变电站自动化系统的分析与实施

2012-07-10李国华

时代农机 2012年9期

李国华

(邵阳电业局邵阳县电力局，湖南邵阳 422000）

随着我国经济的不断发展，人们日常的生产和生活对于电力的要求和需求不断增加，电网的规模也随之不断扩大，结构也变得越来越复杂，但随之也涌现出了许多的问题，比如主要依靠人工处理的数据越来越繁杂，准确性与及时性越来越低，严重影响人们的生活和生产活动等。为了提高电网故障处理与恢复的准确性和及时性，变电站自动化系统应运而生，它依靠计算机技术，及时处理出现的故障与问题，大大提高了电网运营的效率，是未来电网发展的主要趋势。

1 变电站自动化系统的概念

变电站自动化系统是指应用信息处理技术、自动控制技术以及传输技术，采用自动设置或者计算机软件系统代替人工进行运行作业，提高变电站运行效率与管理水平的一种综合的自动化系统。它利用微机技术将二次设备重新组合，优化设计，自动对变电站进行测量、监视、控制及协调，是计算机技术、自动化技术及通信技术的综合应用。变电站运行的各种数据和信息在这个系统内自动交换与共享，完成控制与监视的任务。可以这样说，变电站自动化系统替代了以往的二次设备，将二次接线进行了简化，提高变电站的运行效率和管理水平，进而提高电网的综合经济效益。

2 变电站自动化系统的分析

随着变电站自动化技术的发展，光电式互感器、智能开关机电一体化的智能化电气得到了快速的发展和广泛的应用，变电站自动化系统已经进入了一个数字化的新阶段。

2.1 变电站自动化系统的结构

（1）变电站自动化系统的物理结构：①智能化的一次设备。变电站自动化系统的一次设备，由传统的导线连接变成了数字公共信号网络和数字程控器，将以往的控制回路结构和机电式继电器进行了简化，采用光电技术和微处理器设计检测和控制一次设备的信号回路和操作驱动回路。通俗地说，就是在二次回路中，用光纤和光电数字代替了以往的控制电缆和强电模拟信号，用可编程序替代了以往的逻辑回路和继电器。②网络化的二次设备。变电站的二次设备，如测量控制装置、电压无功控制、继电保护装置、远动装置、和处在发展状态中的在线状态检测装置等，以往都是通过I/O现场接口连接到网络实现资源与数据的共享，现在则是利用微处理机设计模块化、标准化的二次设备，它们之间的由高速网络连接通信，实现资源与数据的共享。总而言之，变电站自动化系统的物理结构，实现了无纸化的电力运行状态与数据的记录和自动化的数据信息分流交换与分层。它可以在变电站运行故障的时候提供原因分析报告，并提出处理的方案，自动生成设备维修报告，将变电站的定期检修变成了随时的状态检修。

（2）变电站自动化系统的逻辑结构。变电站自动化系统的逻辑结构主要包括过程层、间隔层和站控层，如图1所示。

图1 变电站自动化系统的逻辑结构图

①过程层。过程层是一次设备和二次设备的结合层，它是整个自动化系统的智能化部分，它的主要功能是实时检测电力运行过程中的电气量、在线检测与统计各种设备运行的状态参数和执行与驱动操作控制。它具有抗干扰性强，抗饱和性和绝缘性好等特点，实现了开关装置的紧凑化和小型化，各种数据信息的准确性和及时性得到了充分的保证，它的操作过程精确度高，并且及时性也得到了加强与提高。②间隔层。间隔层的设备，可以对间隔过程的实时数据信息进行汇总，保护控制一次设备，优先控制发出控制、数据采集及统计运算的命令，具有承上启下的通信作用，即同时高速地传递过程层和站控层交流通信的数据。在某些特殊要求的时候，间隔层上下网络的接口可以采用双口全双工的方法，提高信息通道的冗余度，进而保障站控层与过程层的网络通信安全可靠。③站控层。站控层的设备可以利用两级高速网络对全程的实时信息数据进行汇总，不断的更新数据库，并且按时自动登录历史的数据库。它可以按照规定，把有关数据信息输送到控制或者调度中心，然后控制或者高度中心对间隔层或过程层发出控制命令，间隔层或过程层接到命令后执行。它可以对全站的操作通过在线可编程序进行闭锁控制，对站内情况进行监控，进行人机联系。它还可以对过程层和间隔层的设备进行在线维护、修改参数和组态的功能，在变电站发生故障时进行自动分析及操作修复。

