浅谈提高变电站电力系统自动化技术

邹炜

（兴义市电力有限责任公司，贵州 兴义 562400）

在变电站自动化技术发展过程中，尤其是全分散式变电站自动化系统，以下技术关键是应该予以重点关注的。

1 系统结构与性能

1.1 系统性能特点

1.1.1 系统的可用性

变电站综合自动化的监控和管理系统适应不同的工作环境，现场安装后可立即使用并稳定可靠运行。

1.1.2 系统的可维护性

系统的软、硬件设备十分便于维护，各部件都具有自检和联机诊断校验的能力，为维护人员提供了完善的检测维护手段，包括在线的和离线的，都能准确、快速的进行故障定位，维护人员都能在现场自行处理。

1.1.3 系统的可靠性

计算机监控和管理系统具有很高的可靠性。其平均无故障时间MTBF 为：主要设备大于20000h，系统总体大于17000h。

1.1.4 系统的容错能力

系统的软、硬件设备具有良好的容错能力。当各软、硬件功能与数据采集处理系统的通信出错，或当运行人员在操作时发生一般性错误时，均不引起系统的保护功能丧失或影响其它模块的正常运行。

1.1.5 系统的安全性

在任何情况下，硬件和软件设备的运行都不会危急变电所的安全稳定运行和工作人员的安全。

1.1.6 系统的抗电磁干扰能力

系统具有足够的抗电磁干扰能力。

1.2 信息采集方式

对一个较先进的变电站综合自动化系统而言，其信号采集应该是可以完全分散分布和下放的，因为只有这样才能最大限度地减少二次控制电缆，简化二次回路。特别是在10kv 变电站，可将测控部分合并在10kv 保护装置内，根据模拟量对采样精度的不同要求，采用专用的电流输入口以接测量用CT。

1.3 网络结构与通信

分散分布式结构，各间隔层与站级层所有控制指令、数据传送、信息交换等都是通过计算机数字通信实现的。这就对承担数字通信的物理介质的可靠性、实时性提出了非常高的要求。

因此在变电站自动化向分散式系统发展时，采用计算机网络的优点来替代传统串口通信成为一种趋向。

2 变电站自动化技术发展趋势

变电站自动化系统国内外均是向全分散式系统发展，并与计算机技术、网络技术和通信新技术紧密相连，变电站自动化新技术动向主要表现在以下方面。

2.1 系统结构

目前的变电站自动化系统中，面向对象技术已成为一个十分流行的趋势，即不单纯考虑某一个量，而是为某一设备配备完备的保护和监控功能装置，以完成特定的功能，从而保证系统的分布式开放性。从技术的发展趋势看，将来的测控设备还将和一次设备完全融合，实现所谓的智能一次设备，每个对象均会有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库，面向自动化的仅是一对通信双绞线，该双绞线以网络方式与计算机相连。原先的自动化系统基本只能集中配屏，由于面向对象设计思想的深入以及一次设备的整体化设计，系统结构将由集中式向部分分散式或全分散式发展，变电站内不再有规模庞大的测控屏以及大量连接信号源和测控屏之间的铜芯电缆，全部测控装置下放在就地，实现所有功能，而在控制室，取而代之的是一个计算机显示器甚至仅为一台临时监视、操作使用的便携机。

完全分散式的实现依托当今飞速发展的计算机及网络技术，特别是现场总线技术。这一技术的使用已使得自动化系统的实现简单得多，性能上也大大优于以往的系统。

2.2 通信及规约

典型的变电站综合自动化系统，可分为三个层次。第一层为分布式的综合设备，它们把模拟量、开关量数字化，实现保护功能、上送测量和保护信息、接收控制命令和定值参数，是系统与一次设备的接口。第二层次为站内通信网，它的任务是搜集各综合设备的上传信息，下达控制命令及定值参数等，是信息流动的动脉。第三层次是变电站层的监控及通信系统，它的任务是下与站内通信网相连，使全站数据进入数据库，并根据需要向上送往调度中心及控制中心，实现远方通信功能，同时，通过人机界面、数据处理能力，实现就地监控功能，是系统与运行人员的接口。其中通信层在这里起着举足轻重的作用更使变电站自动化系统发生了根本的变化，这些变化集中表现在以下几个方面。

