毛淑蓮 劉青利

（陜西省地方電力集團(tuán)有限公司富平供電分公司，陜西 富平 711700）

綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電站中的應(yīng)用分析

毛淑蓮 劉青利

（陜西省地方電力集團(tuán)有限公司富平供電分公司，陜西 富平 711700）

現(xiàn)代變電站管理的發(fā)展趨勢是集保護(hù)和監(jiān)控功能于一體的綜合自動(dòng)化管理。簡要概述綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站運(yùn)行中的重要性，對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行分析。最后，分析綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用。

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；變電站；應(yīng)用分析

0 引言

隨著科技的發(fā)展社會(huì)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的使用已經(jīng)在電力系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用，傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)已被變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)所取代，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。

1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)概述

1.1 變電站

變電站是介于發(fā)電廠和電力用戶之間的中間環(huán)節(jié)，由主變壓器、母線、斷路器、隔離開關(guān)、避雷器、電容器、電抗器、互感器等設(shè)備集合而成。主要包括一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。其中一次系統(tǒng)主要完成電能的傳輸、分配和電壓變換工作；二次系統(tǒng)則是完成對(duì)一次設(shè)備及其流經(jīng)電能的測量、監(jiān)視和故障的告警、控制、保護(hù)以及開關(guān)閉鎖、廠站遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等工作。

常規(guī)變電站的二次系統(tǒng)主要包括繼電保護(hù)、故障錄波、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控以及遠(yuǎn)動(dòng)四部分。

1.2 變電站綜合自動(dòng)化

變電站二次設(shè)備主要包括繼電保護(hù)、控制、測量、信號(hào)、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代電子、通信以及信息處理等各項(xiàng)技術(shù)均在變電站二次設(shè)備中采用，進(jìn)而重新組合其功能并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況。由此可以看出，與常規(guī)的二次設(shè)備相比，變電站綜合自動(dòng)化簡化了變電站的二次接線，提高了變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平與經(jīng)濟(jì)效益，并降低了其運(yùn)行維護(hù)成本。

1.3 變電站綜合自動(dòng)化的優(yōu)越性

（1）傳統(tǒng)的變電站存在的問題

傳統(tǒng)的變電站主要存在以下問題：

①現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)變電站高安全性、可靠性要求高，傳統(tǒng)變電站無法滿足；

②供電質(zhì)量（主要指電壓、頻率和諧波）無法得到科學(xué)保證；

③占地面積大，增加了征地投資；

④不適應(yīng)電力系統(tǒng)計(jì)算快速性和控制實(shí)時(shí)性的的要求；

（2）變電站采取綜合自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)越性

與傳統(tǒng)的變電站相比，變電站采取了綜合自動(dòng)化技術(shù)，則具有以下優(yōu)越性：

①變電站運(yùn)行時(shí)安全性、可靠性水平得到大幅度提高；

②提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率；

③簡化了變電站二次部分的硬件配置；

④提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平；

⑤縮小變電站占地面積，減少總投資；

⑥減少維護(hù)工作量，減少值班員勞動(dòng)量；

⑦有利于提高變電站無人值班管理水平。

2 綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電站的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國外綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電站應(yīng)用現(xiàn)狀

變電站自動(dòng)化的發(fā)展是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的。20世紀(jì)70年代，國外開始研究變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)。如CPCS變電站保護(hù)和控制綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（由美國西屋電氣公司和美國電力科學(xué)研究院（EPRI）聯(lián)合研制）、SDS-1（由日本關(guān)西電力公司與三菱電氣公司共同研制），并且于20世紀(jì)80年代開始就進(jìn)行了商業(yè)化生產(chǎn)。

20 世紀(jì)80年代以后，綜合自動(dòng)化技術(shù)不斷成熟。國際著名大型電氣公司，如德國西門子公司（SIEMENS）、瑞士ABB公司、日本日立、美國通用電氣公司（GE）、法國阿爾斯通公司（ALSTOM）等均研制開發(fā)了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)和生產(chǎn)了變電站綜合自動(dòng)化產(chǎn)品，并逐步取得了較為成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。更加值得一提的是，以上各公司彼此間在開始研究變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，就十分注重制定與協(xié)調(diào)與其相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，這一點(diǎn)是值得我們借鑒的。

2.2 國內(nèi)綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電站應(yīng)用現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)60年我國就開始研制變電站自動(dòng)化技術(shù)。到70年代初期，電氣集中控制裝置面世，緊接著集保護(hù)、控制、信號(hào)為一體的裝置研制成功。發(fā)展到80年代中期，35 kV變電站微機(jī)保護(hù)、監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)成功研制，并且投入運(yùn)行于威海望島變電站。此外，國內(nèi)許多高等院校及科研單位在綜合自動(dòng)化技術(shù)的研究方面也做了大量的工作。

隨著技術(shù)的不斷成熟，進(jìn)入90年代以后，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)迅速發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)系統(tǒng)不勝枚舉，如CSC2000系列綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（北京四方公司），BSJ2200計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（南京南瑞集團(tuán)公司），RCS—9000系列綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（南京南瑞繼電保護(hù)電氣有限公司），CBZ-8000系列綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（許繼電氣公司）等等。

3 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

目前，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)大致可以分為以下幾種結(jié)構(gòu)：

（1）集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中式結(jié)構(gòu)由前置機(jī)和后臺(tái)機(jī)構(gòu)成，集中配置系統(tǒng)的硬件裝置，數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測等功能由前置機(jī)來完成，數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能由后臺(tái)機(jī)來完成。目前來說，這種結(jié)構(gòu)還存在以下不足：①存在信息“瓶頸”：前置管理機(jī)引線多且任務(wù)繁重，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)可靠性降低；②工程設(shè)計(jì)角度上而言，鋪設(shè)電纜必不可少，如此就不能節(jié)約開支，并且一些自動(dòng)化需求功能擴(kuò)展較難。

