淺談變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

張華 鮑正迪

【摘 要】本文簡要介紹了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，對目前廣泛應(yīng)用的常規(guī)變電站和智能變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了比較，并對將來作為自動(dòng)化發(fā)展趨勢的智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、能實(shí)現(xiàn)的高級(jí)應(yīng)用功能及其優(yōu)勢和發(fā)展前景進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 智能變電站

1 引言

電網(wǎng)的二次設(shè)備如變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、繼電保護(hù)、故障錄波以及在線監(jiān)測等設(shè)備的運(yùn)行，其實(shí)質(zhì)是為一次設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行服務(wù)的，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。變電站綜合自動(dòng)化是提高變電站運(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)量電能服務(wù)的一項(xiàng)措施。隨著自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，目前綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)基本取代了傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)。同時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)和繼電保護(hù)設(shè)備的自診斷、事件記錄、運(yùn)行監(jiān)視和控制管理等功能也得到了極大的提升。隨著近幾年IEC61850通訊規(guī)約的廣泛應(yīng)用以及智能變電站建設(shè)的大規(guī)模推廣，智能變電站站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)在新一代變電站的發(fā)展趨勢以及智能電網(wǎng)的重要組成部分。

2 常規(guī)變電站綜自系統(tǒng)簡析

目前主流的常規(guī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)均采用分層分布式結(jié)構(gòu)，按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布式布置，并連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式處理以及信息共享。分層分布式結(jié)構(gòu)方便了系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不會(huì)影響到其他模塊的正常運(yùn)行。目前常用的分層分布式常規(guī)變電站綜自系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如如下圖1所示，有站控層和間隔層構(gòu)成。該型系統(tǒng)在安裝上110kV及以上電壓等級(jí)的保護(hù)控制設(shè)備主要采用集中組屏結(jié)構(gòu)，低壓保測一體化裝置則一般分散安裝在各個(gè)低壓開關(guān)柜上。在通訊方式上，目前主流系統(tǒng)均采用以太網(wǎng)通訊方式，但各廠家各自使用自己的網(wǎng)絡(luò)通訊規(guī)約，規(guī)約之間存在較大的差異，無法實(shí)現(xiàn)直接互聯(lián)互通，一般通過規(guī)約轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享。

目前還有部分尚未改造的常規(guī)變電站綜自系統(tǒng)采用的是集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或現(xiàn)場總線的通訊模式。集中式綜自系統(tǒng)一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)或RTU并擴(kuò)展其I/O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，完成微機(jī)監(jiān)控和自動(dòng)控制等功能。通常由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測控制等功能，后臺(tái)機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一旦前置機(jī)出線問題，當(dāng)?shù)刈冸娬竞瓦h(yuǎn)方調(diào)度都將完全失去監(jiān)控功能，對于變電站設(shè)備的安全穩(wěn)定是極為不利的。現(xiàn)場總線式綜自系統(tǒng)的通訊速度較快，不過在穩(wěn)定性、可靠性方面卻存在諸多問題，一旦其中一臺(tái)裝置的通訊端口出現(xiàn)問題，將影響到整條總線特別是串接在本裝置之后的所有裝置的正常通訊，導(dǎo)致部分甚至全部設(shè)備失去監(jiān)控，對于變電站設(shè)備的安全穩(wěn)定也是極為不利的。上述兩種方式的綜自系統(tǒng)目前均在逐步進(jìn)行升級(jí)改造為主流的以太網(wǎng)通訊方式的分層分布式綜自系統(tǒng)。

3 智能變電站綜自系統(tǒng)簡析

智能變電站綜自系統(tǒng)也采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由過程層、間隔層和站控層構(gòu)成，采用IEC61850通訊規(guī)約，智能變電站綜自系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如如下圖2所示。

過程層設(shè)備包含一次設(shè)備智能組件、合并單元和智能終端裝置，完成對變電站一次設(shè)備的測量、控制、保護(hù)、計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測等相關(guān)功能。智能組件是靈活配置的物理設(shè)備，可包含測量單元、控制單元、保護(hù)單元、計(jì)量單元、狀態(tài)監(jiān)測單元中的一個(gè)或幾個(gè)。

間隔層設(shè)備包含繼電保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波等二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)采集一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，間隔層設(shè)備的數(shù)據(jù)主要來源于過程層的合并單元，相關(guān)控制功能通過過程層的智能終端作用于現(xiàn)場一次設(shè)備。測控類、輔助類間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備之間通過以太網(wǎng)連接；根據(jù)國網(wǎng)相關(guān)導(dǎo)則、規(guī)范的要求，保護(hù)裝置則應(yīng)直接采樣，對于單間隔的保護(hù)應(yīng)直接跳閘，涉及多間隔的保護(hù)（母線保護(hù)）宜直接跳閘。

站控層設(shè)備包含監(jiān)控后臺(tái)、站域控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)和對時(shí)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向全站設(shè)備的測量和控制功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。智能變電站監(jiān)控后臺(tái)能實(shí)現(xiàn)智能告警、順序控制、一體化五防、一次設(shè)備狀態(tài)可視化等諸多高級(jí)應(yīng)用功能，對于提高變電站的自動(dòng)化和智能化水平起到了十分重要的作用。

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，目前已進(jìn)入全面推廣建設(shè)階段，智能變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用對于智能電網(wǎng)的建設(shè)將起到很好的基礎(chǔ)作用。

與常規(guī)變電站綜自系統(tǒng)相比，智能變電站綜自系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于：

（1）全站采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一規(guī)約，各廠家設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通和互操作，信息可以充分共享。

（2）應(yīng)用了電子式互感器、合并單元智能終端等新裝置，廣泛使用光纖代替常規(guī)電纜，設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試都變得相對簡單規(guī)范。

（3）過程層設(shè)備采用就地化布置方式，大大節(jié)省了電纜的使用，降低了工程建設(shè)成本。間隔層模擬量輸入回路和開關(guān)量輸入輸出回路全部使用通信網(wǎng)絡(luò)取代二次電纜，二次設(shè)備硬件系統(tǒng)大為簡化。

（4）智能告警、順序控制、一次設(shè)備狀態(tài)可視化等諸多高級(jí)功能得到廣泛應(yīng)用，大大提高了變電站運(yùn)行的自動(dòng)化和智能化。

4 結(jié)語

智能變電站綜自系統(tǒng)利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建成以信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化和互動(dòng)化為特征的智能化變電站，較傳統(tǒng)的常規(guī)變電站和數(shù)字化變電站更加適應(yīng)現(xiàn)代化智能電網(wǎng)建設(shè)的需求，具有巨大的優(yōu)勢與發(fā)展?jié)摿?，已成為目前智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展趨勢并得到廣泛應(yīng)用。智能變電站能大大加強(qiáng)電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。隨著一次設(shè)備和二次設(shè)備技術(shù)的日趨完善，它的優(yōu)越性必將得到進(jìn)一步體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 覃劍，智能變電站技術(shù)與實(shí)踐 中國電力出版社 2012.1

[2] 丁書文，變電站綜合自動(dòng)化現(xiàn)場技術(shù) 中國電力出版社 2008.6