變電站電氣自動化控制系統及應用

段世良 劉亞麗

摘要：變電站電氣自動化是一項提高變電站安全可靠穩定運行水平、降低運行維護成本、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能服務的綜合措施。本文闡述了變電站自動化系統主要結構模式，并介紹了變電站自動化控制系統功能及其應用。

關鍵詞：變電站自動化變配電所 微機監控 微機保護

一、變電站電氣自動化系統概述

變電站電氣自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行重新組合、優化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量、控制和協調的一種綜合性的自動化系統。通過變電站綜合自動化系統內各設備間相互交換信息、數據共享，完成變電站運行監視和控制任務。變電站綜合自動化替代了變電站常規二次設備，簡化了變電站二次接線。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩定運行水平、降低運行維護成本、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。功能的綜合是其區別于常規變電站的最大特點，它以計算機技術為基礎， 以數據通訊為手段，以信息共享為目標。

二、變電站電氣自動化系統結構模式

變電站自動化系統常見的主要模式包括集中式、分層分布式等，各變電站應根據其特點予以選擇。

㈠、集中監控系統的模式

區域供電集中監控系統適用于供電區域廣、設備分布分散的電力監控系統。系統采用分布通信、主控室統一管理的模式。通過由網絡、光纖附件等組成的站級以太網將各個變電所的通信管理機集成為一個系統，實現對整個區域的電力監控。主控室后臺監控系統采用雙機冗余結構，主、備機的數據始終保持一致，互為熱備用，極大地提高了系統的可靠性、完整性。系統采用標準化、網絡化、功能分布的體系結構，可靠性高，維護方便，具備軟、硬件的擴充能力，支持系統結構的擴展和功能的升級?？梢愿鶕到y的規模和特殊需求，充分優化網絡各節點資源，均衡網絡負擔，便于系統的分階段實施。

㈡、分層分布式的模式

對于供電范圍集中、監控對象數量不大的電力監控系統，采用分層分布式機構。 分層分布式結構，縱向上分為站控層和間隔層（從整體上分為三層，既變電站層、通信層和間隔層）。 站級系統包括站控系統（SCS）、站監視系統（SMS）、站工程師工作臺（EWS）及同調度中心的通信系統（RTU）。站控系統（SCS）具有快速的信息響應能力及相應的信息處理分析功能，能完成站內的運行管理及控制（包括就地及遠方控制管理兩種方式），例如事件記錄、開關控制及SCADA的數據收集功能。站監視系統（SMS）對站內所有運行設備進行監測，為站控系統提供運行狀態及異常信息，即提供全面的運行信息功能，如擾動記錄、站內設備運行狀態、二次設備投入/退出狀態及設備的額定參數等。站工程師工作臺（EWS）可對站內設備進行狀態檢查、參數整定、調試檢驗等功能，也可以用便攜機進行就地及遠端的維護工作。

三、變電站電氣自動化系統功能及應用

隨著科學技術的迅速發展發展，變電站電氣自動化系統的功能也得到了極大的擴展，其工作質量和工作效率也獲得了有效提升，所以需要在變電站建設時進行變電站功能的選擇，首先要保證所選系統功能能夠十分有效地滿足變電站的各項基本需求，并且根據其自身的成本等方面的具體條件，要求變電站電氣化系統能夠相對先進，以防由于變電站系統功能的欠缺而影響變電站功能的具體發揮，甚至系統出現較快過時的現象，所以，根據變電站運行的具體情況，將變電站電氣自動化系統應具備的具體功能進行相應的概括和總結。

（一）、數字式微機綜合保護功能及應用

對變電站系統及設備實現實時保護是電氣自動化主要任務，采用繼電保護是對整個系統實現保護的重要措施。目前微機保護裝置已經完全取代了傳統的電流繼電器+時間繼電器保護方式，是變電站自動化主要組成部分。能夠對變電站內部所有的電氣設備進行相應的保護，包括變壓器保護、線路保護、母線保護等安全自動保護裝置。微機保護是用微型計算機構成的繼電保護，是電力系統繼電保護的發展方向，它具有高可靠性，高選擇性，高靈敏度。微機保護裝置硬件包括微處理器為核心，配以輸入、輸出通道，人機接口和通訊接口等。微機的硬件是通用的，而保護的性能和功能是由軟件決定。所以，微機保護裝置適應了高壓開關柜裝置標準化生產的需求，在變電站新建及改擴建工程中被批量使用。在電力系統中，對于微機的保護還應該從多方面入手，保證其功能的完善，同時還應該提高其數據處理、語言編程以及通信的能力，對其保護機制和網絡等多方面進行不斷的優化完善。

（二）、變電站自動化測控功能應用

自動化測控功能是完成對整個變電站數據采集和變電站運行控制的總稱。數據采集是供配電監控的基礎，數據采集主要由分布式微機保護裝置、智能儀表、底層多功能網絡儀表采集完成，實現遠程數據的本地實時顯示。數據處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數據存入數據庫供用戶查詢。變電站采集數據包括變電站的狀態數據、模擬數據和脈沖數據等數據形式。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。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、無功功率值等模擬值。

變電站自動化控制與操作是對各項供配變設備（如斷路器、變壓器分接頭、電容器）進行有效的遠程操作與自動調整，但在實際的變電站工作當中，為了防止變電站人員所使用的系統出現故障后無法進行操控的現象，在變電站系統的設計和建設當中，仍然應保留人工直接跳合閘手段以防止故障事故的發生，保證變電站的正常運營。

（三）、事件順序記錄SOE和故障錄播測距

變電站的電氣設備具有相應的記錄功能，包含事件記錄和故障錄播測距記錄。一般來說，事件記錄應包含保護動作序列記錄、開關跳合、操作命令等記錄內容。而變電站故障錄波可根據需要，一般利用兩種手段實現其功能，第一種是集中式配置專用故障錄波器，它能夠有效實現和監控系統進行通信的功能。另一種是分散型配置，利用微機保護裝置作為記錄及測距計算的工具，并將數字化的波型及測距所得到的結果傳送到監控系統當中，利用監控系統所具有的存儲和分析的功能進行事件和故障的分析存儲。

（四）、系統及裝置自診斷功能

自動化系統內部的各個插件具有自診斷功能，并能夠將自診斷信息按照時間與后臺或控制中心在進行通信之后將各種自診斷信息送往后臺或者上級控制中心。在信息的傳遞上，其自身的傳遞數量遠遠超過了以前，并且具有同調度中心對準時間，統一時鐘設置的功能和進行當地運行維護功能。對裝置本身應有實時自檢功能，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。

（五）、實時趨勢及歷史數據記錄應用

對于變電站工作歷史數據的存儲是進行數據處理工作的主要內容，它包括變電站的上級調度中心，變電管理和保護所要求的數據，所記錄和處理的數據一般包括以下內容：斷路器進行動作的次數;斷路器在解決故障時截斷容量和進行跳閘操作的次數及其總共的累計數量;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和最小值及其所用時間;獨立負荷有功、無功，天的高峰值及其時間;控制操作及修改整定值的記錄。根據具體的工作需要，處理和記錄數據的功能即可在變電站完全實現，也可在遠動操作中心或調度中心實現此功能。

總結

變電站自動化系統的應用，有利于供電企業增加效益、節約成本;有利于供電系統的安全運行與實時維護。

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