屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。
　　（五）安全监视功能
　　监控系统对采集的电流、电压、频率、主变压器温度等模拟量，设定警告限位，在运行中不断进行越限监视。如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限值和越限时间。
　　（六）人机联系功能
　　显示器、鼠标和键盘构成了人机联系的桥梁。变电站采用微机监控系统，运行人员面对显示器的屏幕，通过鼠标或键盘，就可以对全站的运行工作状况和运行参数一目了然，可以对全站的断路器和隔离开关等进行分合闸操作。
　　（七）数据统计和处理功能
　　（1）运行数据计算和统计；（2）遥信信号监视和处理；（3）限值监视和报警处理。
　　五、结语
　　通过以上分析，可以看出变电站综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化，提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用，它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着中国国民经济持续快速发展，社会对电力的需求与日俱增，各行各业对电力质量的要求越来越高，使得变电站自动化管理和无人值守已是一种必然趋势和必然选择。
　　参考文献
　　[1]杨泽羽《变电站自动化系统技术设计探讨》电力系统自动化
　　[2]黄益庄《变电站综合自动化技术》中国电力出版社
　　[3]张惠刚《变电站综合自动化原理与系统》中国电力出版社