淺析變電站自動化系統(tǒng)的功能及應(yīng)用原則

【摘 要】本文主要論述了關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)選型中存在的若干問題和應(yīng)遵循的原則，介紹了變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、功能等內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】電力；自動化；功能；系統(tǒng)模式

0 前言

變電站綜合自動化功能由電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和變電站建設(shè)、運行維護(hù)的綜合經(jīng)濟(jì)效益要求所決定，是電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢與要求。變電自動化系統(tǒng)通過各種設(shè)備間相互交換信息、數(shù)據(jù)共享， 實現(xiàn)對變電運行的自動監(jiān)視、管理、協(xié)調(diào)和控制， 提高了變電保護(hù)和控制性能， 從而改善和提高了電網(wǎng)的控制水平。

1 變電站結(jié)構(gòu)自動化系統(tǒng)采用的主要形式

變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式從早期的以集中為主，發(fā)展到現(xiàn)在的以相對分散和分層分布分散為主，經(jīng)歷了一個探索、改進(jìn)和完善提高的過程，在模式設(shè)計和實際的工程建設(shè)中都有應(yīng)用。

所謂集中模式，指的是保護(hù)、監(jiān)控、通信等自動化功能模塊均在控制室集中布置，各模塊從物理上聯(lián)系較弱甚至毫無聯(lián)系。集中式結(jié)構(gòu)的變電站自動化系統(tǒng)是采用不同檔次的計算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計算與處理，分別完成微機(jī)控制、微機(jī)保護(hù)和一些自動控制等功能。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可減少占地面積，造價低，適用于對35kV或規(guī)模較小的變電站，但運行可靠性較差，組態(tài)不靈活。早期的系統(tǒng)，包括許多引進(jìn)的產(chǎn)品，主要采用這種結(jié)構(gòu)模式，目前仍有為數(shù)不少的這樣的系統(tǒng)在運行。

相對分散模式，指的是自動化系統(tǒng)設(shè)備按站內(nèi)的電壓等級或一次設(shè)備布置區(qū)域劃分成幾個相對獨立的小區(qū)，在該小區(qū)內(nèi)建設(shè)相應(yīng)的設(shè)備小室，保護(hù)、監(jiān)控等設(shè)備安裝于設(shè)備小室中，主站通信控制器、直流、錄波等設(shè)備仍集中安裝在控制室，各小室之間以及與控制室之間均通過工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。這種模式從20世紀(jì)90年代后期開始得到大量應(yīng)用。

分層分布分散模式亦即全監(jiān)控，指的是參照中低壓變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)模式，除主變、母線和高壓線路的保護(hù)測控、中央信號、通信仍采用集中組屏外，出線、電容器的保護(hù)、監(jiān)控等設(shè)備完全按設(shè)備間隔安裝于就地的設(shè)備小室或直接安裝在一次設(shè)備上，各模塊之間采用標(biāo)準(zhǔn)局域總線和通信規(guī)約互聯(lián)。當(dāng)然，也可按集中組屏的方式安裝這些模塊。全分散式結(jié)構(gòu)簡化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜，而且可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便，且抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。這種模式在最近有迅速發(fā)展的勢頭。

上述三種變電站自動化系統(tǒng)的推出，雖有時間先后，但并不存在前后替代的情況，變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)根據(jù)各種系統(tǒng)特點和變電站的實際情況，予以選配。如以RTU為基礎(chǔ)的變電站自動化系統(tǒng)可用于已建變電站的自動化改造，而分層分布分散模式，更適用于新建變電站。隨著新技術(shù)的發(fā)展、新標(biāo)準(zhǔn)的制訂、新應(yīng)用需求的提出，還會出現(xiàn)與之相適應(yīng)的新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。

2 變電站自動化系統(tǒng)的主要功能

變電站自動化系統(tǒng)功能很多，在選擇時，除了必須保證所選系統(tǒng)功能滿足變電站的需要之外，而且要求技術(shù)有一定的先進(jìn)性，防止由于功能欠缺影響系統(tǒng)以后的安全運行或很快過時?，F(xiàn)將變電站自動化系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能概括如下：

2.1 微機(jī)保護(hù)

是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，包括線路保護(hù)，變壓器保護(hù)，母線保護(hù)，電容器保護(hù)及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護(hù)應(yīng)具有下列功能：故障記錄；存儲多套定值；顯示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ?；與監(jiān)控系統(tǒng)通信。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)命令發(fā)送故障信息，動作序列。當(dāng)前整定值及自診斷信號。接收監(jiān)控系統(tǒng)選擇或修改定值，校對時鐘等命令。通信應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

2.2 數(shù)據(jù)采集及處理功能

包括狀態(tài)數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)。狀態(tài)量包括：斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號及變電站一次設(shè)備告警信號、事故跳閘總信號、預(yù)告信號等。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓、線路電壓，電流和有功、無功功率值。饋線電流，電壓和有功、無功功率值。

