对变电站自动化系统的探讨

　　摘要：变电站综合自动化系统是应用控制技术、通信和信息处理技术，采用计算机软件与硬件，将微机保护、远动及自动装置重新组合，按照预先的程序和要求综合在一起形成一个具有远方功能的自动监控系统。
　　关键词：变电站，综合自动化，系统
　　1系统结构
　　从变电站综合自动化系统的发展历程来看，其结构有集中式、分布集中式、分层分布式3种类型。分布集中式介于集中式和分层分布式之间，存在的时间短，目前以集中式和分层分布式为主。
　　1.1集中式结构
　　集中式结构是将采集到的模拟量、开关量和脉冲量等信息进行集中处理与计算，完成微机监控、保护和自动控制功能。集中式结构并非指由1台计算机完成保护和监控等全部功能，而是多数集中式结构的监控、保护及通信功能由不同的计算机完成，只是每台计算机承担的任务多少不同。这种结构主要应用在变电站综合自动化发展的初期。其主要特点是：结构紧凑，占地面积少，尤其对规模较小的变电站更为有利；信号传输以模拟量为主，精度低，易受外界干扰；系统调试量大，维护较复杂，扩展性不好。
　　1.2分层分布式结构
　　分层分布式结构是面向电气一次回路设计的。将变电站从上至下分为站控层、通信层和间隔层。间隔层将回路的数据采集、保护和监控综合为一个装置，安装在数据源现场的开关柜上。每个回路对应一个装置，装置间相互独立，通过光纤或电缆与站控层监控主机通信，由主机对其进行信息交换和管理。它的特点是：回路的测控装置分散安装在开关柜内，原先的信号屏与模拟屏可取消，有利于实现无人值守；前已经调试完毕，二次设备间连接电缆少，现场安装量减小；间隔层与监控主机通过局域网络或总线连接，抗干扰能力提高。基于以上特点，分层分布式结构将是变电站综合自动化系统的发展方向。分层分布式变电站综合自动化系统常采用的结构形式如图1所示：
　　
　　图1分层分布式变电站综合自动化系统结构形式
　　站控层位于主控室内，主要包括：监控主机、监视器、打印机、UPS不间断电源、调制解调器等。其中，监控主机为高性能工业控制机，常采用双机热备用；监视器为17＂以上显示器；UPS不间断电源容量1kVA，时间1.5h。控制软件安装在工控机内，将通信层传来的现场设备信息，以人机界面的形式显示给用户，将处理结果传送给现场设备，使其完成相应的控制操作。间隔层由不同功能的测控单元组成。测控单元指线路保护、变压器保护、电机保护、电压和无功综合控制与备用电源自投装置，以及综合电力测控仪表等。它们具有现场操作功能。通信层由现场总线构成，主要任务是完成间隔层和站控层之间的网络连接、数据命令转换，并通过以太网(ethemet)实现与办公自动化信息管理系统(MIS)、建筑设备监控系统(BAS)和智能消防管理系统(FAS)的网络通信，达到资源共享。通信介质常选用带屏蔽的阻燃电缆或光纤。
　　2系统功能
　　2.1数据采集与处理
　　模拟量的采集有进线和馈线电流电压与功率，母线段电压电流，变压器油温、电容器室室温、直流屏操作电压等。一般采用交流采样或直流采样方式。状态量主要有断路器与隔离开关、变压器分接头的位置、无功补偿电容器的投切与一次设备运行状态与报警信号等。这些量多采用光电隔离的开关量中断输入或周期扫描方式获得。脉冲量指脉冲电能表输出的以脉冲信号表示的电能量，它的采集与状态量相同。数据处理包括变电站运行参数的统计、分析和计算。如功率与电量的统计，各次谐波电压及畸变率分析，三相电压不平衡度的计算，负荷报表的生产和负荷曲线的绘制等。变电站运行参数和设备越限报警与记录，包括开关的变位报警设备运行的越限报警，保护装置的动作报警等。在给出声光报警的同时，记录被监测量的越限值和起止时间。
　　2.2微机保护与操作闭锁
