自1990年初以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展十分迅速，在電力系統(tǒng)的建設(shè)中取得了廣泛的應(yīng)用，保證了電網(wǎng)中發(fā)電、輸電、配電等各個(gè)環(huán)節(jié)安全、可靠的運(yùn)行。本文參考了國(guó)內(nèi)外大量參考文獻(xiàn)，總結(jié)了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程，介紹了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀以及常見的結(jié)構(gòu)類型，最后，對(duì)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：變電站；綜合自動(dòng)化；發(fā)展；

概述

變電站綜合自動(dòng)化也稱為變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它是指由多臺(tái)計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路組成，用于收集變電站繼電保護(hù)、測(cè)量、控制和信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)、故障錄波、遠(yuǎn)動(dòng)等設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和邏輯判斷能力，對(duì)變電站的各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)。[1]

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，而容量不斷擴(kuò)大，電力用戶對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的要求也越來(lái)越高。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與電力系統(tǒng)結(jié)合與發(fā)展的產(chǎn)物，它從電力系統(tǒng)全局考慮，采用計(jì)算機(jī)和由高性能單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字智能電子設(shè)備取代常規(guī)電力系統(tǒng)中數(shù)量龐大、功能和結(jié)構(gòu)單一的繼電器、儀表、信號(hào)燈、自動(dòng)裝置、控制屏等設(shè)備，用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)替代了大量復(fù)雜的連接電纜和二次電纜，從而減少了硬件重復(fù)配置，實(shí)現(xiàn)信息共享，做到繼電保護(hù)相對(duì)獨(dú)立和有一定的冗余，簡(jiǎn)化設(shè)備的硬件連接，確保變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，發(fā)展和完善變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì)。

變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程可歸納為三個(gè)階段：

1)自動(dòng)裝置階段

這一階段研發(fā)的自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用模擬電路，采用電子管、繼電器等分立原件組成，硬件體積龐大，且無(wú)需編寫軟件，所有信息、數(shù)據(jù)的收集和判斷均由硬件電路完成，具有獨(dú)立運(yùn)行能力，智能化程度較低，但是，由于系統(tǒng)無(wú)法提供自診斷故障功能，也無(wú)法提供故障報(bào)警信息，當(dāng)分立元件出現(xiàn)故障時(shí)，常常會(huì)影響到電網(wǎng)運(yùn)行的安全，維護(hù)成本較高。

2）智能自動(dòng)裝置階段

隨著數(shù)字化大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展，這一階段的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是以微處理器芯片為核心，大量運(yùn)用大規(guī)模集成電路作為外圍電路，取代了過(guò)去數(shù)量龐大的繼電器、晶體管等分立元件。智能自動(dòng)裝置仍然是各自獨(dú)立運(yùn)行，所不同的是采用了統(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)電平，裝置的體積也大大減小，具有較強(qiáng)的故障自診斷能力，大大提高了系統(tǒng)可靠性、準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)傳輸速度，但其缺點(diǎn)是不具有相互之間的通信功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享。

3）變電站綜合自動(dòng)化階段

隨著半導(dǎo)體芯片技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中全面推廣應(yīng)用，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，第一套變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)由測(cè)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和開關(guān)閉鎖系統(tǒng)三部分組成，并具有全分散式和局部分散式兩種結(jié)構(gòu)。隨后，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)飛速發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展出集中式、分散式和分層分布式三種結(jié)構(gòu)，其中分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已成為綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。[2]

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型

當(dāng)前，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型主要有以下三種：

1）集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)作為前置管理計(jì)算機(jī)，并擴(kuò)展其I/O接口，在原有的繼電保護(hù)及二次接線的基礎(chǔ)上增加遠(yuǎn)程終端裝置。利用前置計(jì)算機(jī)集中對(duì)變電站的模擬量和數(shù)量等信息進(jìn)行采集、計(jì)算和處理，處理結(jié)果經(jīng)過(guò)變送器變換后送給遠(yuǎn)程終端，完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制等功能。這類系統(tǒng)由于成本低廉，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用仍然較多，但由于前置管理計(jì)算機(jī)任務(wù)繁重，硬件接線復(fù)雜，大大降低了系統(tǒng)整體的可靠性，同時(shí)軟件復(fù)雜，增加了維護(hù)工作量。

