韓啟華 李愛玲

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷進步與發(fā)展，科學技術的不斷改革創(chuàng)新，越來越多的電力企業(yè)開始重視和關注變電站綜合自動化系統(tǒng)的運用。變電站綜合自動化系統(tǒng)作為企業(yè)電力系統(tǒng)中的重中之重，是一個必不可缺的關鍵組成部分，打破了傳統(tǒng)變電站的工作模式。變電站綜合自動化裝置主要分為實時監(jiān)控和微機保護兩部分，其中變電站綜合保護系統(tǒng)有效保障了變電站的穩(wěn)定安全運行，降低了電力企業(yè)的維修成本，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟效益。該文將進一步的對變電站綜合自動化保護系統(tǒng)應用展開分析和探討。

關鍵詞：變電站 綜合自動化 保護系統(tǒng) 電力系統(tǒng)

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0034-02

當前是一個科技信息時代，我國電力工業(yè)的發(fā)展要與時俱進，跟上時代發(fā)展的腳步，要積極應用變電站綜合自動化系統(tǒng)，不斷提高電力生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，保證變電站運行的安全可靠性。通過變電站的綜合自動化保護系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站高可靠性工作，不斷提高電力生產(chǎn)過程的安全性。

1 常規(guī)變電站的狀況

1.1 變電站的傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)工作模式

傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成不包括計算機設備，變電站的二次設備通常由繼電保護、監(jiān)控系統(tǒng)、自動裝置以及遠動裝置構成[1]，其中信息處理系統(tǒng)的主要工作是對系統(tǒng)內(nèi)的所有重要數(shù)據(jù)信息進行收集、處理，功能實現(xiàn)過程則是系統(tǒng)對變電站各項設備的控制、監(jiān)視、保護以及調(diào)節(jié)[2]。通過以上功能可以實現(xiàn)系統(tǒng)以及設備運行的穩(wěn)定可靠性。

圖1為變電站傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)及其設備狀態(tài)的信息圖。傳統(tǒng)監(jiān)控室內(nèi)的工作人員通過對測量儀表以及繼電器的轉換數(shù)據(jù)進行處理分析后，手動的對整個系統(tǒng)進行操作和控制，形成了一個閉合信息的系統(tǒng)[3]?？刂剖覂?nèi)的工作人員必須無時無刻的觀察、監(jiān)視著系統(tǒng)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息變化情況，增大了他們的工作量。傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)和自動化監(jiān)控系統(tǒng)最大的不同就是，前者的信息處理工作要以人為核心。

1.2 傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在的弊端

傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的弊端主要分為以下幾點。

（1）傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中運用的設備過于落后，其中系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的轉換監(jiān)測完全依靠繼電器、電磁測量儀表等模擬式設備，從而導致測量數(shù)據(jù)的誤差偏大，無法準確的登記事件發(fā)生的順序以及具體時間；與此同時電磁測量儀表和繼電器的占用空間體積過大，消耗大量的電力，導致必須不斷擴大系統(tǒng)控制室的面積。不利于控制室工作人員的監(jiān)控和管理。

（2）對于系統(tǒng)采集來的數(shù)據(jù)信息，完全要依賴于工作人員的直覺來判斷處理，是否存在故障的可能性，在這個過程中勢必會造成一定的誤差，畢竟單獨靠人的大腦直覺去判斷處理信息是有一定的局限性的。面對系統(tǒng)內(nèi)不斷更新的大量信息數(shù)據(jù)，控制室的工作人員如果只憑感官和大腦去反應處理信息，會導致關鍵信息的遺漏處理或者處理出現(xiàn)失誤，從而降低了系統(tǒng)運行的可靠安全性。

（3）由于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)使用強電流進行傳輸，具備良好的抗干擾性，然而傳輸過程中消耗的功率較大，容易產(chǎn)生較大的誤差，同時傳輸?shù)木嚯x有限制范圍，一般情況下是低于1000 m，而且傳輸通道中運用的電纜截面積較大，數(shù)量眾多，增大了變電站的投入資金成本。

