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變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備(包括繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等)的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過(guò)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備問(wèn)相互交換信．息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運(yùn)行監(jiān)視和控制任務(wù)。各級(jí)調(diào)度中心要求更多的信息，以便及時(shí)掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況，提高變電站的可控性，進(jìn)而要求更多地采用遠(yuǎn)方集中控制、操作、反事故措施等，即采用無(wú)人值班的管理模式，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少人為誤操作的可能，提高運(yùn)行的可靠性。變電站綜合自動(dòng)化是提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。

變電站自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定的水平，在我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，更新改造后的變電站，其運(yùn)行方式是越來(lái)越依賴于自動(dòng)化裝置的實(shí)用性、成熟性。 在變電站綜合自動(dòng)化數(shù)字化的領(lǐng)域中，隨著智能開(kāi)關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運(yùn)行在線狀態(tài)的檢測(cè)、變電站運(yùn)行操作仿真技術(shù)的日趨成熟、 計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，特別是機(jī)電一體化設(shè)備的普及，都將極大地提高變電站建設(shè)的現(xiàn)代化水平。

 傳統(tǒng)電站向自動(dòng)化數(shù)字化的發(fā)展問(wèn)題

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站主要設(shè)備和輸配送電線路的全程自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)以及調(diào)度通信，達(dá)到提高變電站安全可靠的穩(wěn)定運(yùn)行水平， 降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)新技術(shù)。 由于對(duì)一、二次設(shè)備信息進(jìn)行綜合利用，自動(dòng)化數(shù)字化系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)變電站的二次系統(tǒng)。 傳統(tǒng)的變電站是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的管理運(yùn)行模式，有著共同值得注意的問(wèn)題。

有關(guān)事故信號(hào)的問(wèn)題

常規(guī)控制方式的變電站， 運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，變電站將產(chǎn)生事故報(bào)警音響，并經(jīng)過(guò)運(yùn)行設(shè)備向調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)出事故報(bào)警信號(hào)，從而啟動(dòng)事故相應(yīng)的處理軟件(推出事故畫面，起動(dòng)報(bào)警音響)。 由此可見(jiàn)變電站事故信號(hào)是一個(gè)非常重要的信號(hào)，是中斷其它工作狀態(tài)轉(zhuǎn)化事故處理的主要標(biāo)志性信號(hào)。

 GPS 對(duì)時(shí)的問(wèn)題

隨著變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)水平的提高，電力系統(tǒng)統(tǒng)一時(shí)鐘的要求也是愈加迫切。 有了統(tǒng)一的時(shí)鐘，既可實(shí)現(xiàn)整個(gè)綜合自動(dòng)化數(shù)字化變電站各系統(tǒng)在 GPS時(shí)間基準(zhǔn)下的正常運(yùn)行、 監(jiān)控和事故后的故障分析，也可以通過(guò)各開(kāi)關(guān)動(dòng)作的先后順序來(lái)分析判斷事故的原因及發(fā)生過(guò)程。 統(tǒng)一時(shí)鐘是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證措施。

監(jiān)控程序、穩(wěn)定可靠運(yùn)行的問(wèn)題

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)安全運(yùn)行是靠對(duì)著顯示器進(jìn)行變電站的全方位監(jiān)視和操作的。 所以做到監(jiān)視系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定、無(wú)故障運(yùn)行，對(duì)提高變電站的管理水平也是件舉足輕重的話題。

綜上所述， 采集變電站設(shè)備本身的監(jiān)視信息，各斷路器、變壓器、避雷器等的絕緣和工作狀態(tài);采集繼電保護(hù)和事故錄波器等裝置完成的各種故障前后的瞬態(tài)電氣量和狀態(tài)量的記錄數(shù)據(jù)，讓變電站綜合自動(dòng)化數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。

(1)隨時(shí)在線監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行自檢，自診斷設(shè)備本身的異常運(yùn)行。 發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備異常變化或裝置內(nèi)部異常時(shí)，立即自動(dòng)報(bào)警并閉鎖相應(yīng)的出口，以防止事故擴(kuò)大。

(2)出現(xiàn)故障時(shí)快速采樣，判斷決策，迅速隔離和消除事故，將故障限制在最小范圍。

(3)完成變電站運(yùn)行參數(shù)。 在線計(jì)算、存儲(chǔ)統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表和上傳。 保證自動(dòng)和遙控調(diào)整電能質(zhì)量。

變電站綜合自動(dòng)化、數(shù)字化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)

 集中式結(jié)構(gòu)

集中式的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按信息類型劃分功能。 采用這類結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)其功能模塊與硬件無(wú)關(guān)，各功能模塊的連接通過(guò)模塊化軟件實(shí)現(xiàn)，信息是集中采集、處理和運(yùn)算的。 受計(jì)算機(jī)硬件水平的限制，該結(jié)構(gòu)在早期自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用較多，圖 1 是一種較典型的集中式結(jié)構(gòu)[1]。 此類結(jié)構(gòu)對(duì)監(jiān)控主機(jī)的性能要求較高，且系統(tǒng)處理能力有限，開(kāi)發(fā)手段少，系統(tǒng)在開(kāi)放性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性等方面較差，抗干擾能力不強(qiáng)。

