變電站綜合自動化系統(tǒng)及其技術(shù)

　　近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化系統(tǒng)廣泛使用，推動了電力系統(tǒng)計算機自動化技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)也日趨完善。本文主要研究變電站綜合自動化系統(tǒng)及其技術(shù)。

　　《電站輔機》(季刊)創(chuàng)刊于1980年，由上海電站輔機廠有限公司主辦。雜志旨在介紹電站設(shè)備的設(shè)計、制造理論和科研成果，同時涵蓋許多關(guān)于調(diào)試、運行、維修等方面的專題文章，及時報道電力行業(yè)的各種情報信息。是國內(nèi)唯一的關(guān)于電站輔機方面的技術(shù)刊物。可供廣大從事電站輔機的科研、設(shè)計制造單位和電廠科技人員及有關(guān)高等院校師生參考。

　　目前，變電站自動化系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各級變電站，自動化程度高，運行狀態(tài)穩(wěn)定，在實際運行中，充分發(fā)揮了技術(shù)先進、運行可靠的特點。然而，在實際運行中，變電站自動化系統(tǒng)也出現(xiàn)了一些問題，有些問題已經(jīng)影響到變電站整體的安全、可靠和穩(wěn)定運行。因此，對變電站自動化系統(tǒng)存在的問題和發(fā)展前景進行研究，具有現(xiàn)實意義。

　　1、變電站自動化系統(tǒng)的組織模式

　　1.1集中式

　　能實時采集變電站中模擬量、開關(guān)量，完成數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控、制表、打印、事件順序記錄等功能：完成對主要設(shè)備的進出線保護任務(wù)。優(yōu)點是：集中，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，減少占地面積，從而造價低，對于5kv或小規(guī)模變電站有利;缺點是：①前置管理機任務(wù)繁重、引線多，降低了整個系統(tǒng)的可靠性，若前置機故障，將失去當?shù)丶斑h方的所有信息及功能;②軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試煩瑣;③組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計，工作量大并且擴展一些自動化需求的功能較難。

　　1.2分層(級)分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)

　　可靠性好，模塊化結(jié)構(gòu)，軟件相當簡單，調(diào)試方，組態(tài)靈活;具有與系統(tǒng)控制中心的通信功能，不需單獨為調(diào)度采集信息;相當獨立。電源、輸入/輸出回路都相當獨立;工作環(huán)境好。屏在室內(nèi)，干擾弱，管理維護方便。

　　1.3分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)

　　以每個電網(wǎng)元件(一條出線、變壓器、一組電容器)為對象，測量、保護、控制一體組屏。其簡化變電站二次部分的配置，縮小控制室面積;減少施工、各安裝工程量;可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。

　　1.4全分散式

　　區(qū)別于集中組屏，可將保護和SCADA集成功能模塊分散安裝于各開關(guān)柜，并通過光纖技術(shù)和局域網(wǎng)絡(luò)卡聯(lián)系起來，構(gòu)成全分散式啟動化系統(tǒng)。

　　2、變電站自動化系統(tǒng)的常見通訊方式

　　目前，國內(nèi)常采用以太網(wǎng)通訊方式，在以太網(wǎng)出現(xiàn)之前，無論RS—232C、EI'A—422/485都無法避免通信系統(tǒng)繁瑣、通訊速度緩慢的缺陷。現(xiàn)場總線的應(yīng)用部分緩解了變電站自動化系統(tǒng)對通信的需求，但在系統(tǒng)容量較大時依然顯得捉襟見肘，以太網(wǎng)的應(yīng)用，使通訊問題迎刃而解。常見的通訊方式有：

　　〔1〕雙以太網(wǎng)、雙監(jiān)控機模式，主要是用于220-500kV變，在實現(xiàn)上可以是雙控機+雙服務(wù)器方式，支撐光/電以太網(wǎng)。

　　〔2〕單以太網(wǎng)，雙/單監(jiān)控機模式。

　　〔3〕雙LON網(wǎng)，雙監(jiān)控機模式。

　　〔4〕單LON網(wǎng)，雙/單監(jiān)控機模式。

　　3、變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

　　3.1變電站自動化系統(tǒng)向高集成化、數(shù)字化、標準統(tǒng)一化方向發(fā)展

　　隨著集成電路和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型的大規(guī)模集成電路將會進一步應(yīng)用在繼電保護和測控裝置上，如32位CPU、數(shù)字信號處理芯片、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、嵌入式實時操作系統(tǒng)、可編程邏輯器件等。這些新器件的應(yīng)用將使保護和測控裝置的電路板更加小型集成化，裝置通信、數(shù)據(jù)存儲及處理能力更強。將間隔的控制、保護、故障錄波、事件記錄和運行支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理等功能，通過模塊化設(shè)計集成在一個統(tǒng)一的多功能數(shù)字裝置內(nèi)是可行的，間隔內(nèi)部和間隔間以及間隔同站級間的通信可統(tǒng)一用光纖以太網(wǎng)來實現(xiàn)。高集成化系統(tǒng)的發(fā)展，無疑能降低成本，提高系統(tǒng)可靠性，有利于實現(xiàn)統(tǒng)一的運行管理。

