变电站综合自动化系统及其技术

　　近年来，随着计算机技术的发展，变电站综合自动化系统广泛使用，推动了电力系统计算机自动化技术的发展，变电站综合自动化技术也日趋完善。本文主要研究变电站综合自动化系统及其技术。

　　《电站辅机》(季刊)创刊于1980年，由上海电站辅机厂有限公司主办。杂志旨在介绍电站设备的设计、制造理论和科研成果，同时涵盖许多关于调试、运行、维修等方面的专题文章，及时报道电力行业的各种情报信息。是国内唯一的关于电站辅机方面的技术刊物。可供广大从事电站辅机的科研、设计制造单位和电厂科技人员及有关高等院校师生参考。

　　目前，变电站自动化系统已经广泛应用于各级变电站，自动化程度高，运行状态稳定，在实际运行中，充分发挥了技术先进、运行可靠的特点。然而，在实际运行中，变电站自动化系统也出现了一些问题，有些问题已经影响到变电站整体的安全、可靠和稳定运行。因此，对变电站自动化系统存在的问题和发展前景进行研究，具有现实意义。

　　1、变电站自动化系统的组织模式

　　1.1集中式

　　能实时采集变电站中模拟量、开关量，完成数据采集、实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能：完成对主要设备的进出线保护任务。优点是：集中，结构紧凑，体积小，减少占地面积，从而造价低，对于5kv或小规模变电站有利;缺点是：①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;②软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐;③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。

　　1.2分层(级)分布式系统集中组屏结构

　　可靠性好，模块化结构，软件相当简单，调试方，组态灵活;具有与系统控制中心的通信功能，不需单独为调度采集信息;相当独立。电源、输入/输出回路都相当独立;工作环境好。屏在室内，干扰弱，管理维护方便。

　　1.3分布分散式与集中相结合的结构

　　以每个电网元件(一条出线、变压器、一组电容器)为对象，测量、保护、控制一体组屏。其简化变电站二次部分的配置，缩小控制室面积;减少施工、各安装工程量;可靠性高，组态灵活，检修方便。

　　1.4全分散式

　　区别于集中组屏，可将保护和SCADA集成功能模块分散安装于各开关柜，并通过光纤技术和局域网络卡联系起来，构成全分散式启动化系统。

　　2、变电站自动化系统的常见通讯方式

　　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、EI'A—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缓解了变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。

　　〔3〕双LON网，双监控机模式。

　　〔4〕单LON网，双/单监控机模式。

　　3、变电站自动化系统的发展趋势

　　3.1变电站自动化系统向高集成化、数字化、标准统一化方向发展

　　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，如32位CPU、数字信号处理芯片、高速数据采集系统、嵌入式实时操作系统、可编程逻辑器件等。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，装置通信、数据存储及处理能力更强。将间隔的控制、保护、故障录波、事件记录和运行支持系统的数据处理等功能，通过模块化设计集成在一个统一的多功能数字装置内是可行的，间隔内部和间隔间以及间隔同站级间的通信可统一用光纤以太网来实现。高集成化系统的发展，无疑能降低成本，提高系统可靠性，有利于实现统一的运行管理。

　　变电站自动化系统最终向数字化发展，指的是智能化电气的发展，如智能开关设备、光电式电压和电流互感器、智能电子装置等的出现，使变电站自动化技术进入了数字化阶段。智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路逐渐取代传统的一次回路，使变电站层、间隔层、过程层最终用网络联接起来，并实现统一的通信标准。

　　3.2分层分布式技术成为潮流

　　按变电站自动化系统二次设备分布现状可纵向分为三层：变电站层、网络层、间隔层：也有厂家或学者将网络层归入变电站层进行描述，及纵向分为变电站层、间隔层二层。这种结构相比集中式处理的系统具有以下明显的优点：

　　(1)可靠性提高，任一部分设备故障只影响局部，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。

　　(2)可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。

　　(3)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。

　　3.3以太网进入变电站自动化领域成为必然

　　目前采用的现场总线有：Lonworks、Canbus等速率为1～12M;以太网通信方式，速率大多为IOM/100M自适应。现场总线具有使用方便、简单、经济的特点，以太网具有网络标准、开放性好、高速率、传输容量大的特点。由于变电站自动化向分布式、智能化的实时控制方向发展，通信技术已成为系统失败的关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切，随着技术和应用的发展，以太网进入工业控制或变电站自动化领域成为必然。

