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［摘 要］介紹變電站綜合自動(dòng)化的概念和發(fā)展現(xiàn)狀，分析比較了變電站綜合自動(dòng)化的特點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化所面臨的問(wèn)題，提出相應(yīng)的措施。
［關(guān)鍵詞］變電站；綜合；自動(dòng)化；集中式；分散式；可靠性
變電站綜合自動(dòng)化是將變電站二次設(shè)備（包括測(cè)量?jī)x表、信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)裝置等）經(jīng)過(guò)功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，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)全變電站的主要設(shè)備和輸、配線(xiàn)路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以采集比較齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和邏輯判斷能力，可方便監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行和操作，具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化等特征［1］。
變電站綜合自動(dòng)化一直是我國(guó)電力行業(yè)的熱點(diǎn)之一。目前我國(guó)投入電網(wǎng)運(yùn)行的35～110 kV 變電站約20 000座（不含用戶(hù)變），220 kV變電站約1 000座，500 kV變電站約60座。而且每年變電站的數(shù)量以3%～5%的速度增長(zhǎng)，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)要求，又有不少變電站進(jìn)行技術(shù)改造，以提高自動(dòng)化水平。
1變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程
1.1傳統(tǒng)的變電站運(yùn)行方式
20世紀(jì)80年代早期，變電站的保護(hù)設(shè)備還是以晶體管、集成電路為主。變電站二次設(shè)備均按傳統(tǒng)方式布置：控制屏實(shí)現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控，保護(hù)屏實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備保護(hù)，遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。它們各司其職、互不相聯(lián)。
1.2遠(yuǎn)動(dòng)RTU方式
20世紀(jì)80年代中、后期，隨著微處理器和通信技術(shù)的發(fā)展，利用微型機(jī)構(gòu)成的遠(yuǎn)動(dòng)裝置［簡(jiǎn)稱(chēng)RTU］的功能和性能有很大提高，該方式在原常規(guī)有人值班變電站的基礎(chǔ)上在RTU中增加了遙控、遙調(diào)功能，站內(nèi)仍保留傳統(tǒng)的控制屏、指示儀表、光字牌等設(shè)備。所有信號(hào)由RTU集中采集，遙控、遙調(diào)指令通過(guò)RTU裝置硬接點(diǎn)輸出，由控制電纜引入控制回路，與數(shù)字保護(hù)不能交換信息，保護(hù)動(dòng)作信號(hào)仍需通過(guò)繼電器接點(diǎn)采集。采用這種方式使二次設(shè)備增加，二次回路更復(fù)雜，它適用于已建變電站的自動(dòng)化改造。如桂林的舊雉山變電站等。
1.3綜合自動(dòng)化方式
1.3.1集中式自動(dòng)化系統(tǒng)
20世紀(jì)90年代數(shù)字保護(hù)技術(shù)（即是微機(jī)保護(hù)）的廣泛應(yīng)用，使變電站自動(dòng)化取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。20世紀(jì)90年代初研制出的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是在變電站控制室內(nèi)設(shè)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為變電站自動(dòng)化的心臟，另設(shè)置一數(shù)據(jù)采集和控制部件用以采集數(shù)據(jù)和發(fā)出控制命令。微機(jī)保護(hù)柜除保護(hù)部件外，每個(gè)柜有一個(gè)管理單元，其串行口和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制部件相連，傳送保護(hù)裝置的各種信息和參數(shù)，整定和顯示保護(hù)定值，投/停保護(hù)裝置。此類(lèi)集中式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、造價(jià)低，尤其適合35 kV或規(guī)模較小的變電站，如柳州箭盤(pán)變電站等。
1.3.2分散式自動(dòng)化系統(tǒng)
由于集中式結(jié)構(gòu)存在軟件復(fù)雜，系統(tǒng)調(diào)試麻煩、精度低，維護(hù)工作量大，易受干擾，擴(kuò)容靈活性差等不足;隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的飛躍發(fā)展，同時(shí)結(jié)合變電站的實(shí)際情況，各類(lèi)分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)紛紛研制成功和投入運(yùn)行。分散式系統(tǒng)的特點(diǎn)是各現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出單元部件分別安裝在中低壓開(kāi)關(guān)柜或高壓一次設(shè)備附近，現(xiàn)場(chǎng)單元部件可以是保護(hù)和監(jiān)控功能的二合一裝置，用以處理各開(kāi)關(guān)單元的繼電保護(hù)和監(jiān)控功能，也可以是現(xiàn)場(chǎng)的微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控部件分別保持其獨(dú)立單元部件進(jìn)行通信聯(lián)系。