就變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的研究

摘要:建立自動(dòng)化變電站是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，但是數(shù)字化變電站要特別關(guān)注開放式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)及其安全性要求。變電站是一個(gè)科技領(lǐng)域發(fā)展的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是變電站技術(shù)的提高，也是一個(gè)不斷創(chuàng)新的理念。本文主要研究變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用和注意的問題。

關(guān)鍵字: 變電站，自動(dòng)化 ， 數(shù)字化

Abstract: the transformer substation automation is established the inevitable trend of the development of modern technology, but digitized substation to pay special attention to open substation automation system and its safety requirements. Substation is a science and technology development system, realize the automation is substation technology improve, also is a constant innovation concept. This paper makes a study of the substation automation system application and problems needing attention.

Key word: substations, automation, digital

0引言

在變電站領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能化開關(guān)、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站即將進(jìn)入自動(dòng)化新階段。自動(dòng)化變電站是一個(gè)不斷發(fā)展的概念，目前它是由電子式互感器、智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在通信規(guī)范基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。變電站的自動(dòng)化,首先體現(xiàn)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式數(shù)字化。

1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)——數(shù)字化的特點(diǎn)

1.1智能化的一次設(shè)備

一次設(shè)備被檢測的信號(hào)回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)，簡化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號(hào)網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號(hào)和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

1.2網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線

狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O 現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

1.3自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)

變電站運(yùn)行管理自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動(dòng)化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)能即時(shí)提供故障分析報(bào)告，指出故障原因，提出故障處理意見；系

統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

2變電站自動(dòng)化系統(tǒng)——數(shù)字化的結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化

的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，根

據(jù) IEC6185A 通信協(xié)議草案定義，這三個(gè)層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。

2.1過程層

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能

化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：

2.1.1 電力運(yùn)行的實(shí)時(shí)電氣量檢測

與傳統(tǒng)的功能一樣，主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可通過間隔層的設(shè)備運(yùn)算得出。與常規(guī)方式相比所不同的是傳統(tǒng)的電磁式電流互感器、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代；采集傳統(tǒng)模擬量被直接采集數(shù)字量所取代，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能強(qiáng)，絕緣和抗飽和特性好，開關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)了小型化、緊湊化。

2.1.2運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線檢測與統(tǒng)計(jì)

變電站需要進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)檢測的設(shè)備主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)。在線檢測的內(nèi)容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機(jī)械特性以及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

2.1.3操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)

操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制，電容、電抗

器投切控制，斷路器、刀閘合分控制，直流電源充放電控制。過程層的控制執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)大部分是被動(dòng)的，即按上層控制指令而動(dòng)作，比如接到間隔層保護(hù)裝置的跳閘指令、電壓無功控制的投切命令、對(duì)斷路器的遙控開合命令等。在執(zhí)行控制命令時(shí)具有智能性，能判別命令的真?zhèn)渭捌浜侠硇�，還能對(duì)即將進(jìn)行的動(dòng)作精度進(jìn)行控制，能使斷路器定相合閘，選相分閘，在選定的相角下實(shí)現(xiàn)斷路器的關(guān)合和開斷，要求操作時(shí)間限制在規(guī)定的參數(shù)內(nèi)。又例如對(duì)真空開關(guān)的同步操作要求能做到開關(guān)觸頭在零電壓時(shí)關(guān)合，在零電流時(shí)分?jǐn)嗟取?/p>

2.2間隔層

間隔層設(shè)備的主要功能是：匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；實(shí)施對(duì)一次設(shè)備保護(hù)控制功能；實(shí)施本間隔操作閉鎖功能；實(shí)施操作同期及其他控制功能；對(duì)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級(jí)別的控制；承上啟下的通信功能，即同時(shí)高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。必要時(shí)，上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

2.3站控層

站控層的主要任務(wù)是：通過兩級(jí)高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)�站的�?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，按時(shí)登錄歷史數(shù)據(jù)庫；按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；

具有（或備有）站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機(jī)聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、

報(bào)警，甚至圖像、聲音等多媒體功能；具有對(duì)間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；具有 ( 或備有 ) 變電站故障自動(dòng)分析和操作培訓(xùn)功能。

3 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)——數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)選型

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的命脈，它的可靠性與信息

傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中單套保護(hù)裝置的信息采集與保護(hù)算法的運(yùn)行一般是在同一個(gè) CPU 控制下進(jìn)行的，使得同步采樣、A/D 轉(zhuǎn)換，運(yùn)算、輸出控制命令，整個(gè)流程快速、簡捷。而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護(hù)算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個(gè) CPU 協(xié)同完成的，如何控制好采樣的同步和保護(hù)命令的快速輸出是一個(gè)復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。

如果采用通常的現(xiàn)場總線技術(shù)可能不能勝任數(shù)字化變電站自動(dòng)化

的技術(shù)要求。目前以太網(wǎng)（ethernet）異軍突起，已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域，固化 OSI 七層協(xié)議，速率達(dá)到 100MHz 的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn)，數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)全部采用 100MHz 以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。

4變電站自動(dòng)化系統(tǒng)——數(shù)字化發(fā)展的主要問題

目前化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要存在的問題：

○1發(fā)展過程中專業(yè)協(xié)作需要加強(qiáng)，比如智能化電器的研究至少存在機(jī)、電、光三個(gè)專業(yè)協(xié)同攻關(guān)；

○2試驗(yàn)設(shè)備、測試方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，特別是 EMC（電磁干擾與兼容）控制與試驗(yàn)還是薄弱環(huán)節(jié)。

5 結(jié)語

變電站自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定的水平，不僅中壓變電站采用了自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無人值班，超高壓變電站建設(shè)中也大量采用自動(dòng)化新技術(shù)，從而大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強(qiáng)了輸變電和電網(wǎng)調(diào)度的運(yùn)行管理水平。但是，技術(shù)的發(fā)展是無止境的，所以實(shí)現(xiàn)全局自動(dòng)化系統(tǒng)是最終目標(biāo)。

6 參考文獻(xiàn)

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。