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李禹
男，本科,畢業于華南理工大學自動化科學與工程學院,現于河源職業技術學院機械電子系任教。
1 引言
1.1 變電站傳統監控系統工作模式
變電站中的電氣部分通常被分為一次設備和二次設備。屬于一次設備的有不同電壓的配電裝置和變壓器。配電裝置是匯集、分配電能的電氣裝置的組合設施，它包括母線、斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器等；變壓器是變電站中變換電壓的設備，它連接著不同電壓的配電裝置。有些變電站還有為無功電能平衡、系統穩定和限制過電壓等因素，而裝設同步調相機、并聯電容器、并聯電抗器、串聯補償裝置等。
為了保證變電站電氣設備安全、可靠和經濟運行，還裝有一系列的輔助電氣設施，如監視測量儀表、控制及信號器具、繼電保護裝置、自動裝置、遠動裝置等，上述這些設備通常被稱為二次設備。表明變電站中二次設備相互連接關系的電路被稱為變電站二次回路，也稱為變電站二次接線或二次系統。
當前計算機技術、網絡通信技術和微電子技術正迅速發展，并己深入各個領域，為進一步了解綜合自動化發展方向與對策，深入掌握傳統監控系統存在的弊端與缺陷，對現行傳統監控系統進行技術改造和分析是非常必要的。
（1）變電站信息與傳統監控系統工作模式
常規的、沒有計算機參與的監控系統習慣上稱為傳統監控系統。變電站的二次設備，由監控系統、繼電保護和自動、遠動裝置組成，它對一次系統各種信息進行采集、處理，并執行對設備的監視、控制、保護和調節，可統稱為信息處理系統和功能實現環節，用以保證一次系統及其設備的安全、可靠運行。
圖1為變電站傳統監控系統組成環節及其設備狀態的信息流程圖。這里僅以變電站一部分主接線方案來表示一次設備與其信息處理系統之間的連接關系。一次系統及主設備的信息通過傳感器（電流互感器TV、電壓互感器TA和非電量元件等）變換后，如圖1中細線所示，一部分變換成由人的感官能接收的信息形式（如發光，音響和儀表指示）。人對信息進行分析、判斷和做出處理決定后，手動進行控制和操作，從而構成一個閉合信息系統，信息流中的信息多數是模擬量的連續電信號，值班人員必須在控制室和現場經常監視、掌握信息變化情況；另一部分信息傳至繼電保護和自動裝置，并經它們處理后，作用于對一次設備進行自動控制（如跳、合閘）或調節，構成圖1中虛線所示的另一閉合信息系統和信息流，這部分信息也必須靠值班人員管理。兩部分信息流系統及其正常工作都必須以人為核心的傳統監控系統工作模式。
圖1變電站配電裝置一、二次設備組成示意圖
如前所述，這種傳統的監控系統不可避免地存在以下主要問題：
（1）信息變換、檢測依靠傳統電磁測量儀表、繼電器等模擬式設備，測量誤差大、設備數量多；不能記錄事件發生的準確時間和順序：儀表、繼電器體積大、功耗大，使控制室面積增大，值班人員不易觀察、監視。
（2）依靠人的感官和判斷，對信息接收不可避免地會存在誤差，感官與大腦對信息的靈敏度、分辨能力和處理能力有一定限度。對于變化快的信息，以及短時間內處理的信息量很多、超過人的能力限度而來不及反應時，將出現丟失信息或出現差錯，都將導致錯誤判斷和處理。
（3）信息傳輸方面，投資大，由于采用強電流信號直接傳輸，雖然抗干擾性能好，但是通道中功耗大，導致誤差增大，傳輸距離有限（小于1km），且用作通道的控制電纜截面大、數量多，又造成一次性投資增高。
（4）二次系統無自檢、存儲記憶和復讀功能，若元器件及儀表繼電器本身損壞，不能及時發現、診斷和報警，影響了監控的可靠性，尤其繼電保護拒動、誤動作，甚至可能釀成重大事故。
（5）監控系統水平低，二次系統中信息交換和通信能力差、信息資源無法綜合利用、不能進行直觀的畫面顯示，監控系統的整體功能不能有限的發揮。
20世紀60年代出現的晶體管型弱電化集控裝置，雖對傳統監控、保護系統的某些方面有所改進，如采用弱電流、低電壓信息流選線控制方法等，使控制室面積減小，并簡化二次回路，但未從根本上突破原來的工作模式。因此，要想根本上解決以上缺陷，最根本的方法還是采用變電站微機監控與保護，進而實現變電站綜合自動化。
2 繼電保護技術介紹
2.1 繼電保護技術的發展歷史
電力系統的飛速發展對繼電保護提出新的要求，而電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展注入了新的活力，我國繼電保護技術在40余年的時間里完成了發展的4個歷史階段。
建國后，我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業和繼電保護技術隊伍從無到有，在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。20世紀50年代，我國的阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術，建立了自己的繼電器制造業。在60年代中期我國己建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電器繁榮的時代，為我國繼電保護技術的發展奠定了堅實基礎。
自50年代末，晶體管繼電保護技術己在開始研究。60年代中期到80年代中期是晶體管繼電保護蓬勃發展和廣泛采用的時代。
70年代中期，基于集成運算放大器的集成電路保護己開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位。這是集成電路保護時代。