2.3 事件記錄和故障錄波測距

事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動作序列記錄，開關(guān)跳合記錄。變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實現(xiàn)，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。另一種是分散型，即由微機(jī)保護(hù)裝置兼作記錄及測距計算，再將數(shù)字化的波型及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲和分析。

2.4 控制和操作功能

操作人員可通過后臺機(jī)屏幕對斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)保留人工直接跳合閘手段。

2.5 系統(tǒng)的自診斷功能

系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，并把數(shù)據(jù)送往后臺機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心。對裝置本身實時自檢功能，方便維護(hù)與維修，可對其各部分采用查詢標(biāo)準(zhǔn)輸入檢測等方法實時檢查，能快速發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的故障及缺陷，并給出提示，指出故障位置。

2.6 數(shù)據(jù)處理和記錄

歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級調(diào)度中心，變電管理和保護(hù)專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，主要有：斷路器動作次數(shù)；斷路器切除故障時截斷容量和跳閘操作次數(shù)的累計數(shù)；輸電線路的有功、無功，變壓器的有功、無功、母線電壓定時記錄的最大，最小值及其時間；獨立負(fù)荷有功、無功，每天的峰谷值及其時間；控制操作及修改整定值的記錄。根據(jù)需要，該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝繉崿F(xiàn)，也可在遠(yuǎn)動操作中心或調(diào)度中心實現(xiàn)。

2.7 人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)的自診斷功能

系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，自診、斷信息也像被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往后臺機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心或操作控制中心與遠(yuǎn)方控制中心的通信。本功能在常規(guī)遠(yuǎn)動“四遙”的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)定值、故障錄波與測距信號的遠(yuǎn)傳等，其信息量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動系統(tǒng)。還應(yīng)具有同調(diào)度中心對時，統(tǒng)一時鐘的功能和當(dāng)?shù)剡\行維護(hù)功能。

3 設(shè)備選型應(yīng)遵循的原則

近些年來，變電站自動化方面的工作，既有經(jīng)驗也有教訓(xùn)。但實踐證明，只要堅持按照“運行可靠、功能實用、技術(shù)先進(jìn)、價格合理、維護(hù)方便、易于推廣”的選型原則去實施，便會成效顯著，偏離了這個原則，就收不到應(yīng)有的效果。

運行可靠體現(xiàn)在：（1）本身各模塊能穩(wěn)定協(xié)調(diào)地工作；（2）關(guān)鍵部分一定要有冗余、備份等措施，不因單個模塊的故障而影響整個系統(tǒng)的正常運行；（3）抗干擾能力強(qiáng)。功能實用體現(xiàn)在：（1）基本功能、日常操作所需的功能必須完備、簡明；（2）信息分流，哪一層需要的信息才送往哪一層。

技術(shù)先進(jìn)體現(xiàn)在：（1）采用當(dāng)前的主流技術(shù)；（2）符合開放、分布分散分層的標(biāo)準(zhǔn)。一定要改變可靠的必然在技術(shù)上落后、技術(shù)先進(jìn)的必然不可靠的觀念。如果能夠把握好設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)制造、安裝投運的各個環(huán)節(jié)，是可以做到先進(jìn)性與可靠性相統(tǒng)一的。

價格合理、維護(hù)方便、推廣容易也都是非常重要的因素，與以上幾個方面是相輔相成的。

另外，各電廠所擁有的變電站自動化系統(tǒng)型號數(shù)量不宜過多，各電壓等級的自動化系統(tǒng)不宜超過3種，否則不利于運行人員掌握和維護(hù)。

由于微處理器和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，變電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平有了很大的提高，結(jié)構(gòu)體系不斷完善，全分布式自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)為變電站自動化系統(tǒng)的選型提供了一個更廣闊的選擇余地。伴隨著變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用的增多，無論是新建、擴(kuò)建或技改工程，變電站自動化系統(tǒng)的選型都應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行國電公司下發(fā)的有關(guān)選型規(guī)定，力求做到選型規(guī)范化。

4 結(jié)束語

我國的變電站自動化已走過了一個漫長而曲折的過程，目前逐步趨向成熟和理性，這為變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了空前的良機(jī)。全面采用技術(shù)先進(jìn)、運行可靠、結(jié)構(gòu)合理、性能價格比高的自動化系統(tǒng)，必將為我國的電網(wǎng)運行帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。時代在進(jìn)步，技術(shù)在發(fā)展。如何采用先進(jìn)技術(shù)、設(shè)計開發(fā)出具有自主產(chǎn)權(quán)的實用可靠的變電站自動化系統(tǒng)，需要業(yè)內(nèi)人員付出巨大的努力。相信隨著電力建設(shè)的迅速發(fā)展，變電站自動化系統(tǒng)也會隨之邁上一個新的臺階。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]