淺析變電站自動化系統的功能及應用原則

【摘 要】本文主要論述了關于變電站自動化系統選型中存在的若干問題和應遵循的原則，介紹了變電站自動化系統的結構形式、功能等內容。

【關鍵詞】電力；自動化；功能；系統模式

0 前言

變電站綜合自動化功能由電網安全穩定運行和變電站建設、運行維護的綜合經濟效益要求所決定，是電力系統發展的趨勢與要求。變電自動化系統通過各種設備間相互交換信息、數據共享， 實現對變電運行的自動監視、管理、協調和控制， 提高了變電保護和控制性能， 從而改善和提高了電網的控制水平。

1 變電站結構自動化系統采用的主要形式

變電站自動化系統的結構模式從早期的以集中為主，發展到現在的以相對分散和分層分布分散為主，經歷了一個探索、改進和完善提高的過程，在模式設計和實際的工程建設中都有應用。

所謂集中模式，指的是保護、監控、通信等自動化功能模塊均在控制室集中布置，各模塊從物理上聯系較弱甚至毫無聯系。集中式結構的變電站自動化系統是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。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。早期的系統，包括許多引進的產品，主要采用這種結構模式，目前仍有為數不少的這樣的系統在運行。

相對分散模式，指的是自動化系統設備按站內的電壓等級或一次設備布置區域劃分成幾個相對獨立的小區，在該小區內建設相應的設備小室，保護、監控等設備安裝于設備小室中，主站通信控制器、直流、錄波等設備仍集中安裝在控制室，各小室之間以及與控制室之間均通過工業總線網絡互聯。這種模式從20世紀90年代后期開始得到大量應用。

分層分布分散模式亦即全監控，指的是參照中低壓變電站綜合自動化的結構模式，除主變、母線和高壓線路的保護測控、中央信號、通信仍采用集中組屏外，出線、電容器的保護、監控等設備完全按設備間隔安裝于就地的設備小室或直接安裝在一次設備上，各模塊之間采用標準局域總線和通信規約互聯。當然，也可按集中組屏的方式安裝這些模塊。全分散式結構簡化了變電站二次設備之間的互連線，節省了大量連接電纜，而且可靠性高，組態靈活，檢修方便，且抗干擾能力強，可靠性高。這種模式在最近有迅速發展的勢頭。

上述三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，而分層分布分散模式，更適用于新建變電站。隨著新技術的發展、新標準的制訂、新應用需求的提出，還會出現與之相適應的新的系統結構模式。

2 變電站自動化系統的主要功能

變電站自動化系統功能很多，在選擇時，除了必須保證所選系統功能滿足變電站的需要之外，而且要求技術有一定的先進性，防止由于功能欠缺影響系統以后的安全運行或很快過時。現將變電站自動化系統所應具備的功能概括如下：

2.1 微機保護

是對站內所有的電氣設備進行保護，包括線路保護，變壓器保護，母線保護，電容器保護及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護應具有下列功能：故障記錄；存儲多套定值；顯示和當地修改定值；與監控系統通信。根據監控系統命令發送故障信息，動作序列。當前整定值及自診斷信號。接收監控系統選擇或修改定值，校對時鐘等命令。通信應采用標準規約。

2.2 數據采集及處理功能

包括狀態數據，模擬數據和脈沖數據。狀態量包括：斷路器狀態，隔離開關狀態，變壓器分接頭信號及變電站一次設備告警信號、事故跳閘總信號、預告信號等。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統，也可通過通信方式獲得。常規變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓、線路電壓，電流和有功、無功功率值。饋線電流，電壓和有功、無功功率值。

2.3 事件記錄和故障錄波測距

事件記錄應包含保護動作序列記錄，開關跳合記錄。變電站故障錄波可根據需要采用兩種方式實現，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監控系統通信。另一種是分散型，即由微機保護裝置兼作記錄及測距計算，再將數字化的波型及測距結果送監控系統由監控系統存儲和分析。