（4）傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)水平落后，在二次系統(tǒng)中的通信和信息交換能力偏低，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源不能得到有效的運用[4]，無法第一時間顯示出處理的信息結果，完全不能充分發(fā)揮出監(jiān)控系統(tǒng)的重要作用，雖然隨著時間的不斷推移，技術不斷的改善，傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)解決了信息傳輸功耗大、設備占地面積大的等等弊端，但是仍然無法改變傳統(tǒng)工作模式的落后性。所以，要想完全打破傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的弊端，就必須從根本上解決問題，積極應用變電站的微機監(jiān)控和保護，全面完成變電站綜合自動化的轉變，不斷提高變電站的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

2 變電站綜合自動化系統(tǒng)

2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的概況

變電站綜合自動化作為電力企業(yè)變電站的二次設備，其中涵蓋的設備主要有信號系統(tǒng)、測量儀表、繼電保護、遠動裝置以及自動裝置等[5]，通過對設備功能的組合和優(yōu)化設計，運用最新的網(wǎng)絡通信技術、計算機技術以及信號處理技術，從而達成對電力企業(yè)整個電站運行狀態(tài)的實時自動化監(jiān)控以及微機裝置的保護。變電站綜合自動化系統(tǒng)通過運用數(shù)臺先進的計算機設備以及超大規(guī)模的集成電路。實現(xiàn)它的自動化功能，打破傳統(tǒng)變電站的工作模式，工作人員不用定期的對信息數(shù)據(jù)進行記錄、抄表等工作，各種信號會自動傳輸?shù)街骺刂剖覂?nèi)，控制室內(nèi)的工作人員只需要認真觀看屏幕，獲取重要的信息數(shù)據(jù)，真?zhèn)€變電站是否處在正常的運行狀態(tài)。變電站綜合自動化系統(tǒng)在運行過程中，能不斷采集到眾多完成的數(shù)據(jù)信息，利用先進的網(wǎng)絡計算機設備全程監(jiān)控著變電站內(nèi)的所有設備運行狀況，有力的保障了變電站安全穩(wěn)定的持續(xù)運行。

2.2 變電站綜合自動化的構成

當前變電站綜合自動化的構成主要分為三種結構，分別是分布式結構、分層分布式結構以及集中式結構。

2.2.1 分布式系統(tǒng)結構

分布式系統(tǒng)的工作原理是通過將變電站的所有監(jiān)控單位或者系統(tǒng)功能分布的眾多計算機單功能設備，將它們進行網(wǎng)絡連接，從而實現(xiàn)能分享變電站資源的一種分布式處理[6]。分布式系統(tǒng)結構最明顯的特征就是通過利用數(shù)臺計算機設備去實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)的各項功能，而不是單一的通過一臺主機去進行處理工作。分布式系統(tǒng)結構的設計必須根據(jù)功能的不同而改變，主要通過運用主從CPU系統(tǒng)的工作方法，多CPU系統(tǒng)不斷提高了解決并行多發(fā)事件的能力，從而實現(xiàn)了CPU的高效運行處理。分布式系統(tǒng)結構有利于變電站自動化系統(tǒng)的維護和擴展，就算某個區(qū)域發(fā)生故障也不會導致其他模塊停止運行。分布式結構模式在安裝上能形成兩種不同的系統(tǒng)組態(tài)結構，一種是分層組屏系統(tǒng)組態(tài)結構，另一種則是集中組屏系統(tǒng)組態(tài)結構，他們普遍被運用于中低壓變電站中。分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)在時間推移下，逐漸體現(xiàn)出了它不同于其他結構系統(tǒng)的優(yōu)勢，然而它在發(fā)展過程中還存在著信息傳輸路徑單一，抗電磁干擾能力偏低的弊端。