2.2 变电站自动化系统的网络选型

网络系统是变电站自动化系统的关键，它的信息传输速度和可操作性决定了整个自动化系统是否可用。目前，变电站的自动化系统的网络系统主要有两种，一种是单一CPU快速、高效地控制整个自动化系统，比如现场总线式网络系统；另一种是由若干个CPU共同完成信息的采样、控制命令的形成以及算法的保护，比如嵌入式的以太网网络系统。

综上所述，变电站自动化系统是一个完整的系统工程。迈入数字化的时代后，它还存在着许多的技术问题，比如过程层电气设备专业协作性不高，材料及器件的设计还存在着一定的缺陷、检验标准、测试方法等软实力仍然不足等问题。虽然目前还存在着许多的问题，但是相信在不久后的未来，它们可以得到有效的解决，变电站的自动化系统将会迈入蓬勃发展的黄金时期。

3 变电站自动化系统的实施

图2 变电站自动化系统实施图

变电站自动化系统是通过网络系统来传输各种数据，网络系统是变电站自动化系统实施的关键。变电站内的数据传输，主要有站控层的内部数据交换通信，间隔层内部数据交换通信，站控层与间隔层之间的数据交换通信以及间隔层与过程层之间的数据交换通信等。交换的数据主要有监视信息、突发事件信息、智能感应信息以及一些非实时的信息等。在不同的运行方式下，各种数据流各有相应的传输响应速度以及优先级。所以在变电站自动化系统的实施中，除了各种设备的设置以外，最主要是网络系统的实施。

（1）变电站自动化系统设备体系结构如图2所示。

（2）变电站自动化系统。变电站自动化系统，目前主要有两种，一种是传统的现场总线自动化系统，一种是嵌入式以太网式自动化系统。①现场总线式自动化系统。现场总线是连接生产设备和控制设备的双向、串行、多节点、多变量的数字化通信网络系统。现场总线式自动化系统的结构模式主要有三种，即集中分布式、集中式以及分布分散式。在实际的应用过程中，由于分布分散式的结构运行的效率更高，设备负荷较小，所以一般采用的是分布分散式结构，如图3所示。

图3 分散式体系结构

现场总线式自动化系统的硬件主要由后台监控系统、通信控制单元和保护测控单元组成，软件采用WingdowsNT/2000的操作系统，语言是VC++语言。这种系统具有广泛的可移植性和实用性。②嵌入式以太网式自动化系统。迈入数字化时代的变电站自动化系统，由于传统的现场总线式自动化系统在某些情况下不能充分的满足需要，所以嵌入式以太网式的自动化系统得到了越来越广泛的应用。嵌入式以太网式自动化系统应用模式的选择，嵌入式以太网有两种应用模式，一种是一个智能电子装置对应一个以太网接口，智能电子装置作为一个以太网的节点；另一种是几个智能电子装置通过一定的规则连接在一起，然后接入一个以太网的接口。在选择以太网的应用模式时，要根据成本、产品兼容性以及可靠性等来选择。嵌入式以太网式自动化系统传播模式的选择，嵌入式以太网式自动化系统的传播模式主要有三种，即单播、广播和分组广播。三种模式全体如图4所示。单播模式只有一个目的地址，具有唯一限制性；广播模式具有多个目的地址。从上图可以看出，单播模式的传输效率不高，因为同一信息要发多遍，所以CPU资源消耗非常大；广播模式和单播模式相比，它的效率要高些，而且同一信息一个设备只发送一遍，所以它的网络流量并没有增加，但是多个设备重复发同一信息，浪费了相关设备资源；而分组广播模式则结合了单播模式和广播模式的优点，一个设备向几个固定的目的地址发送同一信息，传输效率高，又避免了浪费设备资源和网络流量，所以分组广播模式应成为传输模式的首选。