楊 波

武漢供電公司變電檢修中心，湖北武漢 430000

電力系統的快速發(fā)展對繼電保護總是提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發(fā)展又為繼電保護技術的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術得天獨厚，在幾十年的時間里完成了重大變革。伴隨當前繼電保護技術向著計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化的發(fā)展，我們供電公司現正在進行綜合自動化變電站的改造及數字化變電站的新建，下面我就本人所知對這兩種變電站從結構、特點到存在問題進行簡要的探討。

首先我從結構上分總控單元（下文中將提到后期保護廠家對總控單元方式的改進）、測控裝置、保護裝置3部分簡要探討一下綜自站的二次設備。

1 總控單元

總控單元是針對變電站綜合自動化的需要而開發(fā)的一種通訊控制裝置,作為變電站 綜合自動化系統的一個重要組成部分,它通過多種類型的標準通訊接口和通訊規(guī)約來溝通多種類型的繼電保護裝置,數據采集裝置,智能測控裝置與后臺監(jiān)控系統和電網調度系統之間的信息聯系,它一方面通過與繼電保護裝置、智能測控裝置進行通訊，搜集變電站運行中的各種實時信息送后臺監(jiān)控系統和電網調度系統，供它們對變電站進行監(jiān)視，另一方面接收和轉發(fā)自后臺監(jiān)控系統和電網調度系統的各類操作命令，對變電站的斷路器、刀閘、變壓器分接頭等進行遙控、遙調操作。總控單元的優(yōu)點是集成性好，缺點是一旦總控單元出現故障，測控裝置就無法與后臺監(jiān)控系統及電網調度系統之間取得聯系?，F新建的綜自站取消了總控單元，直接把各測控裝置的數據放在網上，后臺監(jiān)控系統及電網調度系統直接在網上取得實時信息數據和發(fā)送命令。

2 測控裝置

測控裝置一方面采集各開關的測量量和信號傳到總控單元，另一方面接收總控單元命令對變電站的斷路器、刀閘、變壓器分接頭等進行遙控、遙調操作。測控裝置由以下幾部分組成：

1）測量單元；2）遙信單元；3）控制單元；4）CPU板

3 保護裝置

保護裝置反應電器元件故障或不正常運行狀態(tài),并動作于開關跳閘或發(fā)出信號。微機保護裝置的構成：

1）電源插件；2）交流輸入變換插件；3）低通濾波插件；4）CPU插件；5）通信插件；6）光耦插件；7）信號繼電器插件；8）出口插件；9）顯示面板。

綜自站在結構上雖然比較縝密,但在各數據量的輸入和輸出等方面顯得有些重復冗余，例如：不管是保護裝置、測控裝置還是錄波、母差等公用裝置需要電流、電壓值及開關量，都得分別放電纜取得模擬量數據，搞不好還會造成CT開路、PT短路的事故。和繼電保護的計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化的發(fā)展大趨勢還有一段差距。隨著電子信息技術的高速發(fā)展，無人值守的綜自變電站已經不再是新鮮事情。隨著智能化開關、光電式電流電壓互感器、一次運行設備在線狀態(tài)檢測等技術日趨成熟，以及計算機高速網絡在實時系統中的開發(fā)應用，勢必對已有的變電站自動化技術產生深刻的影響，全數字化的變電站自動化系統已經出現并正在新建中。接下來對我公司正在新建中的數字化變電站從特點、結構到存在問題進行簡要探討：

3.1 數字化變電站自動化系統的結構

數字化變電站自動化系統的結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網絡化的二次設備。在邏輯結構上可分為四個層次，這四個層次分別稱為過程層、間隔層、站控層和管理層。

1）過程層

過程層是一次設備與二次設備的結合面，或者說過程層是指智能化電氣設備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）電力運行實時的電氣量檢測；（2）運行設備的狀態(tài)參數檢測；（3）操作控制執(zhí)行與驅動。

（1）電力運行的實時電氣量檢測。

與傳統的功能一樣，主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可通過間隔層的設備運算得出。與常規(guī)方式相比所不同的是傳統的電磁式電流互感器、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代；采集傳統模擬量被直接采集數字量所取代，這樣做的優(yōu)點是抗干擾性能強，絕緣和抗飽和特性好，開關裝置實現了小型化、緊湊化。

（2）運行設備的狀態(tài)參數在線檢測與統計。

變電站需要進行狀態(tài)參數檢測的設備主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統。在線檢測的內容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態(tài)等數據。

