變電站綜合自動化的發展現狀及其改造問題探討

摘 要:介紹了變電站綜合自動化系統的功能要求和現階段常見的幾種工作模式，重點分析了變電站綜合自動化改造中的常見問題及相關解決方法。

關鍵詞:變電站綜合自動化;功能要求;工作模式;改造問題

中圖分類號:TP

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)07-0266-02

1 變電站綜合自動化的基本概念

變電站綜合自動化是將變電站的二次設備(包括測量儀表、信號系統、自動裝置和遠動裝置等)經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術實現對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護，以及調度通信等綜合性的自動化功能。變電站綜合自動化具有功能綜合化;設備、操作、監視微機化;結構分布分層化;通信網絡光纜化及運行管理智能化的特征。它的出現為變電站的小型化、智能化、擴大監控范圍及變電站的安全可靠、優質、經濟運行提供了數據采集及監控支持而且在其基礎上可以實現高水平的無人值班變電站的管理。

同時，變電站綜合自動化是電網調度自動化不可分離的十分重要的基礎自動化。只有通過廠站自動化裝置和系統向調度自動化系統提供完整可靠的信息，調度中心才有可能了解和掌握電力系統實時運行狀態和廠站設備工況，才能對其控制做出決策;同樣，要實現調度控制中心的遠程控制操作，也只有依靠變電站自動化裝置才能完成或執行操作命令的任務。可以說，一個完整、先進、可靠的變電站綜合自動化，是實現高水平的電網調度自動化的基礎。

2 變電站綜合自動化系統的功能要求

變電站綜合自動化系統，即利用多臺微型計算機和大規模集成電路組成的自動化系統，代替常規的測量和監視儀表，代替常規的控制屏、中央信號系統和遠動屏，根據常規的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。變電站綜合自動化系統可以采集到比較齊全的數據和信息，利用計算機的高度計算能力和邏輯判斷功能，可方便的監視和控制變電站內各種設備的運行和操作。一般的來說，變電站綜合自動化主要包括數據采集及通訊、數據處理、安全監視、微機保護、開關操作、電壓無功控制、遠動及自診斷等功能。

(1)數據采集及通訊功能:其中包括主變及各條線路的交流測量、溫濕度等非電氣量的直流測量、開關刀閘等遙信量的實時采集、保護信息的收集、與上級調度通訊、統一時鐘等。

(2)數據處理功能:主變及各條線路的功率及功率因數計算、電能計算及統計、事件順序記錄及事故追憶等。

(3)安全監控功能:系統運行工況監視，變電站一次系統運行狀態監視，遙測量的越限監視，遙信變位的聲光報警，事故信號及預告信號的告警顯示，變壓器分接頭與電容器組人工、自動調節與投切，保護測定值的顯示與修改，在線自診斷等。

(4)微機保護功能:微機保護功能包括饋線保護、母線保護、變壓器保護、備用電源自投等等。這是變電站綜合自動化一個重要的功能，對于保障變電站正常運行有著重要的作用。

(5)電壓和無功控制功能:對有載調壓變壓器分接頭和并聯補償電容器組進行綜合調節控制，從而控制電壓和功率因數等指標，保證電壓質量和優化無功補償。

(6)遠動功能:實現遠動裝置常規的遙測、遙信、遙控、遙調功能，即將采集的數據量和模擬量實時地送往調度中心，并接受上級調度中心的控制和調節操作命令。若有事故發生，及時向調度中心報警，還將故障錄波和其它繼電保護信息送往調度中心，同時接受調度中心發來的操作控制命令。

(7)人機聯系功能和遠方整定保護定值功能。

3 國內外關于變電站自動化系統工作模式

完整的變電站綜合自動化系統除在各控制保護單元保留緊急手動操作跳、合閘的手段外，其余的全部控制、監視、測量和報警功能均可通過計算機監控系統來完成。變電站無需另設遠動設備，監控系統完全滿足遙信、遙測、遙控、遙調的功能以及無人值班的需要。

