数字化变电站自动化系统探讨

武成龙

摘要：随着智能化电气设备的不断涌现，变电站自动化技术即将进入数字化新阶段。本文首先介绍了变电站综合自动化技术的基本概念，着重分析了目前我国在这方面的发展现状和存在的问题，并提出了进行改进和发展的方向。

关键词：变电站 自动化技术 发展

0 引言

计算机技术、信息技术和网络技术发展迅速，对变电站自动化系统产生了巨大影响。特高压、大容量电网的逐渐形成，对保障电网安全运行的信息交互提出了更高、更迫切的要求。数字化变电站是以变电站一、二次系统为数字化对象，对数字化信息进行统一建模，将物理设备虚拟化，采用标准化的网络通信平台，实现信息的共享和互操作。

1 数字化变电站自动化系统的特点

1.1 智能化的一次设备 一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。

1.2 网络化的二次设备 变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。

1.3 自动化的运行管理系统 变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。

2 自动化技术改进和发展的方向

2.1 新技术的运用

2.1.1 DSP技术数字信号处理 DSP技术推广应用以来，以直接交流采样为基础的微机保护和远动装置，不同程度地将保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等各种自动装置的测量和控制集成在一起，构成了综合自动化系统的技术基础。通过数字信号处理，计算出各相电流、电压、电流方向、故障电流，精度可达0.2%。不仅解决了测量和计量问题，并可通过对有关计算值的分析计算，构成各种保护功能。

2.1.2 面向现场的变电站综合自动化技术 面向现场的变电站综合自动化技术真正具备了无人值班的条件，保护的工况可由SCADA(监视控制和数据采集)系统监视，保护的投切和定值的选择，可在调度中心由调度员来遥控。保护定值的修改、故障录波和故障测距数据的收集，可通过计算机通信，在管理信息系统(MIS)上由保护人员来操作。面向现场的变电站综合自动化系统，取消了大控制室，需要相应的工程设计相配合；与可控保护单元及SCADA 系统的结合，需要运行管理体制相配合。

2.1.3 PLC技术 PLC软件设计采用了模块化，使程序的开发难度大大降低，同时也增强了软件的可读性和可移植性，为变电站实现无人值班的要求提供了成功的解决方案。改造后的变电站，能通过现场的可编程序控制器PLC和上位机的监控平台实现“四遥”功能，具备实时监测与监控、事故记录、实时及历史趋势图、报表等功能，从而实现变电站的现代化管理，提高变电站运行的安全、可靠性，并减少系统维护工作量和提高管理水平。

2.2 整个系统的数字化、集成化、规范化 当前变电站自动化的发展趋势将会不断朝着高集成化、数字化、标准化方向发展。随着集成电路和计算机技术的飞速发展，各种新型的大规模集成电路将会进一步应用在继电保护和测控装置上，这些新器件的应用将使保护和测控装置的电路板更加小型集成化。高集成化可以使装置通信、数据存储及处理能力更强，降低成本，减少故障率，有利于实现统一的运行管理。变电站自动化系统将逐步向产品标准化方向发展。具体表现在:产品基本功能设计和要求的标准化及产品的对外接口和通讯协议的标准化，变电站内不同厂家的设备可以做到互换互连，“即插即用”增加了用户选择变电站内各类设备和更换设备的自由度，同时不满足标准化设计的厂商将被逐步淘汰，使变电站自动化专业逐步走向良性的发展。

3 未来数字化变电站自动化系统的优势和问题

基于IEC61850的统一的建模和通信，提高了保护和自动化通信的性能，运行人员得到更多的共享信息。取消保护管理机、网关协议转换等装置，保护、自动化调试的工作量减少，工期大大缩短。采用先进技术和成熟产品，所有产品均通过互操作试验，最大限度地保证了系统的可靠性，减少改造过程中的调试维护时间。采用面向间隔对象点对点模式的测控保护一体化IED，可以适应现有的运行及管理模式。采用“就地智能操作单元、就地MU、构建过程层控制网”的模式，实现了以太网方式下的过程层控制，依据IEC61850通过以太网实现遥信/遥控功能。实现了间隔层以上光纤化，形成基于网络的IEC61850系统。大范围的光纤化，大大减少了电缆数量，简化了结构，减低了二次电缆故障概率，减轻了维护量，可以减少土建工程量及工程造价。

在3个层次中，数字化变电站自动化系统的研究正在自下而上逐步发展。目前研究的主要内容集中在过程层方面，诸如智能化开关设备、光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发。国外已有一定的成熟经验，国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究，在某些方面取得了实质性的进展。目前存在的主要问题是:①研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少需要机、电、光3个专业的协同攻关；②材料器件方面的缺陷需要改进；③试验设备、测试方法、检验标准，特别是EMC(电磁干扰与兼容)控制与试验还是薄弱环节。

本文论述了数字化变电站综合自动化系统的特征、结构及其发展。数字化变电站自动化是一个系统工程，要实现全部数字化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，作者相信在不远的将来数字化的变电站自动化系统，将有一个蓬勃的发展期。

参考文献：

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[2]田军.变电站自动化系统现状及发展方向[J].科技咨询导报.2007.(24).

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