廠站自動化技術特點、現狀及發展趨勢研究

陳站

摘 要：本文簡要論述了電力系統廠站自動化技術的主要特點，對當前廠站自動技術的發展現狀進行了分析，并在此基礎上，對電力系統廠站自動化技術的發展趨勢進行了論述。

關鍵詞：電力系統；自動化技術；廠站自動化

隨著半導體芯片技術、通信技術以及計算機技術的飛速發展，電力系統廠站自動化技術得到了飛速發展，分層分布式的自動化系統結構被廣泛采用。從廣義上來說，廠站自動化系統不僅包含傳統的遠動（監控）系統，也包含繼電保護裝置與系統及若干附屬設備。本文就電力系統廠站自動化技術的現狀特點及發展趨勢進行分析研究。

1 電力系統廠站自動化技術的主要特點

當前廠站自動化技術的主要特點有：①以國際電工委員會（IEC）關于變電站的結構規范為準，真正以分層分布式結構取代傳統的集中式；②把廠站分為3個層次，即廠站層、間隔層以及過程層，在設計理念上不是以整個廠站作為設備所要面對的目標，而是以間隔和元件作為設計的依據，在中低壓系統中，采用物理結構和電氣特性完全獨立，功能上既考慮測控又涉及繼電保護，這樣的測控保護綜合單元對應一次系統中的間隔出線或發電機、變壓器、電容器、電抗器等電氣元件，而高壓與超高壓系統，則以獨立的測控單元對應高壓或超高壓系統中的間隔和元件；③廠站層主單元的硬件以高檔32位工業級模件作為核心，配有大容量內存、閃存以及電子固態盤和嵌人式軟件，構成所謂嵌入式系統；④現場總線的興起以及光纖通信的應用為功能上的分布和地理上的分散提供了物質基礎；⑤網絡，尤其是基于TCPI/P的以太網，在廠站自動化系統中廣泛應用；⑥智能電子裝置的大量運用，諸如繼電保護裝置、自動裝置、電源、五防、電子電能表等均可視為IED而納人一個統一的廠站自動化系統之中；⑦與繼電保護、各種IED、遠方調度控制中心交換數據所使用的通信協議更加與國際接軌。

2 廠站自動化技術的發展現狀

2.1智能電子裝置的興起

20世紀末興起的IED在工業自動化領域獲得了廣泛的應用，在電力自動化方面也不例外。比較典型的IED如電子電能表、智能電量傳感器、各類可編程邏輯控制器（PLC）等。廠站自動化系統中的間隔層測控裝置、繼電保護裝置、測控保護綜合裝置、RTU等都屬于一種IED，各種IED之間一般采用工業現場總線，也有采用工業以太網接口的，其信息交換的協議則因應用環境的不同而有所區別。PLC作為一種比較經典的工業自動化產品已有相當的應用歷史，目前在廠站自動化領域的應用已經十分廣泛。

2.2現場總線和工業以太網的應用

現場總線是近年來迅速發展起來的一種工業數據總線，它主要解決現場的IED、控制器、執行機構等設備間的數字通信以及這些現場控制設備與后臺系統或高級控制系統之間的信息傳遞問題。由于它有簡單、可靠、經濟、實用等突出的優點，而成為當今自動化技術領域發展的熱點之一。現場總線的應用給自動化領域帶來了一系列變革：①用一對通信線連接多臺數字儀表和裝置，取代一對信號線只能連接一臺儀表；②用多變量、雙向、數字式通信方式取代了單變量、單向、模擬傳輸方式；③變革傳統的信號標準、通信標準和系統標準；④變革傳統的自動化系統體系結構、設計方法及安裝調試方法。

以太網目前已從不同途徑進入到了廠站自動化領域。以太網最典型的應用形式是Ethernet+TCP/IP，使得以太網能非常容易地集成到以Internet和Web技術為代表的信息網絡中，這一突出優點加上能滿足各種要求的足夠的帶寬，開放式與標準化以及低廉的成本，促使以太網在工業領域包括廠站自動化系統獲得越來越多的關注。目前，廠站自動化系統中實際采用的是一種以太網與現場總線網相結合的混合控制網絡，其特點是，系統的通信建立在以太網、TCP/IP協議的基礎之上，通過網關實現高速計算機網絡-以太網和相對低速的網絡-現場總線網之間的互聯。

3 廠站自動化技術的發展趨勢

3.1數字式視頻圖像監視技術的應用

通常，廠站自動化系統并不包括視頻圖像監視系統，由于無人值班的要求以及對一些現場情景，例如控制機房、重要一次設備現場視覺的需要，推動了視頻圖像監視技術在廠站自動化中的應用與發展。它不僅解決了無人值班站內在安全保衛、消防等方面出現的問題，更重要的是可以使遠方運行控制人員親眼看到現場的實際情況，包括采用360°的一體化球機和焦距調節，使視覺范圍擴大，視物清晰。

數字式視頻圖像監視技術的主要功能有：環境及設備監視，即對廠站內運行設備的狀態及其周圍的環境進行監視；紅外圖像測量；移動物體監測。除上述3項主要功能外，還有許多其他輔助功能。這樣就可以把數字式視頻圖像監視系統與傳統的廠站自動化系統結合起來，以提高對事故的判斷與響應速度，最終提高電力系統運行的可靠性。

3.2電氣設備狀態監測與故障診斷技術

電氣設備的狀態監測與故障診斷近年來在廠站自動化技術中發展較快，實踐應用已經取得了不錯的成效，其內容主要包括：電容型設備的監測與診斷；變壓器的監測與診斷；斷路器的監測與診斷。除了上述3種主要設備的狀態監測與診斷外，還有諸如交聯聚乙烯電纜、金屬氧化物避雷器、大型發電機等都屬于這一范圍。在實際應用中，有故障預報、故障診斷和狀態監測等幾個在內容上相近但存在差別的概念。一般說來，它們在內容上沒有嚴格的界限，采用的方法也差不多，都要進行在線檢測和數據分析，其最終目標是一致的，即防患于未然。

3.3電能質量的在線監測

由于電力市場機制的形成與規范，用電方對作為商品的電能質量的要求也在逐步提高，引起了對電網電能質量的監測與評估的重視。為了規范供、用電雙方對電能質量的共識，國家有關部門對電能質量相繼頒布了五個相關的國家標準，其中對電網頻率允許偏差、供電電壓允許偏差以及三相電壓不平衡度等的監測實際上在傳統的廠站自動化系統中已有所涉及，然而對于諧波和電壓閃變這兩項指標的監測則需配置附加的設備來完成。這也是廠站自動化技術發展過程中應當加以考慮的，即如何利用本身的資源，減少實施電能質量監測的成本，把二者有機地結合起來，這不僅解決了長期困擾供、用電雙方的技術難題，又豐富了廠站自動化技術的內涵。

4 結束語

廠站自動化技術的發展經歷了一個相當漫長的過程。由于相關領域技術的發展與進步，使之發展速度日益加快。電子技術、半導體技術、網絡通信技術以及計算機技術的飛速發展為廠站自動化技術的發展提供了重要的技術支撐。

參考文獻

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（作者單位：廣東電網有限責任公司陽江供電局）