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1、变电站综合自动化发展变电站综合自动化发展 12131213继保 0915 陆发秀 200901020501变电站综合自动化摘要：本文就变电站综合自动化中的数字化变电站、继电保护、静止无功功率补偿装置、故障录波器、架空线路零序电流及接地距离保护等方面做了浅显的叙述。主要是通过举例和引用表明变电站综合自动化的发展方向与良好前景。正文变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化
2、系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。 功能的综合是其区别于常规变电站的最大特点,它以计算机技术为基础, 以数据通讯为手段,以信息共享为目标。综合自动化实现的两个原则：一是中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人增效的目的；二是对高压变电站（220kV 及以上）的建设和设计来说，是要求用先进的控制方式，解决各专业在技术上分散、自成系统，重复
3、投资，甚至影响运行可靠性。 我国变电站综合自动化建设的发展历程:全国第一套微机保护装置-1984 华北电力大学 全国第一套分布式综合自动化系统-1994 大庆 全国第一套就地安装保护装置-1995 CSL200A 全国第一套 220kV 综合自动化变电站-1996 珠海南屏 全国第一套全下放式 220kV 综合自动化变电站-1999 丹东全国第一套全国产 500kV 综合自动化变电站-1999 南昌 全国第一套将专家系统应用到变电站综合自动化系统中-2000国内第一家引进现场总线 LonWorks (四方公司引进,四方公司由华北电力大学教授,工程院院士杨奇逊老师创办) 随着 IEC61850
4、标准的诞生，变电站综合自动化系统又迎来了新一轮的发展机遇。1.数字化变电站数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850 通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站是应用 IEC61850 进行建模和通信的变电站，数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个站内信息的网络化，以及开关设备实现智能化。数字化变电站有如下特点：(1)智能化的一次设备一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程
5、控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。 (2)网络化的二次设备 变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的 IO 现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。(3)自动化的运行管理系统 变电站运行管理自动化系统应包
6、括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能及时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修” 。2.继电保护继电保护是指研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）使之免遭损害，所以沿称继电保护。基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源
7、，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。实现继电保护功能的设备称为继电保护装置。最早的继电保护装置是熔断器。以后出现了作用于断路器的电磁型继电保护装置、电子型静态继电器以至应用计算机的数字式继电保护。随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，人工智能技术如人工神经网络、遗传算法、进化规模、模糊逻辑等相继在继电保护领域的研究应用。继电保护装置必须具备以下 5 项基本性能：灵敏性。反映故障的能力，通常以灵敏系数表示。可靠性。在该动作时，不发生拒动作。快速性。能以最短时限将故障或异常消除。选择性。在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。安全性。继电保护装置应在不该动
8、作时可靠地不动作，即不应发生误动作现象。选择继电保护方案时，除设置需满足以上 5 项基本性能外，还应注意其经济性。即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费，还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失。随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此外，机
9、、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术。国外知名品牌有 ABB、GE、SWEL、SEL、西门子、阿海珐、施耐德等,国内知名品牌有南瑞、南自、四方、许继等。随着技术的发展，现代继电保护其装置基本上都包含着下列主要的环节：信号的采集，即测量环节；信号的分析和处理环节；判断环节；作用信号的输出环节。以上所述仅限于组成
10、电力系统的各元件（发电机、变压器、母线、输电线等）的继电保护问题，而各国电力系统的运行实践已经证明，仅仅配置电力系统各元件的继电保护装置，还远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统的全局和整体出发，研究故障元件被相应继电保护装置动作而切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复系统的正常运行。这些正是系统保护所需研究的内容。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减小到最短。 大电力系统的安全稳定运行，首先必须建立在电力系统的合理结构布局上，这是系统规划设计和运行调度工作中必须重视的问题。在
11、此基础上，系统保护的合理配置和正确整定，同时配合系统安全自动装置（如解列装置、自动减负荷、切水轮发电机组、快速压汽轮发电机出力、自动重合闸、电气制动等） ，达到电力系统安全运行的目的。鉴于机、炉、电诸部分构成电力生产中不可分割的整体，任一部分的故障均将影响电力生产的安全，特别是大机组的不断增加和系统规模的迅速扩大，使大电力系统与大机组的相互影响和协调问题成为电能安全生产的重大课题。电力系统继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉设备的承受能力，机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护装置，还应积极研究和推广故障预测技术，
12、以期实现防患于未燃，进一步提高大机组的安全可靠性。 3.静止无功功率补偿装置在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿（reactive power compensation） 。无功功率指的是交流电路中，电压 U 与电流 I 存在一相角差时,电流流过容性电抗(XC)或感性电抗(XL)时所形成的功率分量。这种功率在电网中会造成电压降落（感性电抗时）或电压升高（容性电抗时）和焦耳（电阻发热）损失，却不能做出有效的功，因而需要对无功功率进行补偿。合理配置无
13、功补偿（包括在什么地点、用多大容量和采用何种型式）是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。在运行中,合理使用无功补偿容量，控制无功功率的流动是电力系统调度的主要工作之一。无功功率的产生和影响在交流电力系统中，发电机在发有功功率的同时也发无功功率，它是主要的无功功率电源；运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率,称为线路的充电功率,它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。电能的用户（负荷）在需要有功功率 (P)的同时还需要无功功率(Q),其大小和负荷的功率因数有关；有功功率和无功功率在电力系统的输电线路和变压器中流动会产生有功功率损耗(P)和无功功率损耗(Q)
14、,也会产生电压降落(U)。 P、Q 分别为流入输电线（或变压器）的有功功率和无功功率，U是输电线（或变压器）与 P、Q 同一点测得的电压,R、X 则分别是输电线（或变压器）的电阻和电抗。 由此可见，无功功率在输电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗和无功功率损耗以及电压降落；由于变压器、高压架空线路中电抗值远远大于电阻值，所以无功功率的损耗比有功功率的损耗大，并且引起电压降落的主要因素是无功功率的流动。 一般情况下，电力系统中发电机所发的无功功率和输电线的充电功率不足以满足负荷的无功需求和系统中无功的损耗，并且为了减少有功损失和电压降落，不希望大量的无功功率在网络中流动，所以在负荷中心需要加装
15、无功功率电源，以实现无功功率的就地供应、分区平衡的原则。 无功补偿的作用无功补偿可以收到下列的效益：提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;减少电力网络的有功损耗；合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。静止无功补偿器（SVC）于 20 上世纪 70 年代兴起，现在已
16、经发展的很成熟的 FACTS 装置，其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（电压和无功补偿） ，在大功率电网中，SVC 被用于电压控制或用于获得其它效益，如提高系统的阻尼和稳定性等；这类装置的典型代表有：晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC） 。4.故障录波器故障录波器用于电力系统，可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平均有着重要作用。以下以 WLB-2000A 数字式线路故障录波器说明。WLB-2000A 数字式线路故障录波器/WLG-2000A 数字式发电机变压器组故障录波器是在充分调研国内外故障录波装置设计及运行情况，吸取微机保护和变电站自动化技术成功经验的基础上，依据DL/T553-1994 220-500kV 电力系统故障动态记录技术准则和DL/T873-2004 微机型发电机变压器组动态记录装置技术条件 ，并积极采纳故障动态记录行业新标
