傳統變電所自動化系統改造

張寧夏豫泉

摘要：目前，傳統變電所仍使用老式設備，這些設備普遍采用電磁型機構，繼電器采樣精度差，功能匱乏，動作可靠性、靈敏性都相對較低。文章重點從變電所自動系統的現狀著手進行了分析，闡述了系統改造的必要性，并給出了系統改造技術方案。

關鍵詞：變電站；自動化系統；二次控制設備；標準協議

中圖分類號：TM764 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）13-0103-03

1變電所自動化系統改造的必要性

1.1傳統變電所的弊端

目前企業中仍舊存在大量使用老式設備的傳統變電所，這些變電所內的設備無論一次還是二次設備，普遍采用的還是電磁型機構，繼電器采樣精度差，功能匱乏，動作可靠性、靈敏性都相對較低。這些因素直接或者間接地導致整個變電所運行可靠性下降，企業生產能力增強，必然增加負荷用電量，傳統變電所的工作模式，早已不能適應生產運行的需求。問題歸納如下：

第一，變電所一次、二次設備為傳統機械式、電磁式機構，功能簡單，可靠性、靈敏性差，不具備微機運算功能。

第二，傳統變電所由于設備功能局限，無法對設備運行的遙測、遙信、遙控等信息實時采集，更談不上通過微機運算處理，對系統運行做出實時、準確的自動調節，只能依靠人工巡檢、抄表、分析做出決定，工作效率低下。

第三，企業為了適應市場需求，必須不斷地發展壯大自己，這必然導致企業電力系統不斷擴大，電網結構也更加復雜，面對如此龐大、復雜的用電系統，傳統變電所的運行控制模式根本無法滿足要求，結果必然導致系統故障頻發，對企業生產造成嚴重的安全威脅。

第四，傳統設備材料技術工藝差，多數已經超年限使用，老化嚴重，各部件易受到周圍環境的影響，出現誤差，造成設備精度下降，從而增加故障幾率和人員工作量。

1.2變電站實現自動化系統的優點

第一，設備具備微機運算、處理功能，能夠對采集的遙測、遙信、遙控等參數按照系統運行要求自動進行運算、處理、存儲、傳輸等工作，從本質上改變傳統變電所設備簡單、原始的工作模式。

第二，由于采用先進的計算機控制系統，關鍵部件采用技術先進的大型集成電路模塊，設備采集精度、運算速度、可靠性、靈敏性等都非常高，提高了設備運行的可靠性。

第三，采用微機控制系統后，通過編程，可以實現各種復雜的控制、保護功能，這有利于運行人員采用靈活多樣的方式來解決各種實際問題。而這種功能對于傳統變電所來說是難以實現的。

第四，實現無人值守變電所。

1.3變電所自動化系統的發展前景

目前變電所自動化系統發展并非完全實現“數字化”，同時按照IEC61850的設計構想，變電所自動化結構應嚴格按照中央控制層、網絡層、間隔層來劃分，技術還不夠成熟，間隔層設備還不能達到IEC61850標準的要求，普遍存在一側設備不具備間隔層控制功能的現象。具體包括以下幾點：

（1）設備的控制模式由集中控制向分散控制過度；（2）微機運算功能更加強大；（3）實現網絡化，數據共享；（4）各國各類標準趨于統一。

2變電所自動化系統的改造

在分析了傳統變電所存在的種種弊端后，為了提高變電所綜合運行管理水平，目前傳統變電所進行全面升級改造勢在必行，要從軟件、硬件等方面全面提升變電所的自動化監控能力，只有變電所的運行、控制水平才能和企業生產發展相匹配，才不會成為制約企業發展的瓶頸。

