摘要：本文討論了變電站綜合自動(dòng)化有關(guān)的技術(shù)要求和基本的功能配置，結(jié)合我國(guó)變電站自動(dòng)化的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)其在工程應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了探討，并提出相應(yīng)的理解及認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：變電站，綜合自動(dòng)化，功能，智能單元

1. 引言

近年來，隨著電網(wǎng)運(yùn)行水平的提高，各級(jí)調(diào)度中心要求更多的信息，以便及時(shí)掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況，提高變電站的可控性，進(jìn)而要求更多地采用遠(yuǎn)方集中控制，操作，反事故措施等，即采用無人值班的管理模式，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少人為誤操作的可能，提高運(yùn)行的可靠性。另一方面，當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段的應(yīng)用，已改變了傳統(tǒng)二次設(shè)備的模式，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，信息共享，減少電纜，減少占地面積，降低造價(jià)等方面已改變了變電站運(yùn)行的面貌。基于上述原因，變電站自動(dòng)化由“熱門話題”已轉(zhuǎn)向了實(shí)用化階段，電力行業(yè)各有關(guān)部門把變電站自動(dòng)化做為一項(xiàng)新技術(shù)革新手段應(yīng)用于電力系統(tǒng)運(yùn)行中來，各大專業(yè)廠家亦把變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)做為重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目，不斷地完善和改進(jìn)相應(yīng)地推出各具特色的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以滿足電力系統(tǒng)中的要求。

國(guó)外從80年代初開始進(jìn)行研究開發(fā)，到目前為止，各大電力設(shè)備公司都陸續(xù)地推出系列化的產(chǎn)品。如ABB，SIEMENS,HARRIS等公司，90年代以來，世界各國(guó)新建變電站大部分采用了全數(shù)字化的二次設(shè)備;相應(yīng)地采用了變電站自動(dòng)化技術(shù);我國(guó)開展變電站綜合自動(dòng)化的研究及開發(fā)相比世界發(fā)達(dá)國(guó)家較晚，但隨著數(shù)字化保護(hù)設(shè)備的成熟及廣泛應(yīng)用，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的成熟應(yīng)用，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)已被電力系統(tǒng)用戶接受使用，但在電力部門使用過程中大致有兩方面的原則：一是中低壓變電站采用自動(dòng)化系統(tǒng)，以便更好地實(shí)施無人值班，達(dá)到減人增效的目的;二是對(duì)高壓變電站(220kV及以上)的建設(shè)和設(shè)計(jì)來說，是要求用先進(jìn)的控制方式，解決各專業(yè)在技術(shù)上分散、自成系統(tǒng)，重復(fù)投資，甚至影響運(yùn)行可靠性。并且在實(shí)際的工程中尚存在以下主要問題：

(1)功能重復(fù)，表現(xiàn)在計(jì)量，遠(yuǎn)動(dòng)和當(dāng)?shù)乇O(jiān)測(cè)系統(tǒng)所用的變送器各自設(shè)置，加大了CT，PT負(fù)載，投資增加，并且還造成數(shù)據(jù)測(cè)量的不一致性;遠(yuǎn)動(dòng)裝置和微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一個(gè)受制于調(diào)度所，一個(gè)是服務(wù)于當(dāng)?shù)乇O(jiān)測(cè)，沒有做到資源共享，增加了投資且使現(xiàn)場(chǎng)造成復(fù)雜性，影響系統(tǒng)的可靠性;

(2) 缺乏系統(tǒng)化設(shè)計(jì) 而是以一種”拼湊”功能的方式構(gòu)成系統(tǒng)，致使 整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)不高,部分功能及系統(tǒng)指標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)。

(3)對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)缺乏規(guī)范性的要求，尤其是系統(tǒng)的各部分接口的通信規(guī)約，如涉及到不同廠家的產(chǎn)品，則問題更多，從而導(dǎo)致各系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)將來的維護(hù)及運(yùn)行都帶來了極大的不便，進(jìn)而影響了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的投入率。

2. 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的功能

2.1 微機(jī)保護(hù)：是對(duì)站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，包括線路保護(hù)，變壓器保護(hù)，母線保護(hù)，電容器保護(hù)及備自投，低頻減載等安全自動(dòng)裝置。各類保護(hù)應(yīng)具有下列功能：