2.4 控制和操作功能

操作人員可通過后臺機屏幕對斷路器，隔離開關，變壓器分接頭，電容器組投切進行遠方操作。為了防止系統故障時無法操作被控設備，在系統設計時應保留人工直接跳合閘手段。

2.5 系統的自診斷功能

系統內各插件應具有自診斷功能，并把數據送往后臺機和遠方調度中心。對裝置本身實時自檢功能，方便維護與維修，可對其各部分采用查詢標準輸入檢測等方法實時檢查，能快速發現裝置內部的故障及缺陷，并給出提示，指出故障位置。

2.6 數據處理和記錄

歷史數據的形成和存儲是數據處理的主要內容，它包括上一級調度中心，變電管理和保護專業要求的數據，主要有：斷路器動作次數；斷路器切除故障時截斷容量和跳閘操作次數的累計數；輸電線路的有功、無功，變壓器的有功、無功、母線電壓定時記錄的最大，最小值及其時間；獨立負荷有功、無功，每天的峰谷值及其時間；控制操作及修改整定值的記錄。根據需要，該功能可在變電站當地全部實現，也可在遠動操作中心或調度中心實現。

2.7 人機聯系系統的自診斷功能

系統內各插件應具有自診斷功能，自診、斷信息也像被采集的數據一樣周期性地送往后臺機和遠方調度中心或操作控制中心與遠方控制中心的通信。本功能在常規遠動“四遙”的基礎上增加了遠方修改整定保護定值、故障錄波與測距信號的遠傳等，其信息量遠大于傳統的遠動系統。還應具有同調度中心對時，統一時鐘的功能和當地運行維護功能。

3 設備選型應遵循的原則

近些年來，變電站自動化方面的工作，既有經驗也有教訓。但實踐證明，只要堅持按照“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。

運行可靠體現在：（1）本身各模塊能穩定協調地工作；（2）關鍵部分一定要有冗余、備份等措施，不因單個模塊的故障而影響整個系統的正常運行；（3）抗干擾能力強。功能實用體現在：（1）基本功能、日常操作所需的功能必須完備、簡明；（2）信息分流，哪一層需要的信息才送往哪一層。

技術先進體現在：（1）采用當前的主流技術；（2）符合開放、分布分散分層的標準。一定要改變可靠的必然在技術上落后、技術先進的必然不可靠的觀念。如果能夠把握好設計開發、生產制造、安裝投運的各個環節，是可以做到先進性與可靠性相統一的。

價格合理、維護方便、推廣容易也都是非常重要的因素，與以上幾個方面是相輔相成的。

另外，各電廠所擁有的變電站自動化系統型號數量不宜過多，各電壓等級的自動化系統不宜超過3種，否則不利于運行人員掌握和維護。

由于微處理器和通信技術的迅猛發展，變電站自動化系統的技術水平有了很大的提高，結構體系不斷完善，全分布式自動化系統的出現為變電站自動化系統的選型提供了一個更廣闊的選擇余地。伴隨著變電站自動化系統應用的增多，無論是新建、擴建或技改工程，變電站自動化系統的選型都應該嚴格執行國電公司下發的有關選型規定，力求做到選型規范化。

4 結束語

我國的變電站自動化已走過了一個漫長而曲折的過程，目前逐步趨向成熟和理性，這為變電站自動化系統的發展創造了空前的良機。全面采用技術先進、運行可靠、結構合理、性能價格比高的自動化系統，必將為我國的電網運行帶來可觀的經濟效益和社會效益。時代在進步，技術在發展。如何采用先進技術、設計開發出具有自主產權的實用可靠的變電站自動化系統，需要業內人員付出巨大的努力。相信隨著電力建設的迅速發展，變電站自動化系統也會隨之邁上一個新的臺階。

[責任編輯：楊玉潔]