浅析变电站自动化系统的发展

吴新宇

【摘 要】近年来，随着我国电力系统规模的不断扩大，电网运行水平越来越高、越来越复杂，各级调度中心信息需求量越来越大，电网系统复杂多变。为了能够及时掌握变电站的运行情况，加强变电站的可控性，减少人工操作失误，同时随着现代通讯手段和计算机技术的应用，为了简化电网系统，达到信息共享的效果，降低变电站成本，变电站自动化系统建设成为电网稳定运行的关键因素，也越来越受到电力部门的重视。

【关键词】变电站；自动化系统；发展

1.变电站自动化系统的概念与发展状况

1.1变电站自动化系统的概念

变电站自动化系统是电力系统的一部分，其功能是变换电压等级、汇集配送电能，主要包括变压器、母线、线路开关设备、建筑物及电力系统安全和控制所需的设施。 变电站自动化系统是将变电站的二次设备应用到现代通信技术手段和计算机科学技术中去，经过功能重新组合和优化设计，对变电站实行全自动测量、控制、监视、维护和协调，以及与调度通信等综合性的自动化系统。其主要特点是一次设备智能化、二次设备网络化、运行管理系统自动化。建设变电站自动化系统，可以保证电网系统安全、可靠、经济的运行，减少基础设施的投资，降低人工成本。特别是随着网络技术、信息技术、计算机技术的快速发展，变电站逐步向数字化电气量测、智能电气设备、全职能系统等方向发展。

1.2变电站自动化系统的发展状况

国外研究变电站自动化系统，开始于20世纪80年代后期，20世纪90年代发展较快。著名的制造企业有很多，企业之间一开始就十分注重变电站电气设备的技术标准和规范的制度和协调，并且注重技术创新和研究。国外变电站自动化系统技术已经相当成熟，基本能够保证电网系统的安全、可靠运行。

我国变电站自动化的研究工作开始于20世纪80年代中期，1987年清华大学研制成功第一个变电站自动化系统，并在威海望岛变电站成功投入运行。该项技术为国内首创，填补了国内一项空白，并达到当时国际先进水平。其运行效果表明：微机技术可以全面、系统、可靠地应用于变电站的自动化工程中，变电站自动化系统对提高变电站的运行、管理和技术水平、缩小占地面积、减少值班员操作，以及减少维护工作量等方面有显著的优越性。随后投入变电站自动化研究的高等院校、研究单位和生产厂家逐步增加，到20世纪90年代，变电站自动化系统建设已成为热门话题，研究成果和产品如雨后春笋般涌现。

2.变电站数字化的主要技术特征

2.1数据采集数字化

数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。实现了一、二次系统在电气上的有效隔离，增大了电气量的动态测量范围并提高了测量精度，从而为实现常规变电站装置冗余向信息冗余的转变以及信息集成化应用提供了基础。

2.2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。

2.3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、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。

2.4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及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”。

3.变电站自动化系统结构和存在的问题

3.1变电站自动化系统结构

从系统设计的角度来看，设计者对变电站自动化系统的看法已逐步实现从局部到整体的转化。在目前的变电站自动化系统中，面向对象技术设计系统结构已成为主要趋势，为每一个电气设备配备完整的维护和监控功能装置，以实现装置特定的功能，从而保证系统的分布式开放性。

设计思想的变化导致了系统结构的变化，原先的自动化系统基本依靠集屏实现监控。随着设计思想的改变以及装置的整体化设计，系统结构逐渐由集中式向部分或者整体分散式发展，变电站内不再使用规模庞大的监控显示器以及大量信号源和监控屏之间的电缆，所有监控设备就地装配，取而代之的是一台智能化计算机系统或者是一台便携器。完全分散式的实现主要依据计算机及网络技术，特别是现场总线技术。这一技术的使用简化了操作，性能、效率也大大提高，同时解决了以往系统中RS-485链路信息传输的实时性问题，以及信号传输的容量问题。

3.2变电站自动化系统中存在的问题

变电站自动化系统的应用取得了良好的效果，但也存在很多不足之处，主要体现在：变电站自动化产品和系统结果千差万别，缺乏统一的标准和规范；发展速度跟不上整个电力工业的发展，社会和经济效益不显著；发生异常时，会出现大量的事故警告信息，缺乏有效的过滤机制，干扰工人对故障的正确判断；信息标准化、共享化程度低，多套系统并存，设备之间、设备与系统之间联系较少，信息难以被综合应用；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。

4.变电站自动化系统建设的新发展

（1）近年来，ABB公司、三菱公司相继推出了智能化变电站系统。数字化变电站是把一体化的GIS设备和变电站计算机监控系统综合在一起，采用新型的光电传感器取代传统的电流、电压互感器，由光纤接口替代了微机测控保护装置的输入输出回路，使变电站自动化系统向过程层延伸和发展。

（2）数字变电站应用了计算机技术、现代通讯技术和光电技术，使变电站自动化得到进一步提高，其分层分布技术、智能化控制技术、光通讯技术使变电站控制电缆大幅度减少，安装周期缩短，运行维护工作量减少，可靠性大大提高，是变电站技术发展的必然方向。

5.结语

总上所述，变电站自动化系统采用数据采集数字化、智能化的一次设备网络化的二次设备、自动化的运行管理系统等技术，在现实使用中取得了显著的效果，但是还存在着标准不统一、经济效益不显著、信息资源共享度较低等问题。因此，只有把握好智能化变电站系统的发展和应用，采取光通讯技术、智能化控制技术等先进技术，才能保证电网系统的安全、稳定运行。 [科]

【参考文献】

[1]邹炜.浅谈提高变电站电力系统自动化技术[J].中国新技术新产品，2010（17）.

[2]丁书文.变电站多媒体自动化系统及其应用策略[J].电力科学与工程，2009（02）.

[3]曾嘉树.变电站综合自动化系统中嵌入式通讯管理机的设计与实现[D].电子科技大学，2011.