從70年代末開始了計算機繼電保護的研究，高等院校和科研院所起著先導作用。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定，并在系統中獲得應用，揭開了我國繼電保護發展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。隨著微機保護裝置研究，保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。可以說從90年代開始我國的繼電保護技術己進入了微機保護時代。
2.2 繼電保護的未來發展
繼電保護技術發展趨勢是向計算機化，網絡化，智能化和保護、控制、測量與數據通信一體化發展。
3 變電站綜合自動化系統
3.1 變電站綜合自動化概念
自20世紀70年代末至80年代初，工業發達國家相繼開展了將微機監控、微機繼電保護和微機遠動功能統一進行考慮的研究，從充分發揮微機作用、提高變電站自動化水平、提高變電站自動裝置的可靠性、減少變電站二次系統連接線等方面對變電站的二次系統進行全面的研究工作。該項工作進行了約十年時間，隨著微機技術、信息傳輸技術的發展取得了重大突破，于80年代末90年代初進入了實用階段，于是出現了變電站綜合自動化，并且展現了較強的生命力。
3.2 變電站綜合自動化系統組成
變電站綜合自動化是在變電站常規二次系統的基礎上發展起來的。它是一種將變電站的二次設備（包括控制、信號、測量、保護、自動裝置、遠動裝置）利用微機技術經過功能的重新組合和優化設計，對變電站進行自動監視、測量、控制和協調的綜合性的自動化系統。它具有如下特征：功能綜合化（其綜合的程度可以因不同的技術而異）；結構微機化；操作監視屏幕化；運行管理智能化。
在微機監控系統的基礎上，介入微機保護和自動裝置（含遠動RTU），承擔整個變電站信息處理、與上層調度通信以及全部監控、中央信號和保護自動化的功能。變電站綜合自動化的基本構成可分為兩類：一是在控制室進行集中測控的集中式方案，即將所有二次設備以遙測、遙信、遙控、遙調及保護功能劃分為不同的子系統，如圖2所示；二是分層式結構，即將測控單元就地下放，安裝于一次設備旁邊或上面的分散安裝方案，以間隔為劃分，每一個間隔的測量、信號、脈沖、控制、保護綜合在一個測控單元上，對35kV及以下間隔，可直接安裝在開關柜上，高壓和主變壓器部分集中組屏于控制室內，如圖3所示。微機綜合自動化系統的主要部分是分層、分布式設置的各種微機和微處理器
圖2 變電站綜合自動化集中式結構框圖
圖3 分層分布式變電站綜合自動化系統框圖
3.3 變電站綜合自動化保護系統的功能與特點
反映數字量的微機型保護的出現，在功能上除了滿足繼電保護選擇性、快速性、可靠性、靈敏性基本要求外，還具有以下功能和特點：
（1）通信功能：通信接口是微機保護用于變電站綜合自動化的必要條件，具備有RS-232，RS-422/485等標準接口。
（2）遠方整定功能：在進行遠方整定的操作過程中，保護裝置在未收到修改確認命令前應按原定值不間斷運行，當收到確認命令號，將新定值寫入定值區后按新定值運行。在遠方整定過程中保護始終退出，因而提高了供電連續性及可靠性。
（3）保護功能的遠方投切：其功能如同常規保護所設立的連接片。這種軟件控制開關稱為軟連接片。此種軟連接片與常規連接片是串聯的。軟連接片引入微機保護之后，此時的保護程序標準化變得易于實現，程序編制應按最大考慮，對各功能模塊加設軟件連接片，用戶可根據使用環境調整軟連接片。
（4）信號與復位。
（5）自動校時功能：變電站綜合自動化主站在接到上級等時鐘信號后，對站內所有計算機進行時鐘分校時或秒校時，保證全站所有智能設備時鐘一致，最好精確到毫秒。
（6）獨立性。
（7）維護方便。
3.4 變電站綜合自動化保護系統的結構設計
微機保護與傳統繼電保護的最大區別，就在于不僅有實現繼電保護功能的硬件電路，而且還有實現保護和管理功能的軟件。
（1）數據采集系統：微機保護中的微機CPU則是處理數字信號的，即進入CPU的信號必須是數字信號。這就要求有一個將模擬信號變成數字信號的系統，這就是數據采集系統的任務。
（2）微型計算機系統：微機系統是微機保護裝置的核心。
（3）輸入輸出接口電路：是微機保護與外部設備的聯系電路，因為輸入、輸出信號多是開關量信號(即觸點的通、斷)，所以又稱為開關量輸入/輸出電路。將各種開關量(如保護裝置的連接片、屏上切換開關等)通過光電耦合電路輸入到CPU，而CPU的處理結果則通過開關量輸出電路，驅動中間繼電器完成保護的出口跳閘、信號報警。
（4）通信接口電路：每個保護裝置都帶有標準的通信接口電路，如RS-232， RS-422/485， CAN或LONWORK等現場通信網絡接口電路。
（5）人機接口電路：主要包括顯示、鍵盤、各種面板開關、打印與報警等，其主要功能用于調試、整定定值與改變，或人對裝置的干預等。
（6）供電電源：是微機保護裝置的重要組成部分，電源工作的可靠性直接影響著保護裝置的可靠性。
4 結束語
我國供配電系統計算機保護的起步較晚，但是發展很快，從1984年4月，我國第一套微機型距離保護開始投運，到現在約20年間，己經形成了一代新型的保護裝置，產生了十余個較為著名的品牌，其核心的CPU采用國際一流產品。保護裝置不僅具有高性能的硬件，而且具有高性能的軟件，在科研單位制造廠家和電力部門的共同努力下，其功能也不斷完善，除了完成常規繼電型保護裝置的所有功能之外，還具有獨特的新開發的功能，這些功能是機電型、整流型、晶體管型、集成型保護所不具備的。
如何改造傳統的供配電控制保護系統，使之成為具有微機保護功能的、網絡型的、無人值班的綜合自動化系統，并實現高可靠性的工作，如何將己投用多年的傳統供配電系統，在盡量不停電和少停電的條件下，使之升級換代，達到國內一流水平，將是老企業改造面臨嚴峻的難題。
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北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號