淺談變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

鐘福來(lái)

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變電站自動(dòng)化技術(shù)受到了深遠(yuǎn)的影響，變電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入數(shù)字化新階段，且機(jī)械工程及其自動(dòng)化控制的技術(shù)發(fā)展也越來(lái)越快。本文論述了數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及功能劃分等。

【關(guān)鍵詞】 變電站自動(dòng)化；智能化；網(wǎng)絡(luò)化

變電站自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定的水平，在我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設(shè)中也大量采用自動(dòng)化新技術(shù)，從而大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強(qiáng)了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可能性，降低了變電站建設(shè)的總造價(jià)，這已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)。然而，技術(shù)的發(fā)展是沒(méi)有止境的，隨著智能化開(kāi)關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè)、變電站運(yùn)行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟，以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，勢(shì)必對(duì)已有的變電站自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響，全數(shù)字化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)即將出現(xiàn)。

一、現(xiàn)今變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

1、智能化的一次設(shè)備。一次設(shè)備被檢測(cè)的信號(hào)回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號(hào)網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號(hào)和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

2、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備。變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，已改變了傳統(tǒng)二次設(shè)備的模式，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，信息共享，減少電纜，減少占地面積，降低造價(jià)等方面已改變了變電站運(yùn)行的面貌。使得設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)路通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/0現(xiàn)場(chǎng)接口，通過(guò)網(wǎng)路真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，資源共享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

3、自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)。變電站運(yùn)行管理自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無(wú)紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動(dòng)化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)能即時(shí)提供故障原因，提出故障處理意見(jiàn)；系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

二、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

1.綜合型自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

變電站綜合自動(dòng)化采用自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的部分或全部功能。為達(dá)到這一目的，滿足電網(wǎng)運(yùn)行對(duì)變電站的要求，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)體系由“數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護(hù)”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動(dòng)化基礎(chǔ)。“通信控制管理‘是橋梁，聯(lián)系變電站內(nèi)部各部分之間、變電站與調(diào)度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)?！弊冸娬局饔?jì)算機(jī)系統(tǒng)“對(duì)整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制，并向運(yùn)行人員提供變電站運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫(huà)面，使運(yùn)行人員可遠(yuǎn)方控制斷路器分、合操作，還提供運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)的手段。數(shù)字化使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)采集更精確、傳遞更方便、處理更靈活、運(yùn)行維護(hù)更可靠、擴(kuò)展更容易。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式主要有集中式、集中分布式和分散分布。

2. 數(shù)字化自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在高壓或超高壓變電所中，將保護(hù)裝置，測(cè)控裝置，故障錄波及其它自動(dòng)裝置的I/0單元割裂出來(lái)，把它作為作為智能化一次設(shè)備的一部分。反之，智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器，數(shù)字化控制回路代替了；而在中低壓變電所則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整的安裝在開(kāi)關(guān)柜上，實(shí)現(xiàn)了變電所機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。從邏輯上可分為 “過(guò)程層”、“間隔層”、“所控層”三個(gè)層次。從物理上來(lái)說(shuō)數(shù)字化變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備兩類(lèi)，其中在邏輯層的三個(gè)層次來(lái)看：

2.1 過(guò)程層：該層是一個(gè)一次設(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合面，換言之過(guò)程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過(guò)程層的主要功能可以分為三類(lèi)： 電力運(yùn)行的實(shí)時(shí)電氣量檢測(cè) 。；運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)；操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)；

2.2 間隔層：其主要功能是：①匯總本間隔過(guò)程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；②實(shí)施對(duì)一次設(shè)備保護(hù)控制功能；③實(shí)施操作同期及其他控制功能；④實(shí)施本間隔操作閉鎖功能；⑤承上啟下的通信功能，即同時(shí)高速完成與過(guò)程層及所控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能；⑥對(duì)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級(jí)別的控制。

2.3 所控層：其主要功能是：①通過(guò)兩級(jí)高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，按時(shí)登錄歷史數(shù)據(jù)庫(kù)；②具有在線可編程的全所操作閉鎖控制功能；③具有所內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機(jī)聯(lián)系功能；④按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；⑤接受調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過(guò)程層執(zhí)行；⑥具有對(duì)間隔層、過(guò)程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；⑦具有變電所故障自動(dòng)分析和操作培訓(xùn)功能。

三、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展中的主要問(wèn)題

變電站的自動(dòng)化發(fā)展，使供電可靠性有了很大的提高，但是要進(jìn)一步縮短故障停電時(shí)間，很大一部分取決于饋線自動(dòng)化的發(fā)展。必須在饋電線路上裝設(shè)電動(dòng)開(kāi)關(guān)，配置饋線終端設(shè)備FTU，對(duì)一些分支線路，還應(yīng)裝設(shè)故障指示器，并利用通信系統(tǒng)，向系統(tǒng)提供饋線運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，執(zhí)行系統(tǒng)下達(dá)的饋線開(kāi)關(guān)遙控操作命令非線性負(fù)載，電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，不平衡負(fù)載，焊接設(shè)備以及家用電器設(shè)備增多，降低了電壓質(zhì)量。在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究正在自下而上逐步發(fā)展。目前對(duì)于研究過(guò)程層方面，諸如智能化開(kāi)關(guān)設(shè)備、光電互感器、狀態(tài)檢測(cè)等技術(shù)與設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)，國(guó)外已有一定的成熟經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)的大專(zhuān)院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當(dāng)?shù)娜肆M(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，并且在某些方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。但歸納起來(lái)，目前主要存在的問(wèn)題是：（1）研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中專(zhuān)業(yè)協(xié)作需要加強(qiáng)，比如智能化電器的研究至少存在機(jī)、電、光三個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)同攻關(guān)；（2）材料器件方面的缺陷及改進(jìn)；（3）試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，特別是EMC（電磁干擾與兼容）控制與試驗(yàn)還是薄弱環(huán)節(jié)。

另外，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)作為一個(gè)龐大、復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含眾多的設(shè)備和子系統(tǒng)，個(gè)功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，其本身及其所用技術(shù)又處于不斷發(fā)展之中，對(duì)任一家制造商而言，根本不可能包攬一切。在饋線自動(dòng)化方面顯著降低了建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)的綜合成本，為提高供電可靠性，創(chuàng)造了有力的條件。故障定位和自動(dòng)恢復(fù)送電可以明顯地縮短停電時(shí)間。有效的解決這一問(wèn)題，必須壹數(shù)字式繼電保護(hù)、饋線自動(dòng)化和DMS系統(tǒng)為基礎(chǔ)。對(duì)于故障定位，國(guó)外有人提出使用三種技術(shù)綜合處理：故障距離計(jì)算法、線路故障指示器法以及不同線路區(qū)間故障概率統(tǒng)計(jì)法，這些信息結(jié)合在一起進(jìn)行模糊邏輯處理。

而現(xiàn)今變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用全面解決方案，走系統(tǒng)集成之路，使得各種應(yīng)用之間可共享投資和運(yùn)行費(fèi)用，最大限度保護(hù)用戶原有的投資。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文論述了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及其發(fā)展?；冸娬咀詣?dòng)化是一個(gè)系統(tǒng)工程，要實(shí)現(xiàn)全部變電站自動(dòng)化的功能，還有許多技術(shù)問(wèn)題需要攻關(guān)解決，作者相信在不太運(yùn)的將來(lái)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，將有一個(gè)蓬勃的發(fā)展期。

參考文獻(xiàn)：

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