從國內外變電站綜合自動化系統的發展過程來看，其結構形式主要有集中式、分層分布式和分散分布式3種類型。其中分層分布式和分散分布式可與集中組屏方式相結合，現將這3種結構形式及特點簡述如下:

3.1 集中式

集中式結構的變電站自動化系統是指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關量和數字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機控制、微機保護和一些自動控制等功能。國內早期的綜合自動化產品采用這種結構形式的較多，1987年清華大學研制的我國第1套綜合自動化系統;南京自動化設備總廠的WBX-261型均屬集中式結構，這種系統結構緊湊，體積小，可減少占地面積，造價低，適用于對35kV或規模較小的變電站，但運行可靠性較差，組態不靈活。

3.2 分層分布式

分層分布式在結構上采用主從CPU協同工作方式，各功能模塊(各從CPU)之間采用網絡技術或串行方式實現數據通訊，多CPU系統提高了處理并行多發事件的能力，解決了集中式結構中獨立CPU計算處理的瓶頸問題，分層分布式的多CPU的體系結構，每一層完成不同的功能，將變電站信息的收集和控制分為站控層、間隔層(單元層)和設備層3個級分層布置。

間隔層按1次設備組織，一般按斷路器的間隔劃分，包括測量、控制和繼電保護部分。因此，間隔層本身是由各種不同的單元裝置組成，并直接通過局域網或串行總線接到站控層，也可以設置數采管理機和保護管理機與站控層通信。

站控層的主要功能是進行數據集中處理和保護管理可以對微機監控、保護、自動裝置等設發出控制命令，將數據傳送給遠方管理機或調度。其具有數據處理、圖形畫面顯示，諧波分析計算、打印等功能。

設備層主要指變電站內的變壓器和斷路器、隔離開關及其輔助觸點，電壓互感器、電流互感器等1次設備。

3.3 分散分布式

分散分布式的變電站自動化是以1次主設備如開關、變壓器、母線等為安裝單位，將測量、保護、控制單元分散安裝在各個開關柜中，監控機通過光纖或電纜網絡，對它們進行管理和交換信息。高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置采用集中組屏安裝在控制室內。此結構形式的特點是:簡化了變電站2次部分的配置，節省控制電纜，且抗干擾能力強，組態靈活，可靠性高。

上述3種變電站自動化系統的推出，雖有時間先后，但并不存在前后替代的情況，變電站結構形式的選擇應根據各種系統特點和變電站的實際情況，予以選配。如以RTU為基礎的變電站自動化系統可用于已建變電站的自動化改造，而分散式變電站自動化系統，更適用于新建變電站。

4 我國變電站綜合自動化改造問題分析

4.1 電磁兼容問題

所謂電磁兼容問題也就是所謂的抗干擾問題，是一個非常重要然而卻常被忽視的方面。電磁干擾對系統在線運行的影響非常嚴重，若不采取有效措施，將產生嚴重后果。可在系統的硬件和軟件方面采取一些必要措施，以消除或抑制電磁干擾。如系統接地保護、隔離和屏蔽等。變電站綜合自動化系統的抗干擾措施是保證其系統可靠和穩定運行的基礎。合格的自動化產品除了滿足一般檢驗項目外，主要還應通過高低溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試驗、動模試驗，而且還要重點通過四項電磁兼容試驗。分別是:1MHz脈沖干擾試驗、靜電放電干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、快速瞬變干擾試驗。

4.2 事故信號問題

在常規控制方式的變電站，運行中發生事故時變電站將產生事故報警音響并經過遠動設備向調度自動化系統采用這個事故信號啟動事故相應的處理軟件。由此可見，變電站的事故信號是一個非常重要的信號，特別是對于無人值班的變電站，由于監控中心的運行人員需要同時監控多個變電站的運行狀態，事故信號就成為監控中心運行人員中斷其他工作轉入事故處理的主要標志性信號，非常重要。