　　微机保护包括线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护及备用电源自动投人和自动重合闸。根据监控系统命令发送故障信息、动作信息，选择保护类型及定值并能就地修改。在变电站综合自动化系统CRT屏幕上可对断路器、隔离开关进行操作，对变压器的分接头进行调节控制，对电容器组进行投切。为了防止计算机故障时无法操作被控设备，保留人工直接跳合闸手段。操作闭锁包括出口跳、合闭锁和并发性操作闭锁，及适应一次设备现场操作的“电能五防操作与闭锁”功能。即防止带负荷拉合隔离开关、防止误人带电间隔、防止误分合断路器、防止带电挂接地线、防止带地线合隔离开关。操作闭锁只有输入正确的授权口令后才能在屏幕上进行。
　　2.3人机联系功能
　　变电站有人值班时，人机联系在主控室后台机上进行。无人值班时，人机联系在远方控制中心的主机上进行。不论哪种方式，面对的都是CRT屏幕，工具都是键盘和鼠标。通过屏幕随时了解变电站的运行情况。通过键盘输入设置报警界限、手动／自动选择与投退、当地／远方控制选择及信号归等。打印使各类数据和信息长期保存记录，有定时打印、随机打印和召唤打印。
　　
　　3发展趋势
　　3.1从集中控制、功能分散型向分层网络型发展
　　传统的保护、远动和站级监控中，故障录波等设备是按功能分散考虑的。趋势是从一个功能模块管理多个间隔单元，向一个模块管理一个间隔单元发展，实现地理位置上的高度分散。这样发生故障时对系统的影响可大大减小，功能模块的独立性、适应性更强。LAN局域网是计算机应用中最普遍的一种，很适合变电站综合自动化系统。通信介质选光纤或电缆，拓扑结构有总线、树形和环形等。传输速率在1～20Mb／s，最大传输距离可达25km，接入网最大设备数可达几百到上千个。通过引入LAN技术将所有智能装置(IED)连接在一起，完成对现场的协调控制和监控管理实现对全网的安全监控和经济调度。
　　3.2从专用设备到平台
　　现代计算机技术的发展使设备的功能仅由软件决定，硬件只与所要求的I／O数量有关。开发通用标准型硬件和软件平台，具备开放性和数据一致性特点，方便不同制造商相互接口和操作，以适应所有保护和控制。保护功能可由算法实现且可由用户任意设置，各种算法经优化组合在一起，达到更好的选择性、更高的冗余度。控制设备可提供控制和监测任务的分散数据处理功能。分散采集的数据可随时由远方监控主站系统调用。可编程逻辑功能提供诸如定向间隔监视指令、连锁和切换操作等。
　　
　　3．3新技术的应用
　　数字信号处理器(DSP)的应用，使得随一次设备分散布置的RTU(remoteterminalunit)很快发展起来，而且还提供了强有力的功能优化。如电参数测量可以直接从TV、TA上交流采样通过DSP得出各相电流电压的波形，经进一步计算得出谐波有效值、零序负序参数等值，并和有关I／0触点一道集成在模块中。这种分散布置的RTU模块，通称为测量控制单元。各种测量制单元，通过DSP技术不仅完成保护功能，而且还可以和重合闸、测距录波、小电流接地系统的单相接地选线等功能集成在一起。数字通信技术的应用，大大提高了系统的通信容量。通信光纤正在迅速取代电缆，用于远距离和短距离大容量信息的传输。它除具有频带宽、信道多和衰减小的特点外，还具有几乎不受电磁干扰、浪涌、暂态分量和各端间地位差的影响，非常适合变电站强电磁干扰的环境，是综合自动化系统的最佳通信信道目。
　　4结语
　　变电站综合自动化系统是近10多年展起来的多专业综合技术，是变配电系统的一次革命。随着中国国民经济持续快速发展，社会对电力的需求与日俱增，各行各业对电力质量的要求越来越高，各种智能技术的普遍应用，使得变电站自动化管理和无人值守已是一种必然趋势和必然选择。对常规人工控制为主的传统变电站，实施以微机监控为主的综合自动化系统建设，是新时期开创电力系统优质、安全、经济运行和全面提升电力自动化水平重大的举措。

《对变电站自动化系统的探讨》

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