刍议变电站电气自动化系统设计

杨善珍

（国网将乐县供电公司）

1 引言

变电站自动化是电气系统一个最重要的组成部分，是保证供电网络安全运行的重要技术手段。随着信息技术、网络技术、远程控制技术以及数字技术的高速发展并与电力技术的相互融入，现代化的变电站自动化系统能够能够实现对电力运行的控制、监测、保护以及通讯为一体的高度综合化的运行系统，满足现代化生产生活对变电站的全新需求。

近年来，我国科技生产水平急速上升，国内许多生产商已经初步能够提供较为成熟的可用于变电站自动化系统建设的产品，这也使得变电站电气自动化设计具有可行性，例如：近期福建省电力有限公司调控IES600 系统推行保护信息子站建设、远方修改定值系统等，都是变电站自动化的实际应用。由于变电站保护综自厂家产品参差不齐，也正是因为初步发展，从实践结果看来还是存在一定的问题，例如跨厂家产品通讯规约不一致、维护困难、变电站远动机数据处理能力不高、系统综合化指标性能较低，需要进一步的完善。

本文主要论述了变电站电气自动化设计、综合设计的相关内容和原则以及本电力公司的实际应用情况，为变电所工程设计工作提出一些参考。

2 变电站电气自动化系统设计原则及应用

目前，在我国国内对于变电站电气自动化系统的设计原则通常有两个方向：①主张电网调度的自动化与电气设备的相互独立，充分利用远动数据采集和控制技术，同时实现站内监控。②主张将电网调度与电气设备结合在一起进行充分的保护与控制，主要采用微机保护技术实现对电网运行数据的采集和控制。但从目前我国的相关管理方法、设备、技术的发展状况来看，第一种设计原则要更为符合我国变电站的实际情况，因此，本文所提出来的变电站电气自动化设计都是基于这种主张之上的。

2.1 一次系统设计原则

实现站内的监测与控制后，实际上对于原有的变电站的一次系统的接线情况没有任何的影响，因此，在一次系统接线过程中应该仍旧按照原有变电设计标准方案进行设计，供电方案也参照原有方案标准。变配电站采用计算机监测与控制后，应发挥计算机的图形显示功能，并通过计算机一次接线图实现一次设备的遥控、遥测、遥调、遥信的“四遥”功能，同时通过计算机微机防误系统的程序设置来防止变电站操作人员的误操作行为，以后台监控计算机来取代了原先的模拟盘。这样一来，实现变电站的无人值班也具有一定的可行性，可以大大的减少值班室所占有的空间，可以进一步精简人员，节约成本。

对于一次系统的电气接线设计包含以下几个方面：主接线方式不变，在单线系统图的设备型号说明中应注明采用计算机监测与控制系统后所增加的设备数量与型号，如电量变送器，电力监控器等；开关设计为自动开关，并且具有一定的远程控制功能，也就是说，开关的运行状态要纳入到计算机的监控系统中，一般要有一对独立的常开接点引入计算机监测与控制系统。低压自动开关的型号设计时一定要注意满足这一要求，多选一对常开辅助接点。

目前，将乐供电公司所辖的12 座变电站均实现了无人值班，为了更好的监控变电站的运行情况，2015年公司加快了变电站安消防集中监控的建设并纳入调控中心进行集中监控。这为变电站无人值班奠定基础。

2.2 二次系统设计原则

二次系统包含了监控、通信、远动以及保护等系统，区别于电气一次系统，因此，需要对二次系统进行各项的专项设计，包括对系统直流系统、站内元件保护、监控、远动等各个细部的要求进行专门的设计。

二次系统的设计对于实现电气系统的自动化有着至关重要的作用，二次系统设计包含以下几种形式：

（1）在一次系统设计的基础上设计一套开关柜内继电保护重复的信号、计量与回路控制，但必须保证原有设计不受到影响。

（2）保持开关柜内的继电保护，计量，信号与控制回路设计不变，但取消掉信号的计量的控制，集中保护的继电保护屏，再将计量，信号与控制回路进入计算机监测与控制系统。

（3）保持开关柜内的继电保护，计量，信号与控制回路设计不变，值班室的信号系统中所有的开关不进入到重要信号系统之中，而电源母线开关柜及所有出线开关柜的中央信号系统（信号、计量与控制）全部进入计算机监测与控制系统。

2.3 回路设计

回路设计也是电气自动化系统设计中较为重要的一个部分，主要的回路设计包含有测量回路设计、控制回路设计以及信号回路设计。

测量回路设计：测量参数根据不同变电站的不同需求用户自行设定，测量回路的主要目的是完成对整个电气自动化系统各个数值的测量。由于实现了测量的自动化，监控单元均为交流采样，电量变送器可以从整个系统中除去，继而可以取消掉开关柜上的仪表测量。在设计过程中要优先的选用自带供电电源的有源型，输出为隔离型的脉冲电度表。电流回路电缆接线一般取4mm2铜芯电缆、电压测量回路接线一般2.5mm2铜芯电缆。