在110kV變電站綜合自動化改造竣工驗收時有過下面的情況發生。驗收人員在操作35kV線路時，發現在后臺和地調遠方控制合開關時，都會觸發“事故跳閘:信號。經查主要原因在于:當后臺或地調對開關進行遙合時，雙位置繼電器KKJ勵磁，其常開接點變為合位，但由于開關位置變為太慢，DL常閉接點仍處于閉合狀態。回路接通，觸發事故總信號。由于這個問題是因為開關變位太慢引起，所以就通過在測控裝置中設置延時，以延長時間來解決的。這種解決方法的弊端在于真正的事故發生時，會由于裝置中設置的延時而不能對事故進行準確判斷。因為35kV、10kV均為儲能開關，當斷路器合上時，儲能裝置啟動，與其相連的TWJ失磁，若將TWJ的常開位置與KKJ的常開位置相連，構成生成事故總的回路，則會避免上述問題的產生。這種解決方法可以有效的避免因為軟件延時時而產生的誤判斷。

4.3 不同產品的接口問題

接口是自動化系統中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一，包括微機保護裝置、小電流接地裝置、故障錄波裝置、站用直流系統等智能設備與總控單元、總控單元與主站之間的通訊。這些不同廠家的產品要在數據接口方面溝通，需花費軟件人員很大精力去協調數據格式、通訊規約等問題。當不同廠家的產品、種類很多時，問題會更嚴重。對于這方面的問題，從系統設計開始，就要引起重視，在進行系統招標及簽訂技術協議時，要用明確的條文來約束系統供貨商，保證站內設備間能正常通訊。

關于設備選型應當堅持按照“運行可靠、功能實用、技術先進、價格合理、維護方便、易于推廣”的選型原則去實施，便會成效顯著，偏離了這個原則，就收不到應有的效果。另外，要注意管轄范圍內設備型號的盡量統一，各變電站自動化系統型號數量不宜過多，否則將十分不利于運行維護人員的掌握和維護，備品備件也很難準備。

4.4 關于GPS對時的問題

隨著變電站自動化水平的提高，電力系統對統一時鐘的要求愈加迫切。有了統一時鐘，即可以實現全站各系統在GPS時間基準下的運行監控和事故后的故障分析，也可以通過各開關動作的先后順序來分析事故的原因及發展過程。統一時鐘是保證電力系統安全運行、提高運行水平的一個重要措施。GPS對時一般有三種方式:脈沖同步信號、串行口對時方式、IRIG-B方式。

由于變電站內往往存在不同廠家的自動化裝置，其接口類型繁多，裝置數量也不等，所以在實際應用中經常遇到GPS對時接口與接受對時的設備接口不能通信的問題。這就提醒設計人員在前期訂貨時就應當充分考慮各種設備的接口問題。尤其是保護測控裝置及其它智能裝置與后臺監控設備的接口問題。因變電站綜合改造多用以太網方式組網，而有些廠家的舊設備只存在串口或RS485接口，或者不同廠家設備進行通信時，因為規約不同而造成通信失敗。這些問題都需要對所訂購設備的通信插件進行統籌考慮，或訂購充分數量的規約轉換器，以免發生上述情況。

4.5 監控程序穩定性問題

變電站實現綜合自動化后無論是有人值班還是無人值班，操作人員不是在變電站內就是在主控站或者調度室內，面對顯示器進行變電站的全方位監視和操作。所以監控系統能否保持長時間穩定無故障的運行，對提高變電站的運行管理水平和安全可靠性是非常重要的。

在部分綜合自動化系統中會出現后臺監控操作系統程序走死，網絡資源不足導致后臺監控機死機的情況。這種情況往往需要將后臺監控機的監控程序版本升級，并經系統雙機切換測試。當其中一臺后臺監控機網絡中斷或有異常時，監控系統能將另一臺備用自動切換成主機運行。

變電站實現綜合自動化后，很多的運行維護工作都需要通過微機裝置來完成。但綜合自動化裝置的硬件更新換代非常快，尤其是監控軟件有時會存在難以發現的缺陷。隨著綜合自動化技術的不斷進步，這些問題都會逐步得到解決。但是同時也提醒設計人員在選擇綜合自動化產品及后臺監控系統時，要綜合考慮多方因素，選出一種程序運行穩定、功能齊全、硬件配置相對超前的綜合自動化產品。

參考文獻

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