　　4、变电站自动化系统存在问题

　　4.1技术标准问题

　　目前，变电站综合自动化系统的设计还没有统一标准，因此标准问题(其中包括技术标准、自动化系统模式、管理标准等问题)是当前迫切需要解决的问题。

　　4.1.1不同产品的接口问题

　　接口是综合自动化系统中非常重要而又长期以来未得到妥善解决的问题之一，包括RTU、保护、小电流接地装置、故障录波、无功装置等与通信控制器、通信控制器与主站、通信控制器与模拟盘等设备之间的通信。这些不同厂家的产品要在数据接口方面沟通，需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通信规约等问题。当不同厂家的产品、种类很多时，问题会很严重。如果所有厂家的自动化产品的数据接口遵循统一的、开放的数据接口标准，则上述问题可得到圆满解决，用户可以根据各种产品的特点进行选择，以满足自身的使用要求。

　　4.1.2抗干扰问题

　　关于变电站综合自动化系统的抗干扰问题，亦即所谓的电磁兼容问题，是一个非常重要然而却常常被忽视的方面。传统上的变电站综合自动化设备出厂时抗干扰试验手段相当原始，仅仅做一些开关、电焊机、风扇、手提电话等定性实验，到现场后往往也只加上开合断路器的试验，一直没有一个定量的指标，这是一个极大的隐患。变电站综合自动化系统的抗干扰措施是保证综合自动化系统可靠和稳定运行的基础，选择时应注意，合格的自动化产品，除满足一般检验项目外，主要还应通过高低温试验、耐湿热试验、雷电冲击电压试验、动模试验，而且还要重点通过四项电磁兼容试验，分别是：lMHz脉冲干扰试验、静电放电干扰试验、辐射电磁场干扰试验、快速瞬变干扰试验。

　　4.1.3传输规约和传输网络的选择问题

　　变电站和调度中心之间的传输规约。目前国内各个地方情况不统一，变电站和调度中心之间的信息传输采用各种形式的规约。IECTC57即将制定无缝远动通信体系结构，具有应用开放和网络开放统一的传输协议IEC61850。该协议将是变电站(RTU或者变电站综合自动化系统)到控制中心的唯一通信协议，也是变电站综合自动化系统，甚至控制中心的唯一的通信协议。目前各个公司使用的标准尚不统一，系统互联和互操作性差，因此，在变电站综合自动化系统建设和设备选型上应考虑传输规约问题，即在变电站和控制中心之间应使用101规约，在变电站内部应使用103规约，电能量计量计费系统应使用102规约。新的国际标准IEC61850颁布之后，变电站综合自动化系统从过程层到控制中心将使用统一的通信协议。

　　4.2电力管理体制与变电站综合自动化系统关系问题

　　变电站综合自动化系统的建设，使得继电保护、远动、计量、变电运行等各专业相互渗透，传统的技术分工、专业管理已经不能适应变电站综合自动化技术的发展，变电站远动与保护专业虽然有明确的专业设备划分，但其内部联系已经成为不可分割的整体，一旦有设备缺陷均需要两个专业同时到达现场检查分析，有时会发生推诿责任的情况，造成极大的人力资源浪费，而且两专业衔接部分的许多缺陷问题成为“两不管地带’，不利于开展工作。在专业管理上，变电站综合自动化设备的运行、检修、检测，尤其是远动系统的实时性、遥测精度、遥信变位响应速度、信号复归和事故总信号等问题仍需要规范和加强;对传动实验及通道联测的实现、软件资料备份等问题提出了新的课题内容。

　　4.3运行维护人员水平不高的问题

　　解决好现行的变电站综合自动化系统管理体调和技术标准等问题的同时，还要培养出一批高素质的专业队伍。目前，变电站综合自动化系统绝大部分设备的维护依靠厂家，在专业管理上几乎没有专业队伍，出了设备缺陷即通知相应的厂家来处理，从而造成缺陷处理不及时等一系列问题。要想维护、管理好变电站综合自动化系统，首先要成立一个专业化的队伍，培养出一批能跨学科的复合型人才，加宽相关专业之间的了解和学习。其次，变电站综合自动化专业的划分应尽快明确，杜绝各基层单位“谁都管但阔不管”的现象。变电站综合自动化专业的明确，对于加强电网管理水平，防止电网事故具有重大意义。

　　5、结束语

　　综上所述：变电站自动化技术是伴随着现代科技技术发展，尤其是网络技术、计算机软、硬件技术及超大规模集成电路技术的发展而不断进步，自动化系统以按对象设计的全分层分布式为潮流，朝着二次设备功能集成化，设备智能数字化方向发展;运行管理朝着各专业协调和站内无人值班模式发展。同时经济性和可靠性变电站自动化技术发展所要考虑的问题。