淺談對變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計體會

趙天佑

【摘要】變電站綜合自動化采用自動控制和計算機技術(shù)實現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的部分或全部功能。為達(dá)到這一目的，滿足電網(wǎng)運行對變電站的要求，變電站綜合自動化系統(tǒng)體系由“數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護(hù)”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動化基礎(chǔ)。“通信控制管理''是橋梁，聯(lián)系變電站內(nèi)部各部分之間、變電站與調(diào)度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)。“變電站主計算機系統(tǒng)”對整個綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制，并向運行人員提供變電站運行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫面，使運行人員可遠(yuǎn)方控制斷路器分、合操作，還提供運行和維護(hù)人員對自動化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)的手段。

【關(guān)鍵詞】綜合自動化;結(jié)構(gòu)

Talking about the experience of substation automation system design

Zhao Tian-you

（Changji constant light Electric Power Design Consulting Co.， LtdChangjiXinjiang831100）

【Abstract】Substation Automation uses computer technology to achieve automatic control and substation secondary system part or all of the features. To achieve this objective， to meet the power requirements of the operation of the substation， substation automation system in substation automation system constitutes the basis of the "data acquisition and control"， "protection"， "DC Power Systems" three blocks. "The communication control management '' is the bridge between the various parts of the substation internal link to each other to exchange data between substations and control centers." Substation main computer system "of the entire integrated automation system for coordination， management and control， and to provides substation operation run various data， wiring diagrams， tables and other images， so that staff can run the remote control circuit breaker， co-operation， also provides operations and maintenance personnel of automation systems means monitoring and intervention.

【Key words】Integrated automation;Structure

1. 前言

1.1變電站綜合自動化采用自動控制和計算機技術(shù)實現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的部分或全部功能。為達(dá)到這一目的，滿足電網(wǎng)運行對變電站的要求，變電站綜合自動化系統(tǒng)體系由“數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護(hù)”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動化基礎(chǔ)。“通信控制管理”是橋梁，聯(lián)系變電站內(nèi)部各部分之間、變電站與調(diào)度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)。“變電站主計算機系統(tǒng)”對整個綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制，并向運行人員提供變電站運行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫面，使運行人員可遠(yuǎn)方控制斷路器分、合操作，還提供運行和維護(hù)人員對自動化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)的手段。“變電站主計算機系統(tǒng)”代替了很多過去由運行人員完成的簡單、重復(fù)和繁瑣的工作，如收集、處理、記錄、統(tǒng)計變電站運行數(shù)據(jù)和變電站運行過程中所發(fā)生的保護(hù)動作、斷路器分、合閘等重要事件，還可按運行人員的操作命令或預(yù)先設(shè)定執(zhí)行各種復(fù)雜的工作。“通信控制管理”連接系統(tǒng)各部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和命令的傳遞，并對這一過程進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制。

1.2與變電站傳統(tǒng)電磁式二次系統(tǒng)相比，在體系結(jié)構(gòu)上，變電站綜合自動化系統(tǒng)增添了“變電站主計算機系統(tǒng)”和“通信控制管理”兩部分;在二次系統(tǒng)具體裝置和功能實現(xiàn)上，計算機化的二次設(shè)備代替和簡化了非計算機設(shè)備，數(shù)字化的處理和邏輯運算代替了模擬運算和繼電器邏輯;在信號傳遞上，數(shù)字化信號傳遞代替了電壓、電流模擬信號傳遞。數(shù)字化使變電站自動化系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)采集更精確、傳遞更方便、處理更靈活、運行維護(hù)更可靠、擴(kuò)展更容易。變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系較為典型的是：

（1）在低壓無人值班變電站里，取消變電站主計算機系統(tǒng)或者簡化變電站主計算機系統(tǒng)。

（2）在實際的系統(tǒng)中，更為常見的是將部分變電站自動化設(shè)備，如微機保護(hù)、RTU與變電站二次系統(tǒng)中電磁式設(shè)備（如模擬式指針儀表、中央信號系統(tǒng)）揉和在一起，組成一個系統(tǒng)運行。這樣，即提高了變電站二次系統(tǒng)的自動化水平，改進(jìn)了常規(guī)系統(tǒng)的性能，又需投入更多的物力和財力。

1.3變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式主要有集中式、集中分布式和分散分布。

2. 集中式結(jié)構(gòu)

2.1集中式一般采用功能較強的計算機并擴(kuò)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。集中式結(jié)構(gòu)也并非指只由一臺計算機完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機保護(hù)、微機監(jiān)控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計算機完成的，只是每臺微型計算機承擔(dān)的任務(wù)多些。例如監(jiān)控機要擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、斷路器操作、人機聯(lián)系等多項任務(wù);擔(dān)負(fù)微機保護(hù)的計算，可能一臺微機要負(fù)責(zé)多回低壓線路的保護(hù)等。

2.2集中式系統(tǒng)的主要特點有：

（1）能實時采集變電站各種模擬量、開關(guān)量，完成對變電站的數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控、制表、打印、事件順序記錄等功能。

（2）完成對變電站主要設(shè)備和進(jìn)、出線的保護(hù)任務(wù)。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可大大減少站地面積。

（4）造價低，尤其是對35kV或規(guī)模較小的變電站更為有利。

（5）實用性好。

2.3集中式的主要缺點有：

（1）每臺計算機的功能較集中，若一臺計算機出故障，影響面大，因此，必須采用雙機并聯(lián)運行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。

（2）軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試煩瑣。

（3）組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計，工作量大。

（4）集中式保護(hù)與長期以來采用一對一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀，不符合運行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計麻煩，只適合于保護(hù)算法比較簡單的情況。

3. 分布式結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點是將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機來完成。分布式模式一般按功能設(shè)計，采用主從

CPU系統(tǒng)工作方式，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了CPU運算處理的瓶頸問題。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。分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其它模塊正常運行。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。

4. 分布分散（層）式結(jié)構(gòu)

4.1分布分散式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層（站級測控單元）和間隔層（間隔單元）。也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層。

4.2該系統(tǒng)的主要特點是按照變電站的元件，斷路器間隔進(jìn)行設(shè)計。將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護(hù)和擴(kuò)展，大量現(xiàn)場工作可一次性地在設(shè)備制造廠家完成。分布分散式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點有：

（1）間隔級控制單元的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化使系統(tǒng)適用率較高。

（2）包含間隔級功能的單元直接定位在變電站的間隔上。

（3）邏輯連接到組態(tài)指示均可由軟件控制。

（4）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。

（5）簡化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。

（6）分布分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。