1).故障記錄

2).存儲(chǔ)多套定值

3).顯示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ?/p>

4).與監(jiān)控系統(tǒng)通信。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)命令發(fā)送故障信息，動(dòng)作序列。當(dāng)前整定值及自診斷信號(hào)。接收監(jiān)控系統(tǒng)選擇或修改定值，校對(duì)時(shí)鐘等命令。通信應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

2.2　數(shù)據(jù)采集

包括狀態(tài)數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)

1).狀態(tài)量采集

狀態(tài)量包括：斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號(hào)及變電站一次設(shè)備告警信號(hào)等。目前這些信號(hào)大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。

保護(hù)動(dòng)作信號(hào)則采用串行口(RS-232或RS485)或計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)通過通信方式獲得。

2).模擬量采集

常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。饋線電流，電壓和功率值，頻率，相位等。此外還有變壓器油溫，變電站室溫等非電量的采集。

模擬量采集精度應(yīng)能滿足SCADA系統(tǒng)的需要。

3).脈沖量

脈沖量主要是脈沖電度表的輸出脈沖，也采用光電隔離方式與系統(tǒng)連接，內(nèi)部用計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)電能測(cè)量。

2.3　事件記錄和故障錄波測(cè)距

事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動(dòng)作序列記錄，開關(guān)跳合記錄。其SOE分辨率一般在1~10ms之間，以滿足不同電壓等級(jí)對(duì)SOE的要求。

變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。另一種是分散型，即由微機(jī)保護(hù)裝置兼作記錄及測(cè)距計(jì)算，再將數(shù)字化的波型及測(cè)距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)和分析。

2.4　控制和操作閉鎖

操作人員可通過CRT屏幕對(duì)斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)故障時(shí)無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保留人工直接跳合閘手段。操作閉鎖應(yīng)具有以下內(nèi)容：

1).電腦五防及閉鎖系統(tǒng)

2).根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)斷路器，刀閘的操作閉鎖功能。

3).操作出口應(yīng)具有同時(shí)操作閉鎖功能

4).操作出口應(yīng)具有跳合閉鎖功能

2.5　同期檢測(cè)和同期合閘

該功能可以分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式實(shí)現(xiàn)?？蛇x擇獨(dú)立的同期設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可以由微機(jī)保護(hù)軟件模塊實(shí)現(xiàn)。

2.6　電壓和無功的就地控制

無功和電壓控制一般采用調(diào)整變壓器分接頭，投切電容器組，電抗器組，同步調(diào)相機(jī)等方式實(shí)現(xiàn)。操作方式可手動(dòng)可自動(dòng)，人工操作可就地控制或遠(yuǎn)方控制。

無功控制可由專門的無功控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)裝置測(cè)量的電壓，無功和變壓器抽頭信號(hào)通過專用軟件實(shí)現(xiàn)。

2.7　數(shù)據(jù)處理和記錄

歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級(jí)調(diào)度中心，變電管理和保護(hù)專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，主要有：

1).斷路器動(dòng)作次數(shù)

2).斷路器切除故障時(shí)截?cái)嗳萘亢吞l操作次數(shù)的累計(jì)數(shù)

3).輸電線路的有功、無功，變壓器的有功、無功、母線電壓定時(shí)記錄

的最大，最小值及其時(shí)間。

4).獨(dú)立負(fù)荷有功、無功，每天的峰谷值及其時(shí)間

5).控制操作及修改整定值的記錄

根據(jù)需要，該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝繉?shí)現(xiàn)，也可在遠(yuǎn)動(dòng)操作中心或調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)。

2.8 人機(jī)聯(lián)系

2.9　系統(tǒng)的自診斷功能：系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，自診斷信息也象被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往后臺(tái)機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心或操作控制中心。

2.10與遠(yuǎn)方控制中心的通信

本功能在常規(guī)遠(yuǎn)動(dòng)‘四遙’的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)定值、故障錄波與測(cè)距信號(hào)的遠(yuǎn)傳等，其信息量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性，同時(shí)應(yīng)具備同多個(gè)調(diào)度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM應(yīng)相互獨(dú)立。保護(hù)和故障錄波信息可采用獨(dú)立的通信與調(diào)度中心連接，通信規(guī)約應(yīng)適應(yīng)調(diào)度中心的要求，符合國(guó)標(biāo)及IEC標(biāo)準(zhǔn)。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具有同調(diào)度中心對(duì)時(shí)，統(tǒng)一時(shí)鐘的功能，還應(yīng)具有當(dāng)?shù)剡\(yùn)行維護(hù)功能。