2.1升級改造應遵循的原則

第一，二次控制設備，在改造后，原有的傳統電磁式、磁電式繼電器應能夠被具有運算、處理功能的微機綜合保護控制繼電器所取代。

第二，按照IEC61850標準，改造后的變電所應具備三層控制系統，間隔層設備的功能應具備獨立性，必要時可以和中央控制層完全脫離。

第三，間隔層設備應具備向中央控制層傳輸遙測、遙信、遙控信息的功能，必要時，能夠通過網絡實時對保護各項參數進行修改。

第四，改造后的變電所完全實現無人值守。

第五，變電所往往處于電磁干擾大、灰塵大、溫差大的惡劣環境，自動化設備必須能夠適應現場環境，具有良好的抗干擾能力。

第六，按照IEC61850標準的要求，三層設備必須具備可擴展的能力。

2.2系統改造方案

2.2.1自動化系統結構

IEC61850標準時時目前最為先進、完整的變電所自動化標準，其功能非常強大，涉及的面也很廣，但由于其過于復雜，且使用時間較短，造成很多變電所自動化設備生產廠家的設備不完全支持該標準，其統一性還沒有得到全面的執行，各個廠家多仍按照自己的標準研發、生產設備，如果在變電所自動化系統改造過程中，選用IEC61850標準，那么設備之間的通信就必須通過加裝專門的協議轉換設備才能完成，這不僅增加了成本，還加大了故障隱患幾率，不便于維護管理，因此，在改造的過程中，不采用IEC61850標準，而使用目前在變電所自動化系統中使用較為成熟的IEC103標準。IEC103標準是國際通用標準，運行時間長，使用技術成熟，各類設備廠家設備均支持該標準，使用維護都極為方便。因此，決定選用IEC103標準作為變電所自動化系統改造的標準協議。

選定IEC103標準作為系統改造的標準協議，那么按照標準要求，變電所內的設備必須按照站控層、間隔層、過程層三層模式進行構建。站控層相當于中央控制層，由數據服務器、通信服務器、數據發布服務器等設備組成，具體負責按照程序設計要求，對現場設備的遙測、遙信、遙控信息進行運算、處理，做出反饋應答，并按照事先編制好的程序進行命令的下達，從而實現優化系統運行結構、排除系統故障點的功能。間隔層由微機綜合保護控制繼電器、可變程序控制器、變頻器等組成，負責對底層設備的事實遙測、遙信信息進行采集、匯總，同時，間隔層設備也具備對這些信息進行運算、處理的能力，要求能夠獨立控制保護底層設備，在脫離站空層的情況下，也能獨立完成各項控制、保護功能。過程層由各類傳感器、變換器組成，諸如電子式互感器、電磁式互感器、光纖傳感裝置以及現場的底層一側設備。

總體的結構確定后，為了保證系統在運行過程中安全可靠，將站控層、間隔層設備盡可能地采用雙機雙網冗余的模式構成。而各層之間的通信，為了減小現場各種干擾源的干擾，采用光纜作為通信介質。系統的具體結構圖1所示：

2.2.2多個變電所整體網絡結構

企業中的變電所一般有多座，中央變電所、分變電所按照生產裝置的分布而分布在不同的地點，雖然地域有差異，但變電所之間存在電氣負荷的聯系，變電所自身出現的問題不僅僅影響變電所內部設備，還會波及到相關的其他變電所，因此，變電站自動化系統是一個全局整體的系統，將中央變電所、分變電所運行的實時數據共享、匯總后進行統一的運算、處理，只有這樣，變電所自動化系統才能算完善，因此，有必要對整體進行變電所自動化系統改造。圖2是構建多座變電所自動化系統網絡結構圖，圖中采用三層網絡交換機實現虛擬局域網（VLAN）技術對整體網絡進行優化配置，以實現系統整體管理。具體結構如圖2所示：

3結論

通過對傳統變電所進行自動化系統改造后，從根本上改變了變電所的運行、控制方式，由原來的人工手動機械式控制，改變為無人值守微機自動控制，實現了本質的飛躍，從整體上提高了變電所的安全供電可靠性，大幅度提高了供電質量，提高人員工作效率，為企業的不斷發展壯大提供強有力的動力保障。

參考文獻

[1]張惠剛．變電站綜合自動化原理與系統[M]．中國電力出版社，2004．

[2]光纖傳感技術．上海華魏光纖傳感技術有限公司技術介紹資料，2009．

[3]張晉寶．電力系統中的光纜線路自動監測技術[J]．電力建設，2005，（5）．

[4]吳功宜．計算機網絡[M]．清華大學出版社，2003．

作者簡介：張寧（1984-），男，甘肅蘭州人，中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司助理工程師，研究方向：繼電保護；夏豫泉（1983-），男（回族），北京人，中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司繼電保護電工中級工，研究方向：繼電保護。

（責任編輯：劉艷）