通信方式大多數(shù)通過(guò)RS—422/RS—485通信接口相連。但近年來(lái)推出的分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)更多地采用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如LON WORKS和CAN等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)型網(wǎng)。至于變電站自動(dòng)化的功能，如遙測(cè)、遙信、采集及處理，遙控命令執(zhí)行和繼電保護(hù)功能等均由現(xiàn)場(chǎng)單元部件獨(dú)立完成，并將這些信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送至后臺(tái)主計(jì)算機(jī),而變電站自動(dòng)化的綜合功能均由后臺(tái)主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。分散式面向?qū)ο蟮淖冸娬揪C合自動(dòng)化系統(tǒng)由于大大縮小了主控室的面積，可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便，降低總投資，目前已成為發(fā)展趨勢(shì)［2］。
如河池市六墟變電站是1998年9月13日投運(yùn)的廣西第一座220 kV老站改建的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)站。它采用南京自動(dòng)化設(shè)備廠(chǎng)四方公司提供的美國(guó)Hath-away公司研制開(kāi)發(fā)的CSC2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),其特點(diǎn)是完全分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。變電站內(nèi)所有二次設(shè)備從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面看都是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn),所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)(lonworks)連在一起,各節(jié)點(diǎn)之間地位平等,按功能分成兩層,間隔層和變電站層。間隔層按一次設(shè)備組織,變電站層分成就地監(jiān)控主站、工程師站及遠(yuǎn)方接口站。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享,命令和數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸。六墟變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的投運(yùn)提高了運(yùn)行可靠性, 加快了事故處理的速度；使潮流走向、負(fù)荷轉(zhuǎn)移都方便、直觀(guān)；提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率及電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的程度［3］。
2實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化的基本過(guò)程
2.1數(shù)字量的輸入與輸出
在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，需采集的信息很多，但從它們的性質(zhì)來(lái)分，可分為模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量和廣義讀表數(shù)等4大類(lèi)。一般來(lái)說(shuō)，針對(duì)計(jì)算機(jī)而言，處理的都是數(shù)字量，對(duì)模擬量的處理，也是必須先轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能處理。
2．2模擬量的輸入與輸出
變電站的電流、電壓、溫度等均屬模擬量，這些模擬量都是隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量，由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別數(shù)字量。因此，模擬信號(hào)必須通過(guò)模擬量輸入通道，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)才能輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，有時(shí)還需要輸出模擬信號(hào)，通過(guò)模擬量輸出通道去驅(qū)動(dòng)模擬調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。這就涉及到模擬量輸入/輸出通道的組成、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、高集成度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、采樣方式等。
2．3交流采樣常用算法分析
微機(jī)保護(hù)和微機(jī)監(jiān)控的基本原理類(lèi)似，都是把經(jīng)過(guò)電流互感器TA和電壓互感器TV變換后的電流、電壓等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算得到所需的電流、電壓的有效值和相位以及有功功率、無(wú)功功率等量，或者算出它們的序分量，或者線(xiàn)路和元件的視在阻抗，或者某次諧波的大小和相位等。交流采樣是指直接對(duì)經(jīng)過(guò)裝置內(nèi)部小TA、小TV轉(zhuǎn)換后形成的交流電壓信號(hào)進(jìn)行采樣、保持和A/D轉(zhuǎn)換，然后在軟件中通過(guò)各種算法計(jì)算出所需要的電量。交流采樣常用算法有基于正弦函數(shù)模型、周期函數(shù)模型、隨機(jī)函數(shù)模型的算法和解微分方程算法等。面對(duì)種類(lèi)繁多的算法，具體如何選擇，不僅要考慮裝置所需要完成的具體功能，還必須考慮到裝置的硬件配置。