　　變電站自動化系統(tǒng)最終向數(shù)字化發(fā)展，指的是智能化電氣的發(fā)展，如智能開關(guān)設(shè)備、光電式電壓和電流互感器、智能電子裝置等的出現(xiàn)，使變電站自動化技術(shù)進入了數(shù)字化階段。智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路逐漸取代傳統(tǒng)的一次回路，使變電站層、間隔層、過程層最終用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，并實現(xiàn)統(tǒng)一的通信標準。

　　3.2分層分布式技術(shù)成為潮流

　　按變電站自動化系統(tǒng)二次設(shè)備分布現(xiàn)狀可縱向分為三層：變電站層、網(wǎng)絡(luò)層、間隔層：也有廠家或?qū)W者將網(wǎng)絡(luò)層歸入變電站層進行描述，及縱向分為變電站層、間隔層二層。這種結(jié)構(gòu)相比集中式處理的系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點：

　　(1)可靠性提高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，即將“危險”分散，當站級系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，只影響到監(jiān)控部分，而最重要的保護、控制功能在段級仍可繼續(xù)運行：段級的任一智能單元損壞不應(yīng)導(dǎo)致全站的通信中斷，比如長期霸占全站的通信網(wǎng)絡(luò)。

　　(2)可擴展性和開放性較高，利于工程的設(shè)計及應(yīng)用。

　　(3)站內(nèi)二次設(shè)備所需的電纜大大減少，節(jié)約投資也簡化了調(diào)試維護。

　　3.3以太網(wǎng)進入變電站自動化領(lǐng)域成為必然

　　目前采用的現(xiàn)場總線有：Lonworks、Canbus等速率為1～12M;以太網(wǎng)通信方式，速率大多為IOM/100M自適應(yīng)。現(xiàn)場總線具有使用方便、簡單、經(jīng)濟的特點，以太網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)標準、開放性好、高速率、傳輸容量大的特點。由于變電站自動化向分布式、智能化的實時控制方向發(fā)展，通信技術(shù)已成為系統(tǒng)失敗的關(guān)鍵，用戶對統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求日益迫切，隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，以太網(wǎng)進入工業(yè)控制或變電站自動化領(lǐng)域成為必然。

　　4、變電站自動化系統(tǒng)存在問題

　　4.1技術(shù)標準問題

　　目前，變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計還沒有統(tǒng)一標準，因此標準問題(其中包括技術(shù)標準、自動化系統(tǒng)模式、管理標準等問題)是當前迫切需要解決的問題。

　　4.1.1不同產(chǎn)品的接口問題

　　接口是綜合自動化系統(tǒng)中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一，包括RTU、保護、小電流接地裝置、故障錄波、無功裝置等與通信控制器、通信控制器與主站、通信控制器與模擬盤等設(shè)備之間的通信。這些不同廠家的產(chǎn)品要在數(shù)據(jù)接口方面溝通，需花費軟件人員很大精力去協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)格式、通信規(guī)約等問題。當不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時，問題會很嚴重。如果所有廠家的自動化產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口遵循統(tǒng)一的、開放的數(shù)據(jù)接口標準，則上述問題可得到圓滿解決，用戶可以根據(jù)各種產(chǎn)品的特點進行選擇，以滿足自身的使用要求。

　　4.1.2抗干擾問題

　　關(guān)于變電站綜合自動化系統(tǒng)的抗干擾問題，亦即所謂的電磁兼容問題，是一個非常重要然而卻常常被忽視的方面。傳統(tǒng)上的變電站綜合自動化設(shè)備出廠時抗干擾試驗手段相當原始，僅僅做一些開關(guān)、電焊機、風扇、手提電話等定性實驗，到現(xiàn)場后往往也只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標，這是一個極大的隱患。變電站綜合自動化系統(tǒng)的抗干擾措施是保證綜合自動化系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，選擇時應(yīng)注意，合格的自動化產(chǎn)品，除滿足一般檢驗項目外，主要還應(yīng)通過高低溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試驗、動模試驗，而且還要重點通過四項電磁兼容試驗，分別是：lMHz脈沖干擾試驗、靜電放電干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、快速瞬變干擾試驗。

