變電站自動化的現在與未來評議

摘 要:近年來，隨著電網改造的完成，大大提高了變電站現代化水平，既提高了勞動生產率，又減少了人為誤操作的可能性，但同時也不可避免地帶來了一些問題，本文闡述了當前海南變電站綜合自動化系統普遍存在問題，針對這些問題提出了一些建議。并展望未來。

關鍵詞:變電站綜合自動化系統存在問題展望未來

中圖分類號:TM76文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0102-02

隨著農網兩改的進行，作為農村電網的核心組成部分變電站，如何進一步地提高供電的穩定性、可靠性已提到了日程，其中變電站自動化必然起著最為關鍵的作用。海南電網變電站綜合自動化系統起自20世紀90年代，采用了自動化技術、計算機技術、通信技術大大提高了變電站的現代化水平。同時根據實際運行的要求，每年又有不少變電站進行了技術改造，更完善了自動化水平，但運行實踐證明，目前變電站綜合自動化系統功能仍不能充分發揮，存在問題較多，缺陷率很高，不能實現真正意義上的的無人值班，由此使人們預想變電站綜合自動化的當今與未來。

1 變電站綜合自動化系統的現狀

現代電力系統日趨復雜，必須有足夠的措施保障系統的安全，將出現故障時所造成的損失減到最低程度。電力系統的運行中可能發生的故障和不正常運行狀態包括短路運行狀態負荷引起的電流升高、功率缺額引起的頻率降低、發電機突然甩負荷產生的過電壓以及電力系統振蕩等。故障與不正常運行狀態都會引起電力系統事故而變電站自動化系統是提高供電可靠性的有效方法。變電站綜合自動化是在微機技術和網絡通信技術的基礎上發展起來的新技術，是現代電力系統的重要組成部分。

變電站綜合自動化系統有如下3種模式。

(1)傳統模式:這種模式由原國內應用最普遍的遠方終端裝置，加原當地監控(監視)系統，再配變送器、遙信轉接、遙控執行、UPS等屏柜組成。站內保護裝置的重要信號通過硬接點方式輸入遠程終端控制系統(簡稱RTU)，其他輔助監控設備亦可通過串行口按約定的規約與RUT實行通訊。

(2)集中配屏模式:這種模式屬目前國內新建變電站自動化系統應用最多的一種模式，并已取得了較成熟的運行經驗。該模式與傳統模式相比，最大的區別在于將RTU的遙控信號、測量、電量、通信等功能分別組屏，由一個或兩個總控單元通過串行通信口(RS-232，422，485)與各功能單元(屏柜)，以及微機保護、故障錄波、上位機等通信。其特點是將控制、保護兩大功能作為一個整體來考慮。

(3)全分散式:該模式主要特點是以一次主設備(例如斷路器、變壓器、母線等)為安裝單位，將控制、I/O、閉鎖、保護等單元，就地分散安裝在一次主設備(屏柜)上。站控單元通過串行口與各一次設備屏柜(在現場)相連，并與上位機和遠方調度中心通信。

(4)局部分散式:此模式綜合了集中式與分散式的特點，采用了分散式的系統結構，而控制和保護仍集中配屏。通常將集中配屏安裝在分散的設備間隔內，根據變電站的電壓等級和規模可設數個設備小間，就近管理，節省電纜。

2 存在問題與應變處理

2.1 產品低劣，隱患運行

部分生產變電站綜合自動化設備的廠家過分重視經濟利益，加之部分用戶又過分追求高技術含量，造成部分產品技術含量雖較高，實際產品并不過關。廠家不斷改變硬件及軟件，甚至缺少通過專家的鑒定直接在現場運行，造成設計鑒定漏洞多，施工水平低，調試有遺漏，變電站帶隱患運行。

現有的變電站綜合自動化系統不能滿足各廠家設備間的兼容互換性問題，從而造成各廠家各自為政，重復開發，浪費了大量的財力物力。

2.2 輔助設備與通信管理機的互通

通信是綜合自動化系統中極為重要而又長期未得到妥善解決的問題之一，包括保護裝置、小電流接地裝置、故障錄波、直流屏、計量表、五防等與通信處理器之間的通信。這些不同廠家的產品需要數據溝通，需費軟件開發人員協調數據格式，因此可以認為，全國綜合自動化系統的各廠家設備均采用統一的接口，施行開放化、統一化和標準化規約，存在問題是通信規約等問題。當不同廠家的產品、種類很多時，有時還需增加硬件的投入。

