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1、变电站综合自动化的技术及发展摘 要介绍变电站综合自动化的概念和发展现状，分析比较了变电站综合自动化的 特点以及实现综合自动化所面临的问题，提出相应的措施。关键词变电站；综合；自动化；集中式；分散式；可靠烷变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自 动装置和运动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子 技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配线路的自动监视、 测量、自动控制和微机保护。变电站综合自动化系统可以采集比较齐全的数据和信息， 利用计算机的高速计算能力和逻辑判断能力，可方便监视和控制变电站内各种设备的运 行和操作
2、，具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征1。变电站综合自动化一直是我国电力行业的热点之一。目前我国投入电网运行的5110 kV变电站约20 000座（不含用户变），220 kV变电站约口1 000口座，500 kV变电 站约 60 座。而且每年变电站的数量以3 % 5%的速度增长，同时根据电网要求，又有 不少变电站进行技术改造，以提高自动化水旳。口1变电站综合自动化技术的发展历苗1.1 传统的变电站运行方式20世纪80年代早期，变电站的保护设备还是以晶体管、集成电路为主。变电站二次 设备均按传统方式布置：控制屏实现站内监控，保护屏实现电力设备保护，远动设备实 现实时数
3、据采集。它们各司其职、互不相联。口1.2 远动 RTU 方式 20世纪80年代中、后期，随着微处理器和通信技术的发展，利用微型机构成的远动装置简称RTU的功能和性能有很大提咼，该方式在原常规有人值班变电站的基础上 在 RTU 中增加了遥控、遥调功能，站内仍保留传统的控制屏、指示仪表、光字牌等设 备。所有信号由RTU集中采集，遥控、遥调指令通过RTU装置硬接点输出，由控制电 缆引入控制回路，与数字保护不能交换信息，保护动作信号仍需通过继电器接点采集。 采用这种方式使二次设备增加，二次回路更复杂，它适用于已建变电站的自动化改造。 如桂林的旧雉山变电站等。口1.3综合自动化方式口1.3.1集中式自动
4、化系统 20世纪90年代数字保护技术（即是微机保护）的广泛应用，使变电站自动化取得实 质性的进展。 20世纪90年代初研制出的变电站自动化系统是在变电站控制室内设置计 算机系统作为变电站自动化的心脏，另设置一数据采集和控制部件用以采集数据和发出 控制命令。微机保护柜除保护部件外，每个柜有一个管理单元，其串行口和变电站自动 化系统的数据采集和控制部件相连，传送保护装置的各种信息和参数，整定和显示保护 定值，投/停保护装置。此类集中式变电站自动化系统结构紧凑、体积小、造价低，尤 其适合35 kV或规模较小的变电站，如柳州箭盘变电站等。口1.3.2分散式自动化系统由于集中式结构存在软件复杂，系统调试
5、麻烦、精度低，维护工作量大，易受干扰， 扩容灵活性差等不足;随着计算机技术、网络技术及通信技术的飞跃发展，同时结合变 电站的实际情况，各类分散式变电站自动化系统纷纷研制成功和投入运行。分散式系统 的特点是各现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场 单元部件可以是保护和监控功能的二合一装置，用以处理各开关单元的继电保护和监控 功能，也可以是现场的微机保护和监控部件分别保持其独立单元部件进行通信联系。通 信方式大多数通过RS422/RS485通信接口相连。但近年来推出的分散式变电站自动 化系统更多地采用了网络技术，如LON WORKS和CAN等现场总线型网。至于变电站 自
6、动化的功能，如遥测、遥信、采集及处理，遥控命令执行和继电保护功能等均由现场 单元部件独立完成，并将这些信息通过网络送至后台主计算机,而变电站自动化的综合功 能均由后台主计算机系统承担。分散式面向对象的变电站综合自动化系统由于大大缩小 了主控室的面积，可靠性高，组态灵活，检修方便，降低总投资，目前已成为发展趋势 2。如河池市六墟变电站是1998年9月13日投运的广西第一座220 kV老站改建的综合 自动化系统站。它采用南京自动化设备厂四方公司提供的美国Hath-away公司研制开发 的CSC2000变电站综合自动化系统其特点是完全分层分布式系统结构。变电站内所有 二次设备从计算机网络方面看都是网
