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变电站综合自动化技术发展趋势王攀刚

发表时间：2020/11/10 来源：《基层建设》2020年第22期作者：王攀刚王哲韬

[导读] 摘要：近年来，随着科学技术的迅速发展，我国电力系统已逐渐进入计算机控制时代，变电站综合自动化系统已代替了传统的变电站二次系统，并且成为了当前电力系统主要发展趋势。

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        摘要：近年来，随着科学技术的迅速发展，我国电力系统已逐渐进入计算机控制时代，变电站综合自动化系统已代替了传统的变电站二次系统，并且成为了当前电力系统主要发展趋势。此背景下，本文首先分析了变电站综合自动化系统及其结构组成，深入分析我国变电站综合自动化结构模式及内容的基础上，提出了其发展趋势，以期推动我国变电站综合自动化的发展，以供参考。
        关键词：变电站、综合自动化技术、应用、发展
        一．变电站综合自动化系统概述
        1.变电站。在电力系统中，变电站具有十分重要的作用，其能够发挥变化电压等级、汇集配送电能的效果，变电站往往由主变压器、断路器以及母线等相关机械设备组成。同时，变电站系统常由一次、二次系统构成，其中，一次系统具备传输、分配电能以及变换电压的作用，二次系统能够对一次设备以及经过的电流进行测量与监视，并且还具有故障告警与控制等分面的作用。
        2.变电站综合自动化。变电站综合自动化是将变电站二次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护。变电站综合自动化系统可以采集比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断能力，可方便监视和控制变电站内各种设备的运行和操作，具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。
        二．变电站综合自动化的结构模式
        1.集中式结构
        通常情况下，集中式系统包含功能相对强大的计算机，并且还能够扩充其输入输出接口，还可对变电站的模拟量、数字量等信息数据进行集中性采集，然后对采集所获得的数据信息进行集中计算、处理，从而促进微机监控、保护、自动控制等工作的顺利完成。但由于存在计算机硬件水平的影响与限制，在早起的自动化系统中，集中式结构获得了较多的应用，但其对监控主机性能的要求不高，系统处理能力有限，开发途径较少，系统开发性、扩展性与可维护性等方面的作用相对较差，抗干扰能力也较差。
        2.分布式结构
        该系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块（通常是多个 CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。
        3.分布分散（层）式结构
        分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。
        三．变电站综合自动化技术的关键内容以及发展趋势
        1.数据通信技术方面
        现阶段，计算机的监控系统、间隔层装置等在通信方面均是采用 TCP/IP协议这一种网络传输层协议，该协议为以IEC60870-5-103为基础的太网板，规约为 NET103。

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        变电站综合自动化系统是由多台微机组成的分级分布式控制系统，包括微机监控、微机保护、电能质量自动控制等多个子系统。在各子系统中，往往又由多个智能模块组成。如微机保护子系统中，有变压器保护、电容器保护和各种线路保护等。因此，在综合自动化系统内部，必须通过内部数据通信，实现各子系统内部和各子系统之间的信息交换和实现信息共享，以减少变电站二次设备的重复配置和简化各子系统间的互连。另一方面，变电站是电力系统中电能传输、交换、分配的重要环节，它集中了变压器、开关、无功补偿等昂贵设备，所以说对变电站综合自动化系统的可行性、抗干扰性、工作灵活性和可扩展性要求很高。因此，变电站综合自动化系统的数据通信包括两方面的内容：一是综合自动化系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换；二是变电站与控制中心间的通信。
        2.抗干扰技术方面
        不少综合自动化系统均是以220V交流作为监控装置供电电源，在交流供电系统上，通过采取多项措施抵抗干扰。例如氧化锌压敏电阻、不间断电源 UPS、电源滤波器、隔离变压器等。对于外部干扰，由于其产生于综合自动化系统的外部，所以在消除时可通过屏蔽与减少感应耦合来降低外部的干扰。
        3.采集数据、处理技术
        变电站监控主站在数据采集上要求，在确保交流量不失真的前提下进行传递，并确保数据精确度。其中，监控主站所采集的相关数据有多个方面，其中包括有刀闸状态、断路器状态、母线电压低压侧的三相电流、继电保护（包括保护状态、保护信号等）等。另外，在数据的处理上，包含了多项处理内容，例如分析计算变电站的运行参数等。
        4.人机联系、继电保护
        保护装置属于自动化系统中的一个有机部分，在原则上，保护装置和自动化系统之间应处于相对独立的状态。通常需要确保电磁的兼容指标对于干扰具备较强的抵抗能力，通过独立控制电源与设置专有的熔断器进行保护，从而保护CT、测量CT之间的独立性。可在线对定值、参数等进行修改，并附上事故的采样报告、动作记录等。如此一来，变电站的工作人员便可借由屏幕掌握变电站运行的动态情况，并对信号复归、远方控制、当地控制、报警界限等进行实施设置，还可打印出相关的数据，对信息进行长期保存。
        5.防误闭锁逻辑验证图形化、规范化、离线模拟化
        在220kV及以上的变电站中，随着自动化水平的提高，电动操作设备日益增多，其操作的防误闭锁逻辑将紧密结合于监控系统之中，借助于监控系统的状态采集和控制链路得以实现。而一座变电站的建设都是通过几次扩建才达到终期规模，这就给每次防误闭锁逻辑的实际操作验证带来难题，如何在不影响一次设备停役的情况下模拟出各种运行状态来验证其正反操作逻辑的正确性、图形化、规范化的防误闭逻辑验证模拟操作图正是为解决这一难题而作，其严谨性是建立在监控系统全站的实时数据库之上的，使防误闭锁逻辑验证的离线模拟化成为可能。
        6.人机操作界面接口统一化、运行操作无线化
        无人无建筑小室的变电站，变电运行人员如果在就地查看设备和控制操作，将通过一个手持式可视无线终端，边监视一次设备边进行操作控制，所有相关的量化数据将显示在可视无线终端上。
        结语：
        综上所述，变电站综合自动化在一些新建变电站的运行中表明其技术先进、结构简单、功能齐全、安全可靠，随着计算机技术、通信技术、信号采集和信号处理技术及新的分析计算技术的发展，尤其是一次电气设备的结构、被控程度和性能的提高，变电站综合自动化的技术应用将有更广阔的发展前景。
        参考文献
        [1]黄益庄变电站综合自动化技术［M］中国电力出版社，2000
        [2]庞军强变电站综合自动化技术的发展动态[J].自动化应用2010(04):49- 50
        [3]史伟初探变电站综合自动化系统的运行及维护[J] 广东科技2011（12）：118-119