2.2.1 在测控单元和通信单元之间

首先是引入现场总线技术，现场总线技术不仅具有高速(达1MHz 及以上)传输特征，并且具备“多路侦听自动上送”的功能，解决了多CPU系统的信息传输及突发事件的优先传输问题。变电站自动化已大规模推广并已有大量变电站实现无人值班，作为“枢纽工程”的通信系统，必须采用双网络来提高系统的可靠性。在通信媒介方面，光纤是较为理想的通信媒介，但由于价格及施工方便等方面的因素，双绞线仍将被普遍采用。

2.2.2 在当地计算机和通信单元方面

由于利用变电站自动化来实现无人值班，因此其传递的信息容量将很大(不仅要传递监控、保护的信息，还要传递数字电量、录波及其它安全自动装置的信息)。由于计算机(工作站)及LAN 技术已十分成熟，利用LAN 技术来传输信息已成为近距离计算机通信的优选方案。从系统整体的可靠性考虑，应配各双通信单元，双太网、双计算机来实现信息的传输及管理，该方案的通信媒介大多采用双绞线。

2.3 系统性能

早期的变电站自动化系统仅是实现基本“四遥”，功能对基本的变电管理，而将来的变电站自动化系统将赋予一些新的功能。如今的变电站自动化系统测控技术已基本成熟，并且已使用网络技术将变电站之内的许多智能装置进行互联及实现信息共享。但系统之内的许多资源远没有充分利用(如：用于测控的CPU 速率都很高，还远未发挥其作用。共享的资源十分丰富，却仅作一些统计之用)。因此，充分利用资源将是今后努力的方向，如在实时数据的基础上实现电压无功控制、小电流接地判别、防误操作、事故应急处理方案、多台主变的经济运行方案伏化、线路同期、设备寿命管理、录波等功能。另外，随着城网、农网配电自动化的开展，变电站自动化亦将辅以一些配电自动化的功能要求。

3 对目前变电站综合自动化系统的几点体会与看法

3.1 由于变电站综合自动化系统不同于常规变电控制系统，它涵盖了整个变电站的二次系统，一个小小的改动，会带来大范围的修改。除此之外，原本希望保护信息尽量全面以便于事故分析，故将微机保护所发出的信息全部发送至自动化系统，这样使系统数据的容量大大增加，浪费了宝贵的系统资源，同时，也使得有些并不重要的保护信息发送至自动化系统，影响了运行人员的分析、判断。因此，微机保护上传的信息量应根据用户的需要加以筛选。

3.2 变电站综合自动化系统对变电站保护、测量、控制、远动通迅等功能高度微机化集成，这样使得各专业之间的传统界限被彻底打破，这就对现有的专业设置和管理提出了新的要求。因此，应将继电保护和远动两个专业合并为一，以便于系统规划、设备运行管理和运行维护时协调统一。

3.3 变电站综合自动化组态模式中另一最为关注的问题是保护是否下放的问题。变电站综合自动化是一个跨专业的课题，它应该是调度自动化、保护、变电管理、通信等专业综合起来考虑问题，尽量做到设备不重复，资源能共享，但由于专业管理的原因，微机保护一般不与其他装置混在一起，保持其独立性，与监控系统通信采用网络通信方式，尽量减少信号电缆的数量。至于保护装置安装的地点，如直接安装在配电柜上，装在室外开关场的保护小间内，或仍放于控制室内，则应视现场条件和保护装置本身的抗干扰、抗恶劣环境的能力而定。

4 变电站自动化系统的选择

4.1 系统的组网结构

选择合理的系统组网结构型式，是成功设计的前提。由于国内尚未制定出完善的变电站自动化系统的标准和相关的规程，再加上研制、开发厂家的起点不同和基本指导思想的差异，可以说目前市场上这一领域是“百花齐放”。尽管有些产品的系统构成和功能已达到比较理想的程度，但作为工程实用产品，还必须针对当地运行管理部门的实际情况，进行一些适当的调整。目前仍以RS-485 网络构造的分层分布式监控保护系统、“一对一”模式为主流，虽然有的观点认为控制保护单元装置分散布置于被控对象上，当监控系统死机或发生故障时，可能会因为走错间隔而造成不必要的误操作或延误操作时间，但这一问题可以通过完善综合操作系统得以解决。分层分布式系统结构模式的优点是：①可靠性高，各个单元模块集测量、保护、控制、远传等功能于一体，既相互独立，又相互联系；②减少了设备的投资，各个单元模块与上位机之间仅需屏蔽双绞线连接即可；③抗干扰能力强。

