武成龍

摘要：隨著智能化電氣設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，變電站自動(dòng)化技術(shù)即將進(jìn)入數(shù)字化新階段。本文首先介紹了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的基本概念，著重分析了目前我國(guó)在這方面的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，并提出了進(jìn)行改進(jìn)和發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：變電站 自動(dòng)化技術(shù) 發(fā)展

0 引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大影響。特高壓、大容量電網(wǎng)的逐漸形成，對(duì)保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的信息交互提出了更高、更迫切的要求。數(shù)字化變電站是以變電站一、二次系統(tǒng)為數(shù)字化對(duì)象，對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行統(tǒng)一建模，將物理設(shè)備虛擬化，采用標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息的共享和互操作。

1 數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 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。

1.2 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，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測(cè)量控制裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測(cè)裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場(chǎng)接口，通過網(wǎng)絡(luò)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。

1.3 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)提供故障分析報(bào)告，指出故障原因，提出故障處理意見；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”。

2 自動(dòng)化技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展的方向

2.1 新技術(shù)的運(yùn)用

2.1.1 DSP技術(shù)數(shù)字信號(hào)處理 DSP技術(shù)推廣應(yīng)用以來，以直接交流采樣為基礎(chǔ)的微機(jī)保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置，不同程度地將保護(hù)、自動(dòng)重合閘、故障錄波、故障測(cè)距等各種自動(dòng)裝置的測(cè)量和控制集成在一起，構(gòu)成了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。通過數(shù)字信號(hào)處理，計(jì)算出各相電流、電壓、電流方向、故障電流，精度可達(dá)0.2%。不僅解決了測(cè)量和計(jì)量問題，并可通過對(duì)有關(guān)計(jì)算值的分析計(jì)算，構(gòu)成各種保護(hù)功能。

2.1.2 面向現(xiàn)場(chǎng)的變電站綜合自動(dòng)化技術(shù) 面向現(xiàn)場(chǎng)的變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)真正具備了無人值班的條件，保護(hù)的工況可由SCADA(監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)監(jiān)視，保護(hù)的投切和定值的選擇，可在調(diào)度中心由調(diào)度員來遙控。保護(hù)定值的修改、故障錄波和故障測(cè)距數(shù)據(jù)的收集，可通過計(jì)算機(jī)通信，在管理信息系統(tǒng)(MIS)上由保護(hù)人員來操作。面向現(xiàn)場(chǎng)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，取消了大控制室，需要相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)相配合；與可控保護(hù)單元及SCADA 系統(tǒng)的結(jié)合，需要運(yùn)行管理體制相配合。

2.1.3 PLC技術(shù) PLC軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化，使程序的開發(fā)難度大大降低，同時(shí)也增強(qiáng)了軟件的可讀性和可移植性，為變電站實(shí)現(xiàn)無人值班的要求提供了成功的解決方案。改造后的變電站，能通過現(xiàn)場(chǎng)的可編程序控制器PLC和上位機(jī)的監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“四遙”功能，具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控、事故記錄、實(shí)時(shí)及歷史趨勢(shì)圖、報(bào)表等功能，從而實(shí)現(xiàn)變電站的現(xiàn)代化管理，提高變電站運(yùn)行的安全、可靠性，并減少系統(tǒng)維護(hù)工作量和提高管理水平。

2.2 整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化、集成化、規(guī)范化 當(dāng)前變電站自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)不斷朝著高集成化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型的大規(guī)模集成電路將會(huì)進(jìn)一步應(yīng)用在繼電保護(hù)和測(cè)控裝置上，這些新器件的應(yīng)用將使保護(hù)和測(cè)控裝置的電路板更加小型集成化。高集成化可以使裝置通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理能力更強(qiáng)，降低成本，減少故障率，有利于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的運(yùn)行管理。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)將逐步向產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在:產(chǎn)品基本功能設(shè)計(jì)和要求的標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)品的對(duì)外接口和通訊協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，變電站內(nèi)不同廠家的設(shè)備可以做到互換互連，“即插即用”增加了用戶選擇變電站內(nèi)各類設(shè)備和更換設(shè)備的自由度，同時(shí)不滿足標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的廠商將被逐步淘汰，使變電站自動(dòng)化專業(yè)逐步走向良性的發(fā)展。

3 未來數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和問題

基于IEC61850的統(tǒng)一的建模和通信，提高了保護(hù)和自動(dòng)化通信的性能，運(yùn)行人員得到更多的共享信息。取消保護(hù)管理機(jī)、網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換等裝置，保護(hù)、自動(dòng)化調(diào)試的工作量減少，工期大大縮短。采用先進(jìn)技術(shù)和成熟產(chǎn)品，所有產(chǎn)品均通過互操作試驗(yàn)，最大限度地保證了系統(tǒng)的可靠性，減少改造過程中的調(diào)試維護(hù)時(shí)間。采用面向間隔對(duì)象點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式的測(cè)控保護(hù)一體化IED，可以適應(yīng)現(xiàn)有的運(yùn)行及管理模式。采用“就地智能操作單元、就地MU、構(gòu)建過程層控制網(wǎng)”的模式，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)方式下的過程層控制，依據(jù)IEC61850通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遙信/遙控功能。實(shí)現(xiàn)了間隔層以上光纖化，形成基于網(wǎng)絡(luò)的IEC61850系統(tǒng)。大范圍的光纖化，大大減少了電纜數(shù)量，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，減低了二次電纜故障概率，減輕了維護(hù)量，可以減少土建工程量及工程造價(jià)。

在3個(gè)層次中，數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究正在自下而上逐步發(fā)展。目前研究的主要內(nèi)容集中在過程層方面，諸如智能化開關(guān)設(shè)備、光電互感器、狀態(tài)檢測(cè)等技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā)。國(guó)外已有一定的成熟經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當(dāng)?shù)娜肆M(jìn)行開發(fā)研究，在某些方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。目前存在的主要問題是:①研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強(qiáng)，比如智能化電器的研究至少需要機(jī)、電、光3個(gè)專業(yè)的協(xié)同攻關(guān)；②材料器件方面的缺陷需要改進(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)。

本文論述了數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及其發(fā)展。數(shù)字化變電站自動(dòng)化是一個(gè)系統(tǒng)工程，要實(shí)現(xiàn)全部數(shù)字化變電站自動(dòng)化的功能，還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決，作者相信在不遠(yuǎn)的將來數(shù)字化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，將有一個(gè)蓬勃的發(fā)展期。

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