2.2.2 集中式系統(tǒng)結構

變電站集中式系統(tǒng)主要通過運用功能強大的計算機，與此同時擴展它的I/O接口，統(tǒng)一收集變電站的數(shù)據(jù)量以及模擬量等相關信息，集中的對這這些信息進行處理和計算，從而實現(xiàn)變電站的微機保護、微機監(jiān)控以及自動控制等功能[7]。集中式系統(tǒng)主要通過前置計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的輸入和輸出、控制、保護以及檢測等功能，而后臺計算機則實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理分析、呈現(xiàn)、遠方通信以及打印等功能。集中式系統(tǒng)結構受到了眾多電力企業(yè)在變電站自動化上的運用，但是這種結構還是存在三個明顯的弊端：一是由于前置計算機所要管理的數(shù)據(jù)信息眾多，任務過于繁重、引線偏多，從而無法保證整個變電站系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性，一旦前置機出現(xiàn)了故障，會直接導致系統(tǒng)無法完成信息的輸出、輸入以及控制等功能；二是系統(tǒng)軟件眾多，操作起來繁瑣復雜，直接加大了修改的工作量；三是系統(tǒng)組態(tài)不具備靈活性，軟硬件的設計必須隨著變電站的規(guī)模以及主接線的變化而改變，加大了之間的工作量，對于變電站自動化的操作功能提出了更大的要求。

2.2.3 分層分布式結構

分層分布式自動化系統(tǒng)結構可以分為三層，一層是通信層，一層是變電站層，最后一層為間隔層。分層分布式結構相對于集中式結構的自動化系統(tǒng)，具備以下明顯的優(yōu)勢。

（1）具備較高的運行可靠性。當系統(tǒng)局部發(fā)生故障時，不會影響其他模塊的繼續(xù)運行，會將故障所帶來的危險分散開。如果系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡故障時，它只會導致監(jiān)控部分受到一定的破壞，而系統(tǒng)的最主要的控制以及保護功能會保持持續(xù)的穩(wěn)定運行。

（2）分層分布式結構具備更高的開放性和擴展性，有助于工程的應用和設計。

（3）分層分布式自動化系統(tǒng)中的二次設備降低了電纜的使用，為電力企業(yè)節(jié)約了大量的成本，同時減少了電纜日常調(diào)試維護的工作量。

2.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和特點

變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和特點主要包括了以下幾點。

（1）在線運行具備較高的穩(wěn)定可靠性。相比較常規(guī)的自動裝置，變電站綜合自動化系統(tǒng)中的自動裝置具備故障自診斷功能，例如微機自動裝置以及微機保護裝置，都能在故障出現(xiàn)的第一時間診斷出故障原因。

（2）變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信功能。變電站綜合自動化的微機保護裝置的運行前提就是要保證通信接口的設置，必須在系統(tǒng)中設置RS-422/485、RS-232等標準接口?？墒且坏┳冸娬镜囊?guī)模變大，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量變大，這些接口還不足以勝任任務繁重的工作，通過應用以太網(wǎng)，就能解決這個通信難題。

（3）變電站綜合自動化系統(tǒng)的遠方整定功能。當系統(tǒng)具備了遠方整定功能，就能不斷提高變電站供電的穩(wěn)定性以及持續(xù)性，因為在遠方整定的作業(yè)過程中，自動化系統(tǒng)的保護裝置只要沒有收到修改的確認命令，就會始終按照原定值持續(xù)的運行。一旦接收到修改確認命令，就會將改至新的定值，按照新的定值進行運行。

（4）變電站綜合自動化系統(tǒng)保護功能的切除以及遠方投入。它的功能等同于常規(guī)保護所設立的連接片。軟連接片就是系統(tǒng)軟件開關的另一種稱呼，它與常規(guī)連接片的連接方式為串聯(lián)。只要軟連接片被應用于微機保護裝置后，就能是系統(tǒng)的保護程序變得更加標準化[8]。

