變電站智能化技術(shù)的綜合運用

田 鵬

（國網(wǎng)冀北電力有限公司 秦皇島供電公司，河北 秦皇島066000）

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，變電站智能化技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了智能化技術(shù)，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設(shè)中也大量采用智能化新技術(shù)，從而大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可靠性，降低了變電站建設(shè)的總造價，這已經(jīng)成為不爭的事實。然而，技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟，以及計算機高速網(wǎng)絡(luò)在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，將對已有的變電站智能化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響。變電站智能化是指利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號處理（DSP）等技術(shù)，實現(xiàn)對變電站主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)以及與調(diào)度通信等功能。它綜合了變電所內(nèi)除交直流電源以外的全部二次設(shè)備功能。電力系統(tǒng)進(jìn)行的農(nóng)網(wǎng)改造、城網(wǎng)改造對于變電站二次系統(tǒng)的改造主要是以智能化系統(tǒng)替換原有的常規(guī)二次系統(tǒng)。變電站智能化是一項提高變電站安全、可靠穩(wěn)定運行水平，降低運行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟效益，向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)的一項措施。

1 變電站智能化的基本結(jié)構(gòu)及特點

集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：集中式一般采用功能較強的計算機并擴展其I／O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進(jìn)行計算和處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護(hù)和自動控制等功能。由前置機完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測等功能，后臺機完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能。此類結(jié)構(gòu)對監(jiān)控主機的性能要求較高，且系統(tǒng)處理能力有限，開發(fā)手段少，系統(tǒng)在開放性、擴展性和可維護(hù)性等方面較差，抗干擾能力不強；分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺計算機單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)分布式處理。其結(jié)構(gòu)的最大特點是采用主、從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊如智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機來完成。各功能模塊(通常是多個CPU)之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實時性。其方便系統(tǒng)擴展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊正常運行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。但目前，還存在在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等；分散（層）分布式結(jié)構(gòu)：分散（層）分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計。所謂面向?qū)ο螅褪敲嫦螂姎庖淮位芈吩O(shè)備或電氣間隔設(shè)備，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元(I/O單元)和保護(hù)單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，相互間通過通信網(wǎng)絡(luò)相連，與監(jiān)控主機通信。

2 變電站智能化系統(tǒng)的功能

微機保護(hù)：是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，包括線路保護(hù)，變壓器保護(hù)，母線保護(hù)，電容器保護(hù)及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護(hù)實現(xiàn)故障記錄、存儲多套定值、適合當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ档裙δ埽粩?shù)據(jù)采集：①狀態(tài)量采集：狀態(tài)量包括：斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號及變電站一次設(shè)備告警信號等。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。保護(hù)動作信號則采用串行口（RS-232或RS485）或計算機局域網(wǎng)通過通信方式獲得；②模擬量采集：常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。饋線電流，電壓和功率值，頻率，相位等。此外還有變壓器油溫，變電站室溫等非電量的采集。模擬量采集精度應(yīng)能滿足SCADA系統(tǒng)的需要；③脈沖量采集：脈沖量主要是脈沖電度表的輸出脈沖，也采用光電隔離方式與系統(tǒng)連接，內(nèi)部用計數(shù)器統(tǒng)計脈沖個數(shù)，實現(xiàn)電能測量；事件記錄和故障錄波測距：事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動作序列記錄，開關(guān)跳合記錄。其SOE分辨率一般在1～10ms之間，以滿足不同電壓等級對SOE的要求。變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實現(xiàn)，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。另一種是分散型，即由微機保護(hù)裝置兼作記錄及測距計算，再將數(shù)字化的波型及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲和分析；控制和操作閉鎖：操作人員可通過CRT屏幕對斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)保留人工直接跳合閘手段；同期檢測和同期合閘：該功能可以分為手動和自動兩種方式實現(xiàn)。可選擇獨立的同期設(shè)備實現(xiàn)，也可以由微機保護(hù)軟件模塊實現(xiàn)；電壓和無功的就地控制：無功和電壓控制一般采用調(diào)整變壓器分接頭，投切電容器組，電抗器組，同步調(diào)相機等方式實現(xiàn)。操作方式可手動可自動，人工操作可就地控制或遠(yuǎn)方控制。無功控制可由專門的無功控制設(shè)備實現(xiàn)，也可由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)裝置測量的電壓，無功和變壓器抽頭信號通過專用軟件實現(xiàn)。而數(shù)據(jù)處理和記錄歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級調(diào)度中心，變電管理和保護(hù)專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，與遠(yuǎn)方控制中心的通信，在常規(guī)遠(yuǎn)動‘四遙'的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)定值、故障錄波與測距信號的遠(yuǎn)傳等，其信息量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性，同時應(yīng)具備同多個調(diào)度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM應(yīng)相互獨立。保護(hù)和故障錄波信息可采用獨立的通信與調(diào)度中心連接，通信規(guī)約應(yīng)適應(yīng)調(diào)度中心的要求，符合國標(biāo)及IEC標(biāo)準(zhǔn)，變電站智能化在一些新建變電站的運行中表明其技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、安全可靠，經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定的水平。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是變電站智能化的命脈，它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站智能化中單套保護(hù)裝置的信息采集與保護(hù)算法的運行一般是在同一個CPU控制下進(jìn)行的，使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換，運算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護(hù)算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的，如何控制好采樣的同步和保護(hù)命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。如果采用通常的現(xiàn)場總線技術(shù)可能不能勝任數(shù)字化變電站自動化的技術(shù)要求。目前以太網(wǎng)（ethernet）異軍突起，已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域，固化OSI七層協(xié)議，速率達(dá)到100MHz的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn)，數(shù)字化變電站智能化的兩級網(wǎng)絡(luò)全部采用100MHz以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。

總之，變電所智能化對于實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和現(xiàn)場運行管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行水平起到了很大的促進(jìn)作用，它將大大加強電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重大的意義。

［1］段日新.變電站自動化系統(tǒng)的前沿技術(shù)[J].西北電力技術(shù)，2005，3：1-3.

［2］金午橋.變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展[N].中國機電日報,2002-6-26.