探究電氣工程中電力綜合自動化系統與變電站繼電保護

田鑫

【摘 要】綜合自動化技術在變電站的應用正日趨廣泛，在電力系統的建設中發揮了重要作用，保證了發電、輸電、配電等各個環節的安全、可靠運行。現基于國內外大量參考文獻，介紹了變電站綜合自動化技術的起步背景及發展過程，闡述了變電站綜合自動化系統的常見結構類型和應用現狀。

【關鍵詞】智能變電站 狀態檢修 狀態監測 二次回路 輔助檢修 繼電保護

1 前言

變電站繼電保護設備對保障電力系統的安全可靠運行起著決定性作用。在智能變電站技術條件下，繼電保護設備大量采用數字化、網絡化、智能化技術，使得傳統的依賴人工定檢的運維方式更加復雜和困難，實現狀態檢修已成為發展趨勢。借助智能設備及運維系統自身的狀態采集及評估能力，為繼電保護運維人員提供檢修決策的依據，實現按設備運行工況進行檢修，能夠準確定位故障，縮短停電檢修時間，提高供電可靠性。

2 變電站自動化技術的發展

2.1 自動裝置階段

這一階段研發的自動化系統主要采用模擬電路，采用電子管、繼電器等分立元件組成，硬件體積龐大，且無需編寫軟件，所有信息、數據的收集和判斷均由硬件電路完成，具有獨立運行能力，智能化程度較低。但是，由于系統無法提供自診斷故障功能，當分立元件出現故障時，常常會影響到電網運行的安全，維護成本較高。

2.2 智能自動裝置階段

隨著電子技術的發展，各種微處理器、大規模集成電路在電力系統中應用越來越廣泛。這一階段的變電站自動化系統主要特點是以微處理器芯片為核心，大量運用大規模集成電路構成外圍電路，取代了過去數量龐大的繼電器、晶體管等分立元件。智能自動裝置仍然是各自獨立運行，但由于采用了統一的數字信號電平，大大減小了自動裝置的體積，提高了自動裝置診斷自身故障的能力，大大提高了系統的可靠性、準確性和數據傳輸速度，但由于缺少相互之間的通信功能，無法實現資源共享。

2.3 變電站綜合自動化階段

隨著電子、通信和計算機技術的發展，自動化技術在電力系統中全面推廣應用，變電站綜合自動化系統應運而生。第一套變電站綜合自動化系統由測控系統、保護系統和開關閉鎖系統三部分組成，并具有全分散式和局部分散式兩種結構。隨后，變電站綜合自動化技術飛速發展，系統結構也呈現出多樣化的發展趨勢。

3 變電站綜合自動化系統的結構類型

3.1 集中式系統結構

集中式綜合自動化系統一般采用功能較強的計算機作為前置管理計算機，并擴展其I/O接口，在原有的繼電保護及二次接線的基礎上增加遠程終端裝置。利用前置計算機集中對變電站的模擬量和數字量等信息進行采集、計算和處理，處理結果經過變送器變換后送給遠程終端，完成微機監控、微機保護和自動控制等功能。這類系統由于成本低廉，在國內應用仍然較多，但由于前置管理計算機任務繁重，硬件接線復雜，大大降低了系統整體的可靠性，同時軟件復雜，增加了維護工作量。

3.2 分散式系統結構

分散式綜合自動化系統的設計理念是將變電站被監控對象或系統功能劃分為各功能單元，由多臺計算機進行處理，一般由數據采集單元、主機單元、遙控執行單元、保護單元等組成，并通過通信網絡實現資源共享。這類系統由于采用多臺計算機，具有實時處理并行多發事件的能力，一般應用于中、低壓變電站，但是系統連接電纜仍然較復雜，盡管對各功能模塊進行了劃分，但對變電站自動化系統缺乏全局上的考慮，因而系統可靠性較低。

3.3 分層分布式結構

這類系統結構上將變電站的控制對象分別設置為變電站層設備和間隔層設備。間隔層設備是系統中具有就地處理某一項功能的設備，這些功能可以是保護、測量、控制、通信、錄波等，如一臺主變壓器、一條線路等都可稱為間隔層設備。變電站層設備則是分層分布式系統的核心，一方面為了掌握變電站整體的實時運行情況，要對間隔層設備的信息進行收集、分析和存儲；另一方面還要與遠程調度中心通信，完成保護、監控等綜合化功能，實現信息資源的共享。這類系統大大簡化了設備之間的電纜連接，同時，間隔層設備既可放置在一次設備附近，也可放置在開關柜上，節約了主控室的占地面積，具有可靠性高、可擴展性強、維護方便等優點。目前，分層分布式綜合自動化系統是變電站綜合自動化技術發展的主要方向，我國許多電氣設備知名企業也已成功研發和投運分層分布式綜合自動化系統。

4 變電站綜合自動化技術的應用現狀

國內對變電站綜合自動化技術的研究工作可追溯到20世紀70年代初，由南京電力自動化設備廠和長沙湘南電氣設備廠先后成功研制了我國第一套電氣集中控制裝置和保護、控制、測量和信號“四合一”集控臺；隨后，80年代中期，南京電力自動化研究院、清華大學、華北電力學院等先后將計算機技術成功應用于繼電保護、遠動、故障錄波、監控裝置中。1993年，南京電力自動化研究院成功研制出第一套適用于綜合自動化系統的成套微機保護裝置，隨后，變電站綜合自動化系統飛速發展，如今，在電力系統主干網、城市供電網、企業供電網和農村供電網等各類型的電力網絡中，變電站綜合自動化系統均有應用，電壓等級范圍從0.4V至500kV，幾乎覆蓋了全部的供電網絡，促進了我國城鄉電網建設的現代化發展。但由于國內應用中的變電站綜合自動化系統常采用以太網通訊方式，這種通訊方式盡管滿足了大多數系統對通信的需求，但當系統容量較大時，通訊速度較緩慢。同時，國內變電站綜合自動化技術還存在著設計規范不統一、專業管理水平較低等諸多問題。

5 結語

隨著通信技術和計算機技術的發展，變電站綜合自動化技術在電網中的應用將更加廣泛而深入，朝著網絡化、智能化和多媒體化的方向發展。同時，也對電網管理方式產生了深遠的影響。因此，相關管理人員一定要遵循科學、嚴謹的工作原則，加強自身綜合素質的提升，確保電網運行的安全性和經濟性。

參考文獻：

[1]姜凱翔.變電站綜合自動化系統改造的實踐應用分析[J].機械管理開發，2016（10）.

[2]鄔鳳梅.電力系統綜合自動化控制與設計分析[J].科技創新與應用，2012（04）.

[3]朱子敬.綜合自動化在礦井供配電系統中的研究與應用[J].河北煤炭，2012（04）.