2.3 干擾與抗干擾

電力系統為具有多種電子和電氣設備的系統，它們之間通過各種電和磁的途徑彼此關聯、相互影響。目前，隨著計算機、自動化和信息技術的迅猛發展，電力系統中的電子和電氣設備越來越多。某種故障的發生、某一開關的動作或自然現象的發生都可能對電力系統的許多設備產生干擾或破壞。

變電站在電力系統中，是一次設備和二次設備最集中的場所。系統運行方式的變化，一次回路中的開關操作，雷電流的出現，以及二次回路中電纜之間的電磁耦合都會對二次回路產生干擾。因此，變電站是電力系統電磁干擾與抗干擾的主要研究對象。

目前，海南省的變電站已幾乎實現了綜合自動化，并已為進一步的自動化和智能化提供了基本手段。然而，伴隨著數字化的二次系統向集成化和高速化方向發展的同時，其控制系統的工作電壓已降為0～5V，信號電壓很低，工作頻帶寬，且與一次系統干擾源同頻段，使其對外界干擾的敏感度遠大于傳統的控制設備。同時，微機監控系統、微機保護自動化裝置與一次電氣系統及其他變電站相連，使用較長的通信線和電纜，使它們極易受到干擾。因此，在變電站的設計過程中，就需要考慮到電磁干擾的問題。對變電站二次干擾的主要防護措施可總結為以下三方面。

(1)隔離措施:變電站的二次設備的交流輸入回路通常與中間互感器相連，共模干擾電壓通過互感器原、副繞組之間的耦合電容進入二次設備，造成電磁干擾。若在互感器的原、副繞組之間裝設一個屏蔽層，且屏蔽層與鐵芯一起接地，形成隔離變壓器，即可以使原方出現的共模干擾電壓經過雜散電容和屏蔽層接入大地，而不進入二次側，干擾二次設備。實驗數據證實，這種對干擾的接收隔離措施可降低干擾20%～45%。

(2)濾波措施:所謂濾波措施即是將濾波電容器與非線性的電阻元件并聯組成浪涌吸收器，以抑制共模和差模干擾。不同的非線性元件具有不同的特性，設計的過程中可根據具體需要選用。

(3)屏蔽措施:對于靜電屏蔽，盡量減小外皮的接地阻抗，外皮接地點盡量靠近被保護的二次設備，也可適當增加電纜接地點，可以減小高壓母線與電纜之間的靜電耦合。對于低頻干擾，將電纜的屏蔽層兩端接地，接地越良好，屏蔽效果越明顯。對于高頻干擾，應采用多層屏蔽電纜，通過屏蔽層和介質分界面上的折反射與在屏蔽層中形成渦流來減弱干擾能量，從而有效抑制高頻干擾的進入。

3 綜合自動化發展展望

我國變電站自動化技術經過十多年發展已具相當水平，城鄉電網改造與建設，不僅中低壓變電站采用了自動化技術，且在220kV及以上的超高壓變電站建設也大量采用自動化新技術，從而大大提高了電網建設的現代化水平。然而，技術的發展是沒有止境的，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檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟，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即將出現。

3.1 數字化變電站特點

(1)智能化的一次設備。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，簡化了常規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的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規的強電模擬信號和控制電纜被光電數字和光纖代替。與常規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)網絡化的二次設備。變電站內常規的二次設備，如繼電保護裝置、五防裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發展中的在線狀態檢測裝置等全部標準化、模塊化，設備之間的連接全部采用高速網絡通信，二次設備不再出現常規功能裝置重復的I/O現場接口，通過網絡真正實現數據共享、資源其享，常規的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

(3)自動化的運行管理系統。變電站運行管理自動化系統應包括運行數據、狀態記錄的統計無紙化，數據信息分層、分流交換自動化。變電站運行發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。系統能自動發出變電站設備檢修報告，即常規的變電站設備“定期檢修”改變為“狀態檢修”。

(4)變電站自動化系統結構。在變電站自動化領域中，智能化電氣的發展，特別是智能開關、光電式互感器機電一體化設備的出現，變電站自動化技術進入了數字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設備的一部分。反言之，智能化一次設備的數字化傳感器、數字化控制回路代替了常規繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分，而在中低壓變電站則將保護、監控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關柜上，實現了變電站機電一體化設計。

4 結語

近年來，通信技術和計算機技術的迅猛發展，給變電站綜合自動化技術水平的提高注入了新的活力，雖然存在著一些問題但這些問題也得到了相關人員的重視并且在逐步的解決與完善。變電站綜合自動化技術正在朝著網絡化、智能化、數據化的方向發展。

參考文獻

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