4.2 后台操作系统(监控系统)的选定优秀的后台操作系统是变电站自动

化系统成功的关键。随着自动控制技术、通信技术、多媒体技术的不断发展，用户对后台操作系统的要求也越来越高、越来越多样化。选择时主要考虑以下几个方面。

a.先进性与继承性。在计算机技术日新月异的今天，选择后台操作系统要有发展的眼光，如DOS 操作系统很快被Windows95 取代，而现在真正32位的Windows98 却成为主流。这并不是说一味地追求升级，而是要把系统的稳定性、可靠性和设备的安全性放在第一位，这一点一定要谨慎。尽量选用一些已有运行经验和发展前景的成熟产品、新技术，如防死锁和交流采样自适应同步等技术。

b.系统的完整性和开放性。选择后台综合操作系统时，系统功能的完善性是重要的抉择条件之一，如是否采用了先进的防死锁技术、是否留有与五防闭锁装置的接口、是否包含必要的通信软件、“四遥”软件等。随着变电站运行管理水平的不断提高，在不影响监控系统可靠性的前提下，还要求系统的管理功能比较完善，如增加设备资料情况、运行日志管理，继电保护定值及动作情况统计分析管理，电能计量管理等管理模块。另外，后台操作系统的开放性也是考察的重要条件之一，因为任何一个变电站在建成之后并不是一成不变的。例如，一些用户在运行一段时期之后会有增加一台变压器、母线变色、修改运行数据、报表修改等需要，这就要求后台操作系统有很好的开放性。

5 变电站电气一次设计的配合

5.1 主接线型式和电气设备的选择

由于以先进的电气一次设备和计算机为主体的二次监控、保护系统构成的变电站可靠性越来越高，功能越来越完善，我们在确定主接线型式时，应以可靠、简化、明了为原则。对室内中压侧(35kv、10kv 侧)，宜采用单母线分段接线型式，特别是铠装式手车柜，其母线故障概率极低，因此采用双母线接线型式来提高可靠性，其实已无多大实际意义。对110kv(及以上)电压等级的设备，如条件允许，也应优先考虑选用免维护或少维护产品(如GIS、SF6 系列)，以提高整个变电站的安全可靠性。

5.2 总体布置观念的变化

变电站自动化系统综合考虑了变电站对数据采集、处理的要求，以计算机技术实现测量、保护、监视、控制、信号等功能。一般通过两种方式，即集中组屏方式和分散配置方式来实现。传统的设计模式是通过传感器、变送器等把所有被控设备的状态、电量、非电量等信号集中到中央控制室，然后由计算机按照规定的数学模型进行计算、判断，进而对被控设备进行控制。可这样给我们带来了很多问题：大量的变送设备；经常发生在由被控设备引至中央控制室的控制电缆故障；繁琐的安装调试工作；同时也使用户对系统的可靠性产生了疑问，而设计方却只能通过增加投资设置冗余备份来提高其可靠性。用分层分布式系统结构将测量、保护、控制功能尽量分散安装到各开关柜上，采用单一的光纤(或屏蔽双绞线)代替了连接开关柜与中央控制室的控制电缆，大大减小了中央控制室的面积，节约了电缆，提高了可靠性。特别是对一些“无人值班、少人值守”的变电站，有观点认为甚至可以不设置中央控制室。所以，我们在进行变电站总体布置设计时，应转变传统的观念，合理考虑布置方案。

变电站自动化技术发展到现在，已经比较完善、成熟和可靠。有关的管理部门也正在实施其标准化工作，希望能实现产品的“四统一”，即统一设计思想、统一设计模式、统一功能要求、统一通信规约。

[1]杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势，电力系统自动化，1995，19(10).