2）分散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分散式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是將變電站被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)功能劃分為各功能單元，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，一般由數(shù)據(jù)采集單元、主機(jī)單元、遙控執(zhí)行單元、保護(hù)單元等組成，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源共享。這類系統(tǒng)由于采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)，具有實(shí)時(shí)處理處理并行多發(fā)事件的能力，一般應(yīng)用于中、低壓變電站，但是系統(tǒng)連接電纜仍然較復(fù)雜，盡管對(duì)各功能模塊進(jìn)行了劃分，但沒有從整體上考慮變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可靠性較低。

3）分層分布式結(jié)構(gòu)

這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上將變電站的控制對(duì)象分別設(shè)置為變電站層設(shè)備和間隔層設(shè)備。間隔層設(shè)備具有就地獨(dú)立處理保護(hù)、控制、測(cè)量、通信、錄播等功能的能力，如1臺(tái)主變壓器、1條線路等。變電站層設(shè)備通過(guò)收集、分析、存儲(chǔ)間隔層設(shè)備的信息，掌握整個(gè)變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，并與遠(yuǎn)方調(diào)度中心聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享以及保護(hù)、監(jiān)控功能的綜合化，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備之間的電纜連接，同時(shí)，由于間隔層設(shè)備可放在開關(guān)柜上或放置在一次設(shè)備附近, 大大減小主控制室的面積，具有可靠性高、可擴(kuò)展性高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。目前，分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已成為綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)，南京自動(dòng)化變電站自動(dòng)化公司等國(guó)內(nèi)知名企業(yè)也已成功研發(fā)和投運(yùn)分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)家自1970年代末就已開展了對(duì)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的試驗(yàn)和研究工作。美國(guó)西屋電氣公司、通用電氣公司、法國(guó)阿爾斯通公司、日本三菱公司, 德國(guó)西門子公司、瑞土ABB 公司等世界各大電力設(shè)備制造公司研制的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)均已成功投入商業(yè)應(yīng)用。如美國(guó)西屋電氣公司和美國(guó)電力科學(xué)研究院聯(lián)合研制的SPCS 變電站保護(hù)和控制綜合自動(dòng)化系統(tǒng),日本關(guān)西電力公司與三菱電氣公司共同研制的SDS-Ⅰ、Ⅱ保護(hù)和控制綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等。國(guó)外變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)廣泛采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由站控級(jí)和元件/間隔級(jí)組成, 站控級(jí)和元件/間隔級(jí)之間的通信一般采用星形光纖連接，系統(tǒng)運(yùn)行抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。

國(guó)內(nèi)對(duì)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的研究工作可追溯到1970年代初，由南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠和長(zhǎng)沙湘南電氣設(shè)備廠先后成功研制了我國(guó)第一套電氣集中控制裝置和保護(hù)、控制、測(cè)量和信號(hào)“四合一”集控臺(tái)，隨后，80年代中期，南京電力自動(dòng)化研究院、清華大學(xué)、華北電力學(xué)院等先后將來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)成功應(yīng)用于繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)、故障錄波、監(jiān)控裝置中，但是，由于仍然在各專業(yè)技術(shù)上保持相對(duì)獨(dú)立，造成硬件連接復(fù)雜，硬件重復(fù)投資，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性也造成了很大的影響。1993年，南京電力自動(dòng)化研究院成功研制出第1套適用于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的成套微機(jī)保護(hù)裝置，隨后，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)飛速發(fā)展，應(yīng)用范圍覆蓋電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)、城市供電網(wǎng)、農(nóng)村供電網(wǎng)以及企業(yè)供電網(wǎng)等各類型電力網(wǎng)絡(luò)，電壓等級(jí)范圍從0.4V至500kV，幾乎覆蓋了全部的供電網(wǎng)絡(luò)，提高了我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平。但是，由于國(guó)內(nèi)應(yīng)用中的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)常采用以太網(wǎng)通訊方式，這種通訊方式盡管滿足了大多數(shù)系統(tǒng)對(duì)通信的需求，但當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)，通訊速度較緩慢。同時(shí)，國(guó)內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)還存在著設(shè)計(jì)規(guī)范不統(tǒng)一、專業(yè)管理水平較低等諸多問題。[3]

總結(jié)

本文介紹了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程以及國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的推廣應(yīng)用，使得繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)、計(jì)量、變電運(yùn)行等各專業(yè)相互滲透，大大提高了變電站運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性和可靠性，降低了維護(hù)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用將更加廣泛而深入，朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒體化的方向發(fā)展。同時(shí)，也對(duì)電網(wǎng)管理方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。因此，相關(guān)管理人員一定要遵循科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髟瓌t，加強(qiáng)自身綜合素質(zhì)的提升，確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。