探究電氣工程中電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與變電站繼電保護(hù)

田鑫

【摘 要】綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電站的應(yīng)用正日趨廣泛，在電力系統(tǒng)的建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，保證了發(fā)電、輸電、配電等各個(gè)環(huán)節(jié)的安全、可靠運(yùn)行?，F(xiàn)基于國(guó)內(nèi)外大量參考文獻(xiàn)，介紹了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的起步背景及發(fā)展過程，闡述了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的常見結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】智能變電站 狀態(tài)檢修 狀態(tài)監(jiān)測(cè) 二次回路 輔助檢修 繼電保護(hù)

1 前言

變電站繼電保護(hù)設(shè)備對(duì)保障電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行起著決定性作用。在智能變電站技術(shù)條件下，繼電保護(hù)設(shè)備大量采用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)，使得傳統(tǒng)的依賴人工定檢的運(yùn)維方式更加復(fù)雜和困難，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修已成為發(fā)展趨勢(shì)。借助智能設(shè)備及運(yùn)維系統(tǒng)自身的狀態(tài)采集及評(píng)估能力，為繼電保護(hù)運(yùn)維人員提供檢修決策的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)按設(shè)備運(yùn)行工況進(jìn)行檢修，能夠準(zhǔn)確定位故障，縮短停電檢修時(shí)間，提高供電可靠性。

2 變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

2.1 自動(dòng)裝置階段

這一階段研發(fā)的自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用模擬電路，采用電子管、繼電器等分立元件組成，硬件體積龐大，且無(wú)需編寫軟件，所有信息、數(shù)據(jù)的收集和判斷均由硬件電路完成，具有獨(dú)立運(yùn)行能力，智能化程度較低。但是，由于系統(tǒng)無(wú)法提供自診斷故障功能，當(dāng)分立元件出現(xiàn)故障時(shí)，常常會(huì)影響到電網(wǎng)運(yùn)行的安全，維護(hù)成本較高。

2.2 智能自動(dòng)裝置階段

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種微處理器、大規(guī)模集成電路在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。這一階段的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要特點(diǎn)是以微處理器芯片為核心，大量運(yùn)用大規(guī)模集成電路構(gòu)成外圍電路，取代了過去數(shù)量龐大的繼電器、晶體管等分立元件。智能自動(dòng)裝置仍然是各自獨(dú)立運(yùn)行，但由于采用了統(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)電平，大大減小了自動(dòng)裝置的體積，提高了自動(dòng)裝置診斷自身故障的能力，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)傳輸速度，但由于缺少相互之間的通信功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享。

2.3 變電站綜合自動(dòng)化階段

隨著電子、通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中全面推廣應(yīng)用，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。第一套變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)由測(cè)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和開關(guān)閉鎖系統(tǒng)三部分組成，并具有全分散式和局部分散式兩種結(jié)構(gòu)。隨后，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)飛速發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。

3 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型

3.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)作為前置管理計(jì)算機(jī)，并擴(kuò)展其I/O接口，在原有的繼電保護(hù)及二次接線的基礎(chǔ)上增加遠(yuǎn)程終端裝置。利用前置計(jì)算機(jī)集中對(duì)變電站的模擬量和數(shù)字量等信息進(jìn)行采集、計(jì)算和處理，處理結(jié)果經(jīng)過變送器變換后送給遠(yuǎn)程終端，完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制等功能。這類系統(tǒng)由于成本低廉，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用仍然較多，但由于前置管理計(jì)算機(jī)任務(wù)繁重，硬件接線復(fù)雜，大大降低了系統(tǒng)整體的可靠性，同時(shí)軟件復(fù)雜，增加了維護(hù)工作量。

3.2 分散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分散式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是將變電站被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)功能劃分為各功能單元，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，一般由數(shù)據(jù)采集單元、主機(jī)單元、遙控執(zhí)行單元、保護(hù)單元等組成，并通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源共享。這類系統(tǒng)由于采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)，具有實(shí)時(shí)處理并行多發(fā)事件的能力，一般應(yīng)用于中、低壓變電站，但是系統(tǒng)連接電纜仍然較復(fù)雜，盡管對(duì)各功能模塊進(jìn)行了劃分，但對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)缺乏全局上的考慮，因而系統(tǒng)可靠性較低。

3.3 分層分布式結(jié)構(gòu)

這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上將變電站的控制對(duì)象分別設(shè)置為變電站層設(shè)備和間隔層設(shè)備。間隔層設(shè)備是系統(tǒng)中具有就地處理某一項(xiàng)功能的設(shè)備，這些功能可以是保護(hù)、測(cè)量、控制、通信、錄波等，如一臺(tái)主變壓器、一條線路等都可稱為間隔層設(shè)備。變電站層設(shè)備則是分層分布式系統(tǒng)的核心，一方面為了掌握變電站整體的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，要對(duì)間隔層設(shè)備的信息進(jìn)行收集、分析和存儲(chǔ)；另一方面還要與遠(yuǎn)程調(diào)度中心通信，完成保護(hù)、監(jiān)控等綜合化功能，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享。這類系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化了設(shè)備之間的電纜連接，同時(shí)，間隔層設(shè)備既可放置在一次設(shè)備附近，也可放置在開關(guān)柜上，節(jié)約了主控室的占地面積，具有可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。目前，分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的主要方向，我國(guó)許多電氣設(shè)備知名企業(yè)也已成功研發(fā)和投運(yùn)分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

4 變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的研究工作可追溯到20世紀(jì)70年代初，由南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠和長(zhǎng)沙湘南電氣設(shè)備廠先后成功研制了我國(guó)第一套電氣集中控制裝置和保護(hù)、控制、測(cè)量和信號(hào)“四合一”集控臺(tái)；隨后，80年代中期，南京電力自動(dòng)化研究院、清華大學(xué)、華北電力學(xué)院等先后將計(jì)算機(jī)技術(shù)成功應(yīng)用于繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)、故障錄波、監(jiān)控裝置中。1993年，南京電力自動(dòng)化研究院成功研制出第一套適用于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的成套微機(jī)保護(hù)裝置，隨后，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)飛速發(fā)展，如今，在電力系統(tǒng)主干網(wǎng)、城市供電網(wǎng)、企業(yè)供電網(wǎng)和農(nóng)村供電網(wǎng)等各類型的電力網(wǎng)絡(luò)中，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)均有應(yīng)用，電壓等級(jí)范圍從0.4V至500kV，幾乎覆蓋了全部的供電網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)了我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化發(fā)展。但由于國(guó)內(nèi)應(yīng)用中的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)常采用以太網(wǎng)通訊方式，這種通訊方式盡管滿足了大多數(shù)系統(tǒng)對(duì)通信的需求，但當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)，通訊速度較緩慢。同時(shí)，國(guó)內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)還存在著設(shè)計(jì)規(guī)范不統(tǒng)一、專業(yè)管理水平較低等諸多問題。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用將更加廣泛而深入，朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒體化的方向發(fā)展。同時(shí)，也對(duì)電網(wǎng)管理方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。因此，相關(guān)管理人員一定要遵循科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髟瓌t，加強(qiáng)自身綜合素質(zhì)的提升，確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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