2.11 防火、保安系統(tǒng)。從設(shè)計(jì)原則而言，無人值班變電站應(yīng)具有防火、保安措施。

3.變電站綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)及模式

3.1 目前從國(guó)內(nèi)、外變電站綜合自動(dòng)化的開展情況而言，大致存在以下幾種結(jié)構(gòu)：

1).分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按變電站被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)功能分布的多臺(tái)計(jì)算機(jī)單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式處理。這里所談的‘分布’是按變電站資源物理上的分布(未強(qiáng)調(diào)地理分布)，強(qiáng)調(diào)的是從計(jì)算機(jī)的角度來研究分布問題的。這是一種較為理想的結(jié)構(gòu)，要做到完全分布式結(jié)構(gòu)，在可擴(kuò)展性、通用性及開放性方面都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，然而在實(shí)際的工程應(yīng)用及技術(shù)實(shí)現(xiàn)上就會(huì)遇到許多目前難以解決的問題，如在分散安裝布置時(shí)，惡劣運(yùn)行環(huán)境、抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上存在的問題等等，就目前技術(shù)而言還不夠十分成熟，一味地追求完全分布式結(jié)構(gòu)，忽略工程實(shí)用性是不必要的。

2).集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件裝置、數(shù)據(jù)處理均集中配置，采用由前置機(jī)和后臺(tái)機(jī)構(gòu)成的集控式結(jié)構(gòu)，由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測(cè)等功能，后臺(tái)機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能。目前國(guó)內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式，這種結(jié)構(gòu)有以下不足：前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多，是一個(gè)信息‘瓶頸’，降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，即在前置機(jī)故障情況下，將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能，另外仍不能從工程設(shè)計(jì)角度上節(jié)約開支，仍需鋪設(shè)電纜，并且擴(kuò)展一些自動(dòng)化需求的功能較難。在此值得一提的是這種結(jié)構(gòu)形成的原由，變電站二次產(chǎn)品早期開發(fā)過程是按保護(hù)、測(cè)量、控制和通信部分分類、獨(dú)立開發(fā)，沒有從整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想下進(jìn)行，隨著技術(shù)的進(jìn)步及電力系統(tǒng)自動(dòng)化的要求，在進(jìn)行變電站自動(dòng)化工程的設(shè)計(jì)時(shí)，大多采用的是按功能‘拼湊’的方式開展，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的性能指標(biāo)下降以及出現(xiàn)許多無法解決的工程問題。

3).分層分布式結(jié)構(gòu)

按變電站的控制層次和對(duì)象設(shè)置全站控制級(jí)(站級(jí))和就地單元控制級(jí)(段級(jí))的二層式分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

站級(jí)系統(tǒng)大致包括站控系統(tǒng)(SCS)、站監(jiān)視系統(tǒng)(SMS)、站工程師工作臺(tái)(EWS)及同調(diào)度中心的通信系統(tǒng)(RTU)：

站控系統(tǒng)(SCS)：應(yīng)具有快速的信息響應(yīng)能力及相應(yīng)的信息處理分析功能，完成站內(nèi)的運(yùn)行管理及控制(包括就地及遠(yuǎn)方控制管理兩種方式)，例如事件記錄、開關(guān)控制及SCADA的數(shù)據(jù)收集功能。

站監(jiān)視系統(tǒng)(SMS)：應(yīng)對(duì)站內(nèi)所有運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為站控系統(tǒng)提供運(yùn)行狀態(tài)及異常信息，即提供全面的運(yùn)行信息功能，如擾動(dòng)記錄、站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、二次設(shè)備投入/退出狀態(tài)及設(shè)備的額定參數(shù)等。

站工程師工作臺(tái)(EWS)：可對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查、參數(shù)整定、調(diào)試檢驗(yàn)等功能，也可以用便攜機(jī)進(jìn)行就地及遠(yuǎn)端的維護(hù)工作。

上面是按大致功能基本分塊，硬件可根據(jù)功能及信息特征在一臺(tái)站控計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)，也可以兩臺(tái)雙備用，也可以按功能分別布置，但應(yīng)能夠共享數(shù)據(jù)信息，具有多任務(wù)時(shí)實(shí)處理功能。

段級(jí)在橫向按站內(nèi)一次設(shè)備(變壓器或線路等)面向?qū)ο蟮姆植际脚渲?，在功能分配上，本著盡量下放的原則，即凡是可以在本間隔就地完成的功能決不依賴通訊網(wǎng)，特殊功能例外，如分散式錄波及小電流接地選線等功能的實(shí)現(xiàn)。