（2）集中分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指分布式處理靠多臺(tái)按系統(tǒng)功能分布或變電站被監(jiān)控對(duì)象的計(jì)算機(jī)單功能設(shè)備連接到能共享資源網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)。此處所說的“分布”是強(qiáng)調(diào)從計(jì)算機(jī)的角度出發(fā)研究分布問題的變電站資源物理上的分布，而不是強(qiáng)調(diào)地理分布。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)較為理想，如果能達(dá)到完全分布式結(jié)構(gòu)，則可擴(kuò)展性、通用性及開放性方面的優(yōu)勢尤為突出，但是目前在實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)于技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)上還存在許多難以解決的問題，如分散安裝布置時(shí)，運(yùn)行環(huán)境過于惡劣、電磁干擾較大、信息傳輸途徑不確定等。因此，目前技術(shù)還不夠完全成熟，盲目地追求完全分布式結(jié)構(gòu)，而忽略工程實(shí)用性是不必要的。

（3）分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布分散式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為變電站層和間隔層兩層或者變電站層、通信層和間隔層三層。

分層分布式系統(tǒng)是按照變電站元件，進(jìn)行斷路器間隔設(shè)計(jì)。通過變電站一個(gè)或幾個(gè)智能化的測控單元完成一個(gè)斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制等功能。該系統(tǒng)連接電纜大量減少，電纜傳送信息的電磁干擾大幅度減弱，可靠性很高，部分故障相互不影響，且維護(hù)和擴(kuò)展均很方便，設(shè)備制造廠家可一次性完成大量現(xiàn)場工作。因此，分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)代表了現(xiàn)代變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢。

4 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

4.1 變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的主要內(nèi)容

（1）監(jiān)視和操作變電站的正常運(yùn)行，保證變電站運(yùn)行的安全；

（2）當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，瞬態(tài)電氣量的采集、監(jiān)視和控制由繼電保護(hù)和故障錄波等完成，并迅速切除故障，恢復(fù)運(yùn)作；

（3）監(jiān)視高壓電氣設(shè)備本身的運(yùn)行；

（4）將變電站所采集的信息（即原始數(shù)據(jù)）傳送給調(diào)度中心，如有需要亦可傳給運(yùn)行方式科和檢修中心等。

4.2 變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的基本功能

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能主要包括如下各方面：

數(shù)據(jù)采集功能（主要包括模擬量的采集、狀態(tài)量的采集和脈沖量的采集）；故障處理功能（主要指故障記錄、故障錄波和故障測距）；安全監(jiān)視功能（主要是越限告警，裝置失電、異常監(jiān)視）；操作控制功能；繼電保護(hù)；參數(shù)監(jiān)測；運(yùn)行控制；信息遠(yuǎn)傳事件記錄；自動(dòng)低周減載及系統(tǒng)自檢；人機(jī)聯(lián)系功能（主要為顯示畫面和數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)、人工控制操作、診斷與維護(hù)）；打印功能；數(shù)據(jù)處理與記錄功能；諧波分析與監(jiān)視；微機(jī)保護(hù)功能等。

5 綜合自動(dòng)化技術(shù)在某110 kV變電站的應(yīng)用

（1）保護(hù)技術(shù)

以集中配屏模式將控制、保護(hù)兩大功能作為一個(gè)整體來考慮，簡化二次回路設(shè)計(jì)，是目前國內(nèi)新建變電站中廣泛應(yīng)用的模式，并且具有較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。本110 kV變電站擁有綜合自動(dòng)化保護(hù)屏11面，采用集中配屏模式。極大提升了該110 kV變電站設(shè)備的綜合自動(dòng)化水平和管理水平。

（2）監(jiān)控技術(shù)

本110 kV變電站，采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以集控站技術(shù)為準(zhǔn)，將本地后臺(tái)監(jiān)控與集控站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合在一起。信息資源得到共享，變電站保護(hù)、控制及監(jiān)測等綜合自動(dòng)化功能得以完成，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與處理、模擬量采集、開關(guān)量采集、遠(yuǎn)動(dòng)功能。

（3）微機(jī)電力故障錄波技術(shù)

微機(jī)電力故障錄波器具有3種動(dòng)態(tài)記錄功能，分別是高速故障記錄、故障動(dòng)態(tài)過程記錄及長過程記錄。在本110 kV變電站110 kV系統(tǒng)和35 kV系統(tǒng)中分別安裝一套微機(jī)電力故障錄波器，從而可以在其進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣后，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件來判斷、實(shí)現(xiàn)各種功能，并進(jìn)一步為電網(wǎng)故障的分析提供依據(jù)。

6 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，電網(wǎng)的規(guī)模也不斷壯大,自動(dòng)化技術(shù)更是日趨完善，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)逐步由功能分散向單元分散發(fā)展，由集中控制向分布式網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，從少功能向多功能發(fā)展，以及向測量數(shù)據(jù)完全共享發(fā)展。

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Application analysis of integrated automation technology in transformer substation

MAO Shu-lian, LIU Qing-li
（Fuping power supply branch of Shanxi Regional Electric Power Group Co., Ltd, Fuping 711700, China）

t: The development trend of modern transformer substation management is the integrated automation management which incorporates protection and control. Therefore, the paper summarized the importance of integrated automation system that used in the transformer substation briefly, and analyzed the structure and function of the integrated automation system, at last analyzed the application of the integrated automation system.

integrated automation system; substation; application analysis software

TP202

B

1672-5387（2012）01-0057-03

2011-12-16

毛淑蓮（1963-），女，工程師，從事變電站、調(diào)度、電力線路研究。