（3）操作控制的執(zhí)行與驅動。

操作控制的執(zhí)行與驅動包括變壓器分接頭調節(jié)控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、刀閘合分控制，直流電源充放電控制。過程層的控制執(zhí)行與驅動大部分是被動的，即按上層控制指令而動作。在執(zhí)行控制命令時具有智能性，能判別命令的真?zhèn)渭捌浜侠硇?，還能對即將進行的動作精度進行控制，能使斷路器定相合閘，選相分閘，在選定的相角下實現斷路器的關合和開斷，要求操作時間限制在規(guī)定的參數內。

2）間隔層

間隔層設備的主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實時數據信息；（2）實施對一次設備保護控制功能；（3）實施本間隔操作閉鎖功能；（4）實施操作同期及其他控制功能；（5）對數據采集、統計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網絡通信功能。

3）站控層

站控層的主要任務是：（1）通過兩級高速網絡匯總全站的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，按時登錄歷史數據庫；（2）按既定規(guī)約將有關數據信息送向調度或控制中心；（3）接收調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、過程層執(zhí)行；（4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；（5）具有（或備有）站內當地監(jiān)控，人機聯系功能。（6）具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態(tài)，在線修改參數的功能；（7）具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓功能。

4）管理層

管理層的主要任務包括：完成全供電區(qū)域與變電站的協調，變電站設備的故障檢修和維護，變電站基礎設施數字化管理與維護，以及具體的防火防盜、操作票的監(jiān)控等。

3.2 數字化變電站的特點

3.2.1 變電站基礎設施的數字化

數字化變電站的一個基本特征就是基礎設施的數字化。包括變電站地理位置、設備布局、房屋結構、設備資料等信息的高度圖像化、空間信息化，且呈三維立體可視。

3.2.2 一次設備的智能化

一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路采用微處理器和光電技術設計，簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結構，數字程控器及數字公共信號網絡取代傳統的導線連接。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器件代替，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜將被光電數字和光纖代替。

3.2.3 二次設備的網絡化

變電站內常規(guī)的二次設備全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網絡通信，二次設備不再出現常規(guī)功能裝置重復的I/O現場接口，通過網絡真正實現數據共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

3.2.4 運行自動化

包括電力生產運行數據、狀態(tài)記錄統計無紙化；數據信息分層、分流交換自動化；變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統能自動發(fā)出變電站設備檢修報告，即常規(guī)的變電站設備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

3.2.5 管理規(guī)范化

包括變電站的管理與維護將發(fā)生大的變革。如變電站防火防盜，數字化變電站將提供全天候24小時的實時自動監(jiān)控，自動記錄并分析一切進入變電站的人及其行為，并自動根據其行為給出相應的報警。五防系統高度智能化和規(guī)范化。操作票的工作方式也會發(fā)生改變。現場單人操作機制將會推廣，且操作過程及效果將會自動記錄和跟蹤，后臺調度室利用數字化系統進行現場指導和監(jiān)督。

3.3 數字化變電站自動化系統發(fā)展中的主要問題

在四個層次中，數字化變電站自動化系統的研究正在自下而上逐步發(fā)展。目前研究的主要內容集中在過程層方面，諸如智能化開關設備、光電互感器、狀態(tài)檢測等技術與設備的研究開發(fā)。國外已有一定的成熟經驗，國內的大專院校、科研院所以及有關廠家都投入了相當的人力進行開發(fā)研究，并且在某些方面取得了實質性的進展。但歸納起來，目前主要存在的問題是：1）研究開發(fā)過程中專業(yè)協作需要加強，比如智能化電器的研究至少存在機、電、光三個專業(yè)協同攻關；2）材料器件方面的缺陷及改進；3）試驗設備、測試方法、檢驗標準，特別是EMC（電磁干擾與兼容）控制與試驗還是薄弱環(huán)節(jié)；4）各種數字化手段的研究與開發(fā)，包括新型變電站人員活動及行為分析的監(jiān)督設備與方法等；5）管理規(guī)范制度的建設。

數字化變電站建設過程是一個巨型系統工程，要實現全部數字化變電站自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決，相信在不遠的將來，數字化的變電站建設將有一個蓬勃的發(fā)展。

[1]程明，金明，等.無人值班變電站監(jiān)控技術[M].中國電力出版社，1999.

[2]劉健，倪建立，等.配電自動化系統[M].中國水利電力出版社，1999.