探析变电自动化系统

赵家浪

电力系统运行过程中必须满足其三个稳定性能，即运行稳定性、频率稳定性和电压稳定性。而在实际的自动化操作系统中主要以实现微机管理为主，是局部综合自动化系统的运行模式。这种运行系统面临的问题是对二次系统出现的故障无法做出检测，也就是本身不具备自我检测的功能。这种情况就会导致整个电网系统出现安全问题。本文就对自动化系统的网络模型进行研究，对变电综合自动化系统进行交换信息、数据共享以及实现全程监控、管理、协调和控制，从而避免运行过程中出现的故障问题。

当前，随着信息技术的不断发展，我国电力系统发展迅速，在对系统控制方面的要求越来越高。在一个电力系统中含有多个状态变量，因此就会出现或多或少的稳定性问题。而在电力系统运行过程中必须满足其三个稳定性能，即运行稳定性、频率稳定性和电压稳定性。而在实际的自动化操作系统中主要以实现微机管理为主，是局部综合自动化系统的运行模式。这种运行系统面临的问题是对二次系统出现的故障无法做出检测，也就是本身不具备自我检测的功能。这种情况就会导致整个电网系统出现安全问题。本文就对自动化系统的网络模型进行研究，对变电综合自动化系统进行交换信息、数据共享以及实现全程监控、管理、协调和控制，从而避免运行过程中出现的故障问题。

1 当前变电自动化系统的结构分析

当前变电自动化系统的结构大致可以分为三种：集中式结构、分散式结构、集中和分散式结合结构。首先集中式结构是将系统分为若干个独立系统，各个系统又分别采集集中装置来完成相关功能。集中式结构一般由1 个或者2 个CPU 构成，对整个自动化系统进行监测、保护、协调和测量。分散式结构是将设备分成若干个单元，通过控制单元、数据采集单元和微机保护单元将户外高压断路器进行安装，然后通过网络电缆将各个分部单元结合在一起，构成完整的分散式综合自动化系统。集中和分散结合式结构，目前国内应用的较多是这种模式。这种模式具有分散式结构的全部优点，采用了集中式组屏模式更有利于系统的安装维护。

2 变电站自动化系统的功能分析

变电站自动化系统功能较多，在选择时不仅要考虑到系统功能要满足变电站的基本需要，而且还要防止由于部分功能欠缺导致的安全运行问题，所以对技术先进性有一定的要求。变电站自动化系统的功能主要分为微机保护、数据采集及处理功能、事件记录和故障滤波测距、控制及操作功能、系统的自我诊断功能、数据处理和记录以及人机联系系统的自我诊断功能。

微机保护是对变电站系统内的电气设备进行保护，包括电容保护、线路保护、母线保护和变压器保护，低频减载等安全装置。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。数据采集包括对状态数据、模拟数据和脉冲数据。目前这些信号大多采取光电隔离的方式进行输入，也可通过通信方式实现。常规变电站的采集模拟量有线路电压、母线电压、无功功率数值以及电流等。变电站的故障滤波需要通过两种形式实现，一种是集中式的配置专用故障录波器，另一种是分散型，有微机保护装置进行测距计算，转变为数字化的波型以及测距结果通过监控系统进行储存和分析。在系统设计时应保留人工直接跳闸功能，有利于防止系统故障时无法及时被控制。操作人员还可以通过后台机屏对隔离开关、断路器、电容器进行远程操作。变电站自动化系统内部的各个插件具有自我诊断功能，并把数据输送到后台机的远方调度中心，这样有利于装置本身进行方便维护、维修以及实时自我检测功能，因此能够快速发现装置内部的缺陷和故障，并及时提供信息，指出故障位置。针对数据处理的功能，主要是以保护专业为需求建立的变电站管理数据和存储形式，包含上级的调度中心数据以及断路器发生故障时候出现的跳闸次数、变压器母线电压定时记录的数据，记录其最大值和最小值以及每天的峰谷植和时间。根据相关需要，数据的记录和处理功能。数据处理和记录的功能能够在变电站全部实现，也可以通过远动操作中心或者调度中心来实现。系统内部各个插件应当具备自我诊断功能，此项功能也能像数据采集功能一样，周期性的与远方调度中心和操作控制中心进行通信。