2.4數(shù)據(jù)通信
變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是由多臺(tái)微機(jī)組成的分級(jí)分布式控制系統(tǒng)，包括微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、電能質(zhì)量自動(dòng)控制等多個(gè)子系統(tǒng)。在各子系統(tǒng)中，往往又由多個(gè)智能模塊組成。如微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)中，有變壓器保護(hù)、電容器保護(hù)和各種線(xiàn)路保護(hù)等。因此，在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部，必須通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)部和各子系統(tǒng)之間的信息交換和實(shí)現(xiàn)信息共享，以減少變電站二次設(shè)備的重復(fù)配置和簡(jiǎn)化各子系統(tǒng)間的互連。另一方面，變電站是電力系統(tǒng)中電能傳輸、交換、分配的重要環(huán)節(jié)，它集中了變壓器、開(kāi)關(guān)、無(wú)功補(bǔ)償?shù)劝嘿F設(shè)備，所以說(shuō)對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的可行性、抗干擾性、工作靈活性和可擴(kuò)展性要求很高。因此，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信包括兩方面的內(nèi)容：一是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)或各種功能模塊間的信息交換；二是變電站與控制中心間的通信。
3提高變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性的措施
變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、自動(dòng)化水平高、縮短維修周期及可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班等優(yōu)越性，但由于它是高技術(shù)在變電站的應(yīng)用，目前不少工作在變電站第一線(xiàn)的技術(shù)人員與運(yùn)行人員，對(duì)它的技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還不了解，對(duì)其可靠性問(wèn)題還比較擔(dān)心；另一方面，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng)，但它們的工作環(huán)境是電磁干擾極其嚴(yán)重的強(qiáng)電場(chǎng)所，確實(shí)會(huì)影響到各個(gè)元器件的正常工作［1］。
3.1抑制干擾源的影響
外部干擾源是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)外部產(chǎn)生的，無(wú)法消除。但這些干擾往往是通過(guò)連接導(dǎo)線(xiàn)由端子串入自動(dòng)化系統(tǒng)的。因此，可采取屏蔽措施及減少?gòu)?qiáng)電回路的感應(yīng)耦合等方法。
3.2接地和減少共阻抗耦合
接地是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)抑制干擾的主要方法。在變電站設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，把接地和屏蔽很好地結(jié)合起來(lái)，可以解決大部分干擾問(wèn)題。行之有效的接地有一次系統(tǒng)接地、二次系統(tǒng)接地、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的工作接地等。
3.3隔離措施
采取良好的隔離和接地措施，可以減小干擾傳導(dǎo)侵入。在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中行之有效的隔離措施有模擬量的隔離、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出的隔離及其它隔離措施。
3.4濾波
濾波是抑制自動(dòng)化系統(tǒng)模擬量輸入通道傳導(dǎo)干擾的主要手段之一。模擬量輸入通道受到的干擾有差模干擾和共模干擾兩種。對(duì)于串入信號(hào)回路的差模干擾，采用濾波的方法可以有效地濾除；對(duì)于共模干擾可采用雙端對(duì)稱(chēng)輸入來(lái)抑制。
3.5計(jì)算機(jī)供電電源的抗干擾措施
大多數(shù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控機(jī)或管理機(jī)的供電電源常采用交流220 V，一般取自站用變壓器，這種情況下，電網(wǎng)的沖擊，電壓和頻率的波動(dòng)將直接影響到微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，甚至?xí)斐伤罊C(jī)。對(duì)計(jì)算機(jī)交流供電系統(tǒng)可采用隔離變壓器隔離、電源濾波器、不間斷電源UPS及氧化鋅壓敏電阻等抗干擾措施。
4結(jié)語(yǔ)
變電站綜合自動(dòng)化在一些新建變電站的運(yùn)行中表明其技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、安全可靠，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信號(hào)采集和信號(hào)處理技術(shù)及新的分析計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，尤其是一次電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、被控程度和性能的提高，變電站綜合自動(dòng)化的技術(shù)應(yīng)用將有更廣闊的發(fā)展前景。
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