7、络的节点所有节点通过总线型网络（lonworks连在 一起,各节点之间地位平等,按功能分成两层,间隔层和变电站层。间隔层按一次设备组织, 变电站层分成就地监控主站、工程师站及远方接口站。整个网络数据共享,命令和数据通 过网络传输。六墟变电站综合自动化系统的投运提高了运行可靠性, 加快了事故处理的 速度；使潮流走向、负荷转移都方便、直观；提高了劳动生产率及电网调度自动化的程 度3。2实现变电站综合自动化的基本过程口2.1 数字量的输入与输出在变电站综合自动化系统中，需采集的信息很多，但从它们的性质来分，可分为模 拟量、开关量、脉冲量和广义读表数等4大类。一般来说，针对计算机而言，处理的都 是数字
8、量，对模拟量的处理，也是必须先转换成数字量才能处理。口22 模拟量的输入与输出变电站的电流、电压、温度等均属模拟量，这些模拟量都是随时间连续变化的物理 量，由于计算机只能识别数字量。因此，模拟信号必须通过模拟量输入通道，转换为相 应的数字信号才能输入到计算机中进行处理。另一方面，为了实现对生产过程的控制， 有时还需要输出模拟信号，通过模拟量输出通道去驱动模拟调节执行机构工作。这就涉 及到模拟量输入/输出通道的组成、数/模转换器、模/数转换器、多路转换器、采样保持 器、高集成度的数据采集系统、采样方式等。口23 交流采样常用算法分析微机保护和微机监控的基本原理类似，都是把经过电流互感器A和电压互
9、感器TV 变换后的电流、电压等模拟信号转化为数字信号，然后通过数学运算得到所需的电流、 电压的有效值和相位以及有功功率、无功功率等量，或者算出它们的序分量，或者线路 和元件的视在阻抗，或者某次谐波的大小和相位等。交流采样是指直接对经过装置内部 小TA、小TV转换后形成的交流电压信号进行采样、保持和A/D转换，然后在软件中 通过各种算法计算出所需要的电量。交流采样常用算法有基于正弦函数模型、周期函数 模型、随机函数模型的算法和解微分方程算法等。面对种类繁多的算法，具体如何选择， 不仅要考虑装置所需要完成的具体功能，还必须考虑到装置的硬件配置。口 2.4数据通信变电站综合自动化系统是由多台微机组成
10、的分级分布式控制系统，包括微机监控、 微机保护、电能质量自动控制等多个子系统。在各子系统中，往往又由多个智能模块组 成。如微机保护子系统中，有变压器保护、电容器保护和各种线路保护等。因此，在综 合自动化系统内部，必须通过内部数据通信，实现各子系统内部和各子系统之间的信息 交换和实现信息共享，以减少变电站二次设备的重复配置和简化各子系统间的互连。另 一方面，变电站是电力系统中电能传输、交换、分配的重要环节，它集中了变压器、开 关、无功补偿等昂贵设备，所以说对变电站综合自动化系统的可行性、抗干扰性、工作 灵活性和可扩展性要求很高。因此，变电站综合自动化系统的数据通信包括两方面的内 容：一是综合自动
11、化系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换；二是变电站与控 制中心间的通信。口3 提高变电站综合自动化系统可靠性的措施变电站综合自动化系统具有功能强、自动化水平高、缩短维修周期及可实现无人值 班等优越性，但由于它是高技术在变电站的应用，目前不少工作在变电站第一线的技术 人员与运行人员，对它的技术和系统结构还不了解，对其可靠性问题还比较担心；另一 方面，变电站综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，但它们的工作环 境是电磁干扰极其严重的强电场所，确实会影响到各个元器件的正常工作口。口3.1 抑制干扰源的影响外部干扰源是变电站综合自动化系统外部产生的，无法消除。但这些干扰往往是通 过连
12、接导线由端子串入自动化系统的。因此，可采取屏蔽措施及减少强电回路的感应耦 合等方法。3.2接地和减少共阻抗耦合 接地是变电站综合自动化系统抑制干扰的主要方法。在变电站设计和施工过程中，把接地和屏蔽很好地结合起来，可以解决大部分干扰问题。行之有效的接地有一次系统接地、二次系统接地、变电站综合自动化系统的工作接地等。口3.3 隔离措施 采取良好的隔离和接地措施，可以减小干扰传导侵入。在变电站综合自动化系统中行之有效的隔离措施有模拟量的隔离、开关量输入、输出的隔离及其它隔离措施。口3.4 滤波滤波是抑制自动化系统模拟量输入通道传导干扰的主要手段之一。模拟量输入通道 受到的干扰有差模干扰和共模干扰两种
13、。对于串入信号回路的差模干扰，采用滤波的方 法可以有效地滤除；对于共模干扰可采用双端对称输入来抑制。口3.5 计算机供电电源的抗干扰措施大多数综合自动化系统的监控机或管理机的供电电源常采用交流220 V,般取自站 用变压器，这种情况下，电网的冲击，电压和频率的波动将直接影响到微机系统运行的 可靠性和稳定性，甚至会造成死机。对计算机交流供电系统可采用隔离变压器隔离、电 源滤波器、不间断电源UPS及氧化锌压敏电阻等抗干扰措施。口4 结语变电站综合自动化在一些新建变电站的运行中表明其技术先进、结构简单、功能齐全、安全可靠，随着计算机技术、通信技术、信号采集和信号处理技术及新的分析计算 技术的发展，尤其是一次电气设备的结构、被控程度和性能的提高，变电站综合自动化 的技术应用将有更广阔的发展前景。口