分布式結(jié)構(gòu)

分布式結(jié)構(gòu)則按功能設(shè)計(jì)，如按保護(hù)和監(jiān)控等功能劃分單元，分布實(shí)施。 其結(jié)構(gòu)采用主從 CPU 協(xié)同工作方式， 各功能模塊如智能電子設(shè)備 (IntelligentElectronic Device，IED) 之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 分布式結(jié)構(gòu)有助于系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，可靠性好，局部故障不影響系統(tǒng)其它模塊正常運(yùn)行。 安裝方式有集中組屏和分層組屏兩種方式，較適合于中低壓變電站。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

 分散(層)分布式結(jié)構(gòu)

分散(層)分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計(jì)。 所謂面向?qū)ο螅褪敲嫦螂姎庖淮位芈吩O(shè)備或電氣間隔設(shè)備，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元(I/O 單元)和保護(hù)單元就地分散安裝在開(kāi)關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，相互間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)相連，與監(jiān)控主機(jī)通信。 目前，此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在自動(dòng)化系統(tǒng)中較為流行， 主要原因是：

(1)現(xiàn)在的 IED 設(shè)備大多是按面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的，如專門的線路保護(hù)單元、主變保護(hù)單元、小電流接地選線單元等， 雖然有將所有保護(hù)功能綜合為一體的趨勢(shì)，但具體在保護(hù)安裝接線中仍是面向?qū)ο蟮?(2)利用了現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，省去了大量二次接線，控制設(shè)備之間僅通過(guò)雙絞線或光纖連接，設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)備布置整齊，調(diào)整擴(kuò)建也很簡(jiǎn)單，成本低，運(yùn)行維護(hù)方便;(3)系統(tǒng)裝置及網(wǎng)絡(luò)魯棒性強(qiáng)，不依賴于通信網(wǎng)和主機(jī)，主機(jī)或 1 臺(tái) IED 設(shè)備損壞并不影響其它設(shè)備的正常工作，運(yùn)行可靠性有保證。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是功能分散， 管理集中。 分散(層)分布有兩層含義：其一，對(duì)于中低壓電壓等級(jí)，無(wú)論是 I/O 單元還是保護(hù)單元皆可安裝在相應(yīng)間隔的開(kāi)關(guān)盤柜上， 形成地理上的分散分布; 其二， 對(duì)于110kV 及以上的電壓等級(jí)，即使無(wú)法把間隔單元裝在相應(yīng)的開(kāi)關(guān)柜上，也應(yīng)集中組屏，在屏柜上明確區(qū)分相應(yīng)間隔對(duì)應(yīng)的單元，在物理結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立，以方便各間隔單元相應(yīng)的操作和維護(hù)。

上述三類變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的共同缺點(diǎn)是：由于電力通信規(guī)約的不兼容，不同接口需要進(jìn)行通信規(guī)約轉(zhuǎn)換，因而在通用性、開(kāi)放性等方面的性能較弱，使用場(chǎng)合受到較大限制。

 綜合自動(dòng)化數(shù)字化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)選型

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是綜合自動(dòng)化數(shù)字化系統(tǒng)的命脈，它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中單套保護(hù)裝置的信息采集與保護(hù)算法的運(yùn)行一般是同一個(gè) CPU 控制下進(jìn)行的，使得同步采樣。A/D 轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、輸出控制命令整個(gè)流程簡(jiǎn)單。 而全數(shù)字化的系統(tǒng)中，信息的采樣、保護(hù)算法與控制命令的形式是由網(wǎng)絡(luò)上多個(gè) CPU 共同完成的。 如何控制好采樣的同步和保護(hù)命令的快速輸出是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題， 其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性。關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議制定。 如果采用通常的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是不可能勝任數(shù)字化變電站的技術(shù)要求。 建議數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)全部采用 100MHz 以太網(wǎng)技術(shù)。綜合自動(dòng)化數(shù)字化變電站的投入使用，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，又減少了不少的人為誤操作的可能。 更新改造常規(guī)變電站采用自動(dòng)化技術(shù)是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)應(yīng)用的方向，但也存在一些不足，具體是：

(1)變電站綜合自動(dòng)化數(shù)字化的技術(shù)維修問(wèn)題及運(yùn)行和檢修的管理體制。

(2)抗干擾的問(wèn)題。 這是個(gè)不能小看的非常重要，然而卻常常被忽視的問(wèn)題。

(3)試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，特別是電磁干擾與兼容。

以上僅對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行模式等的膚淺認(rèn)識(shí)。 如今電力系統(tǒng)中正加速普及的配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化、數(shù)字化，變電站實(shí)施自動(dòng)化也將是發(fā)展的必然。 運(yùn)行情況表明，變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化管理可大大提高電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行水平、安全性和可靠性。