浅析变电站的自动化系统

0 引言

经过十多年历史的变电站自动化技术已经达到一定的水平。城市电网和农村电网建设改造项目已全面铺开，在现代电力系统的各种技术发展十分迅速的情况下，建设高度可靠、有效可控的现代化无人职守变电站已势在必行。无人职守变电站的测量、控制及电量采集均应由自动化系统来完成，应能方便地在远方完成对变电站的自动监控。变电站综合自动化系统具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。

1 变电所自动化系统的结构

在高压或超高压变电所中，将保护装置，测控装置，故障录波及其它自动装置的I/0单元割裂出来，把它作为作为智能化一次设备的一部分。反之，智能化一次设备的数字化传感器，数字化控制回路代替了；而在中低压变电所则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整的安装在开关柜上，实现了变电所机电一体化设计。从逻辑上可分为 “过程层”、“间隔层”、“所控层”三个层次。从物理上来说数字化变电所自动化系统的结构可分为智能化的一次设备和网络化的二次设备两类，其中在逻辑层的三个层次来看：

1.1 过程层：该层是一个一次设备和二次设备的结合面，换言之过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能可以分为三类：

1.1.1 电力运行的实时电气量检测 它是与传统的功能一样，主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量入有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。采集传统模拟量被直接采集了数字量所取代。这样做的优点式抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好。开关装置实现了小型化、紧凑化。

1.1.2 运行设备的状态参数在线检测与统计 变电所需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、刀闸、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性和工作状态等数据。

1.1.3 操作控制的执行与驱动 操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制。直流电源充放电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的，即按上层控制指令而动作，在执行控制命令时具有智能性，能判别命令的真伪及其合理性，还能对即将进行的动作精度进行控制，能使断路器定相合闸，选相分闸，在选定的相角下实现断路器的开合和开断，要求操作时间限制在规定的参数内。

1.2 间隔层：其主要功能是：（1）汇总本间隔过程层实时数据信息；（2）实施对一次设备保护控制功能；（3）实施操作同期及其他控制功能；（4）实施本间隔操作闭锁功能；（5）承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及所控层的网络通信功能；（6）对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制。

1.3 所控层：其主要功能是：（1）通过两级高速网络汇总全所的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；（2）具有在线可编程的全所操作闭锁控制功能；（3）具有所内当地监控，人机联系功能；（4）按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；（5）接受调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；（6）具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能；（7）具有变电所故障自动分析和操作培训功能。

2 数字化变电站自动化系统的特点

2.1 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，使之数字程控器及数字公共信号网咯取代传统的导线连接。

2.1.1 网络化的二次设备 变电站内常规的二次设备，已改变了传统二次设备的模式，为简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，降低造价等方面已改变了变电站运行的面貌。使得设备之间的连接全部采用高速的网路通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/0现场接口，通过网路真正实现数据共享，资源共享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。

2.1.2 自动化的运行管理系统 变电站运行管理自动化系统应包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即时提供故障原因，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”。

3 变电站自动化发展的新动向

变电站的自动化发展，使供电可靠性有了很大的提高，但是要进一步缩短故障停电时间，很大一部分取决于馈线自动化的发展。必须在馈电线路上装设电动开关，配置馈线终端设备FTU，对一些分支线路，还应装设故障指示器，并利用通信系统，向系统提供馈线运行数据和状态，执行系统下达的馈线开关遥控操作命令非线性负载，电动机直接起动，不平衡负载，焊接设备以及家用电器设备增多，降低了电压质量。电压质量对现代电子设备及计算机系统影响极大。为此，提出系统应对电压进行连续测量和质量分析，噪声越限告警，同时要根据实际需要选择不同的无功补偿方式。集成化、智能化和综合化是一发展趋势。另外，变电站自动化系统作为一个庞大、复杂的、综合性很高的系统性工程，包含众多的设备和子系统，个功能、子系统之间存在着不同程度的关联，其本身及其所用技术又处于不断发展之中，对任一家制造商而言，根本不可能包揽一切。在馈线自动化方面显着降低了建设、运行和维护的综合成本，为提高供电可靠性，创造了有力的条件。故障定位和自动恢复送电可以明显地缩短停电时间。有效的解决这一问题，必须壹数字式继电保护、馈线自动化和DMS系统为基础。对于故障定位，国外有人提出使用三种技术综合处理：故障距离计算法、线路故障指示器法以及不同线路区间故障概率统计法，这些信息结合在一起进行模糊逻辑处理。

变电站自动化系统采用全面解决方案，走系统集成之路，使得各种应用之间可共享投资和运行费用，最大限度保护用户原有的投资。