（5）變電站運行管理具備較高的自動化水平。由于變電站的運行管理變成了自動化，因此系統(tǒng)內(nèi)的各項工作都可以通過計算機設備自動運行，例如信息數(shù)據(jù)的記錄、測量、抄表、監(jiān)視等工作，監(jiān)控室內(nèi)的工作人員只要負責觀察CRT屏幕，及時發(fā)現(xiàn)各項設備以及所有電路運行過程中是否存在問題，一旦出現(xiàn)問題，就及時通知維護人員進行搶修。

（6）變電站綜合自動化系統(tǒng)維護調(diào)試方便簡捷。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，微機保護裝置都具備故障自診斷能力，一旦自動化系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障，就能在第一時間進行診斷，發(fā)現(xiàn)故障的根源處，發(fā)出警報通知維護人員進行維修，大大減少了維修時間，避免了造成嚴重的系統(tǒng)故障，給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟損失。同時，微機保護與自動裝置的定值能夠在線讀出檢查，大大縮短了定期核對定值的時間。

（7）有利于變電站為人值班模式的實現(xiàn)。變電站綜合自動化系統(tǒng)能夠采集到眾多可靠的信息數(shù)據(jù)，具備先進的計算機能力以及邏輯判斷功能，能夠輕松的對整個變電所所有設備進行監(jiān)控管理。例如，監(jiān)控室的工作人員不用定期的進行監(jiān)控系統(tǒng)記錄和抄表，系統(tǒng)會自動化的完成這些工作，從而降低了企業(yè)的人力成本。與此同時，如果變電所還配置了與上級調(diào)度的通信功能，就能直接實現(xiàn)“三遙”功能，即遙信、遙控以及遙測。

3 變電站綜合自動化保護系統(tǒng)的結構設計

變電站綜合自動化保護系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)繼電保護的弊端，它不但具備能實現(xiàn)繼電保護功能的硬件電路，還具備著保護和管理系統(tǒng)功能的相關軟件。它在變電站重要的應用功能有：

（1）信息采集系統(tǒng)。微機保護系統(tǒng)中的微機CPU主要功能是處理分析數(shù)字信號，只有數(shù)字信號才能被傳輸?shù)轿C的CPU 中，必須存在一個系統(tǒng)能將各種模擬信號轉換為相對應的數(shù)字信號，從而實現(xiàn)信息的采集系統(tǒng)功能。

（2）微型的計算機系統(tǒng)。變電站綜合自動化系統(tǒng)中微機保護裝置的關鍵核心就是微機計算機系統(tǒng)。

（3）變電站綜合自動化保護系統(tǒng)的輸入/輸出接口電路。它作為系統(tǒng)微機保護與外部設備的連接電路，由于系統(tǒng)輸入和輸出的信號大部分都是開關閉的信號，因此可以稱輸入輸出接口電路為開關量的輸入輸出電路。把不同的開關量信號通過光電耦合電路傳輸?shù)较到y(tǒng)的CPU中，CPU的處理成果必須通過開光亮輸出電路。

（4）通信接口電路。變電站綜合自動化保護系統(tǒng)的所有保護裝置都安裝了標準的通信接口電路，例如RS-422/485、RS-232、CAN以及Lon-Work等不同的通信網(wǎng)絡接口電路。

（5）人機接口電路。人機接口電路連接的設備多種多樣，例如系統(tǒng)中的鍵盤、顯示、不同的面板開關、報警以及打印等等，它的主要作用就是去調(diào)試、改變與整定定值，工作人員對各項裝置的干預等。

（6）供電電源。供電電源作為變電站綜合自動化系統(tǒng)中微機保護裝置的核心組成部份，直接關系到保護裝置運行的安全穩(wěn)定性，一旦供電電源出現(xiàn)故障無法及時進行維護，將會導致整個系統(tǒng)停止運行，造成電力企業(yè)嚴重的經(jīng)濟損失。

4 結語

綜上所訴，變電站綜合自動化保護系統(tǒng)作為電力企業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，必須得到領導的高度重視和關注，積極的運用自動化保護系統(tǒng)，提高電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，不斷生產(chǎn)出高質(zhì)量的電力，促進電力行業(yè)不斷的穩(wěn)定發(fā)展。

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