控制回路设计：为实现对开关柜的远程合分开关闸的功能，需要将继电器监测和控制的输出接点并入开关柜上的合分闸开关上，同时还应该设计远程自动合分开关闸功能与手动开关之间的转换方式，目前一般设计为在开关柜上柜门处设置“远方/就地”切换把手硬接点信号通过保护装置上传至远动机，对于10kV及以上的供配电系统进行控制回路设计时，应取消控制开关的对应接线，选用控制按钮。对于所有监控体系中的所有手动开关闸或者按钮都应该接入到计算机监控中某一个独立的点中，当人工操作过程中，能够产生一个开关的输入信号，避免信号的重复和冲突或者是误报。控制回路接线一般取2.5mm2铜芯电缆。

信号回路设计：信号回路中的信号地线需要与所有的常开接点连接，除了交流系统之外任何与监测、控制以及计算机相关的开关状态，其常开接点需要接入到计算机。任何信号继电器应该有一对常开接点接入控制系统。信号回路接线一般取1.5mm2铜芯电缆。

3 变电站综合自动化系统设计

3.1 变电站综合自动化系统的功能与优点

变电站综合自动化系统将会实现电网运行过程中对电气系统的最优运行方案，并且能够进一步的提升电网运行的可靠性和稳定性。其主要功能有：对电气设备进行状态监控；自动保护机制，发生事故能够迅速切断故障；对高压电气设备的状态监控。

自动化系统的优点主要体现以下几个方面：①明显的提升了变电站电网负载能力，提高了变电站的运行的稳定性，例如：保护装置低频减载、备自投联切负荷等功能。②提升了变电站的电压合格率，提升了供电质量，例如：AVC 自动调压的应用。③有效的减少了普通变电站的占地面积，提升了资源利用率，节能环保。④降低了人工操作频率，减少了工作人员的人力劳动。

3.2 结构形式设计

变电站综合自动化系统可分为集中式、分层分布式、分散与集中结合式、完全分散式等结构形式。在不同的条件下应予以不同的结构方式设计。目前我公司所辖变电站自动化系统均采用分层分布式结构设计。

3.2.1 集中式结构

集中式结构的“集中”是指在数据的采集、计算与处理的集中，主要依靠于不同的PC 设备通过外围接口扩展实现监控和保护。这种集中式的结构的所有功能并不是集中由一台PC 设备控制的，往往是由多台PC 组成的。这种结构的控制优点在于利用了电压互感器以及电流互感器实现了对变电站内的电气设备的运行状态传送，并与主要计算机进行通信和数据传输，在这结构下，值班人员可以在主计算机端口来操作站点内的电气设备，同时系统具有很强的自动保护和恢复功能。相对而言，这种结构式的设计相对简单，所采用的设备较为普遍，维护技术也相对简单，十分适合小型变电站综合化改造或者新建小型变电站。

3.2.2 分层分布式结构

将变电站信息量的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层三层布置的结构形式被称为分层式结构。其分层分布指的是管理层级的分层以及通信的分布，通信主要采用了主从CPU 的形式，利用多个CPU 之间的串行提高系统的处理能力。这种结构设计的优势在于使系统配合灵活，扩展方便有效的提升了系统结构可靠性，内部灵活性高，同时处理器的分布式处理，可以分散主控机的处理负载，继而进一步的保护主控，与此同时，多个CPU 的串行设计能够使得各个层级能够与主控中心实现通信，而不需要单独的为调度中心进行单独的数据采集，提高了工作的便捷性。间隔层分布式保护测控单元直接配置到每个配电间隔，节约了大量的信号线与控制线，减轻了CT 负担，减少了设计、安装和调试的工作量，缩短了投运周期。

3.2.3 分散与集中结合式

分散于集中结合式的结构设计使得变电站的自动化网络能够具备两种设计单独使用时候的优点，同时还具备一些明显的优势。例如低压配电线路的保护釆用分散式的结构，就地安装，能够节约大量的控制电缆。同时还简化了变电站的二次系统的相关配置，有效节省资金，对高压线路以及变压器的集中组屏，并放置在主控室中，利用PCI 总线技术进行数据交换，有效提升装置的可靠性，避免一些事故。

4 结束语

变电站电气自动化的实现，是为了进一步实现整个变电站以及电网运行的自动化，能够进一步的提升供电稳定性，同时能够节省运维成本，提升变电站的经济效益。虽然自动化技术在我国变电站的应用才处于起步状态，但随着信息技术和网络技术的不断提高，相信未来我国的的变电站自动化技术必将日趋完善，形成更加智能化、自动化的电网运行模式。

[1]朱广伟.微机继电保护在企业供电系统中的应用及发展趋势[J].辽宁科技学院学报，2012，3（8）：6～7.

[2]唐涛，朱伟楠，杨仪松，等.发电厂与变电站自动化技术及其应用[J].中国电力出版社，2015：25～27.

[3]高鹏，马江泓，杨妮.高红杰.电子式互感器技术及其发展现状[J]，南方电网技术，2012，3（3）：39～42.

[4]李建明，王军利，王辉华.变电站自动化系统保护测控装置框架[J].硅谷，2011（24）：181.