3 变电自动化系统的原则分析

变电自动化系统应按照运行稳定、功能实用、维护方便、价格合理和易于推广的原则去选择实施。这些原则的实现需要依靠系统各个部分进行协调工作，关键部分要有备份，不能因为单个部分出现故障而导致整个系统的正常运行，并且具有抗干扰能力强的特点。功能主要分为基本功能，符合日常操作使用。技术先进性采取当前最为主流的技术，一定要转为可靠技术的基础上，要摒弃仅依靠先进技术但是不实用的观念。首先要把握住产品研发设计、制造程序以及安装运行的各种环节，要达到先进性和可靠性的要求。将价格合理、推广范围广、便于维修等因素纳入考虑的因素中。以上的要素要做到相辅相成。此外，各个变电站自动化系统的型号以及数量不宜设置的过多，如果自动化系统的数量超过三种，就不利于维修人员进行维护和处理。

4 变电自动化系统安全稳定性分析

当电力系统受到外部干扰时，可能会出现不稳定的状态。不稳定的状态分为稳定性危机和持久性危机。稳定性危机是电力系统不能再回到原始状态，却停留在一个特定的新状态，但是这个过程历时较短，例如只经过几秒钟。而持久性危机是由于局部或者整体系统发电、送电产生的不平衡负荷，导致系统大幅度的偏离正常数值，这一历时较长，从几秒钟或者到几分钟不等。通过一系列的预防控制可以进行安全控制，例如调整发电机电压、切换线路等措施，使系统从不稳定状态转为稳定状态。这种措施成为紧急控制或者预测控制。通过对稳定性控制可能使系统恢复原来的正常稳定状态，也有可能使得系统转变成另一种形式的稳定状态。而恢复状态下的系统完整性不可避免的受到破坏，例如当发电机的负荷被切除时，系统的某些部分功能将会被解列，导致安全储备通常也是不足的。在这种情况下就要采取恢复控制，其措施主要有提高发电机组的功率，启动备用设备，重新投入被切机组、线路和负荷等。总体来说电力系统安全控制分为预防控制、紧急控制和恢复控制。而安全控制是变电自动化系统中不可缺少的部分。随着电力系统的不断发展，在今后的研究过程中，安全控制这一课题变得越来越重要。

此外，网络系统是数字化变电站自动化系统的命脉，它的可靠性与信息传输的快速性决定了系统的可用性常规变电站自动化系统中单套保护装置的信息采集与保护算法运行是在同一个CPU 控制下运行的，同步采用A/D 转换系统来运算输出控制质量，以此种方法加快整个流程。在全球数字化系统中，采用由多个CPU 形成的保护算法与控制命令网络系统。当前，如何控制好同步采样和快速输出保护命令成为一个复杂的命题，最基本的条件是要研究网络的适应性，核心技术是提高网络通信速度最为关键的部分。在目前国内外研究进展中，国外取得一系列相关经验，国内在某些方面取得进展。总体归纳起来存在以下几方面问题：在开发过程中专业之间要加强协同合作，例如在变电自动化系统中应用到的智能化电器存在光、电、机三个专业的合作。在材料器件、试验设备、检验标准和电磁兼容和干扰方面都存在薄弱环节。

综上所述，我国变电站自动化系统规模的不断发展，对于自动化系统的控制要求也越来越高。通过对变电系统相关功能的综合运用以及各种设备进行数据共享、交换信息对变电运行系统进行全程监控、管理、协调，从而能够降低系统的不稳定性，提高变电保护的控制性能以及改善电网的控制水平。因此有利于系统的灵活性。我国变电站自动化要经过漫长曲折的发展过程，全面采取技术先进性、运行稳定、性价比高、操作方便的自动化系统，这样在时代不断进步的背景下，才能有效利用具有自我知识产权并且可靠的变电站系统，需要业内人士进行钻研，要将智能化电气发展作为新的研究领域，尤其是智能化开关、光电式等电气设备的一体化设备的研究，相信在巨大努力下，我国变电自动化系统能够迈上新台阶。