　　4.1.3傳輸規(guī)約和傳輸網(wǎng)絡(luò)的選擇問題

　　變電站和調(diào)度中心之間的傳輸規(guī)約。目前國內(nèi)各個地方情況不統(tǒng)一，變電站和調(diào)度中心之間的信息傳輸采用各種形式的規(guī)約。IECTC57即將制定無縫遠動通信體系結(jié)構(gòu)，具有應(yīng)用開放和網(wǎng)絡(luò)開放統(tǒng)一的傳輸協(xié)議IEC61850。該協(xié)議將是變電站(RTU或者變電站綜合自動化系統(tǒng))到控制中心的唯一通信協(xié)議，也是變電站綜合自動化系統(tǒng)，甚至控制中心的唯一的通信協(xié)議。目前各個公司使用的標準尚不統(tǒng)一，系統(tǒng)互聯(lián)和互操作性差，因此，在變電站綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)和設(shè)備選型上應(yīng)考慮傳輸規(guī)約問題，即在變電站和控制中心之間應(yīng)使用101規(guī)約，在變電站內(nèi)部應(yīng)使用103規(guī)約，電能量計量計費系統(tǒng)應(yīng)使用102規(guī)約。新的國際標準IEC61850頒布之后，變電站綜合自動化系統(tǒng)從過程層到控制中心將使用統(tǒng)一的通信協(xié)議。

　　4.2電力管理體制與變電站綜合自動化系統(tǒng)關(guān)系問題

　　變電站綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)，使得繼電保護、遠動、計量、變電運行等各專業(yè)相互滲透，傳統(tǒng)的技術(shù)分工、專業(yè)管理已經(jīng)不能適應(yīng)變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，變電站遠動與保護專業(yè)雖然有明確的專業(yè)設(shè)備劃分，但其內(nèi)部聯(lián)系已經(jīng)成為不可分割的整體，一旦有設(shè)備缺陷均需要兩個專業(yè)同時到達現(xiàn)場檢查分析，有時會發(fā)生推諉責任的情況，造成極大的人力資源浪費，而且兩專業(yè)銜接部分的許多缺陷問題成為“兩不管地帶’，不利于開展工作。在專業(yè)管理上，變電站綜合自動化設(shè)備的運行、檢修、檢測，尤其是遠動系統(tǒng)的實時性、遙測精度、遙信變位響應(yīng)速度、信號復(fù)歸和事故總信號等問題仍需要規(guī)范和加強;對傳動實驗及通道聯(lián)測的實現(xiàn)、軟件資料備份等問題提出了新的課題內(nèi)容。

　　4.3運行維護人員水平不高的問題

　　解決好現(xiàn)行的變電站綜合自動化系統(tǒng)管理體調(diào)和技術(shù)標準等問題的同時，還要培養(yǎng)出一批高素質(zhì)的專業(yè)隊伍。目前，變電站綜合自動化系統(tǒng)絕大部分設(shè)備的維護依靠廠家，在專業(yè)管理上幾乎沒有專業(yè)隊伍，出了設(shè)備缺陷即通知相應(yīng)的廠家來處理，從而造成缺陷處理不及時等一系列問題。要想維護、管理好變電站綜合自動化系統(tǒng)，首先要成立一個專業(yè)化的隊伍，培養(yǎng)出一批能跨學科的復(fù)合型人才，加寬相關(guān)專業(yè)之間的了解和學習。其次，變電站綜合自動化專業(yè)的劃分應(yīng)盡快明確，杜絕各基層單位“誰都管但闊不管”的現(xiàn)象。變電站綜合自動化專業(yè)的明確，對于加強電網(wǎng)管理水平，防止電網(wǎng)事故具有重大意義。

　　5、結(jié)束語

　　綜上所述：變電站自動化技術(shù)是伴隨著現(xiàn)代科技技術(shù)發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機軟、硬件技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而不斷進步，自動化系統(tǒng)以按對象設(shè)計的全分層分布式為潮流，朝著二次設(shè)備功能集成化，設(shè)備智能數(shù)字化方向發(fā)展;運行管理朝著各專業(yè)協(xié)調(diào)和站內(nèi)無人值班模式發(fā)展。同時經(jīng)濟性和可靠性變電站自動化技術(shù)發(fā)展所要考慮的問題。