变电站综合自动化技术及发展.docx

变电站综合自动化技术及发展 (锡林郭勒电业局修变工区，内蒙古 锡林浩特 026000) 摘 要：文章介绍了变电站综合自动化的概念和发展现 状 ，比 较分析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，并提出了相应的措施 。 关键词：变电站；综合；自动化；集中式；分散式； 可靠性 中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007 6921(XX)20019702 变电站综合自动化是将变电站二次设备经过功能的组 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，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。 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 35110kV 变 电站约 20 000 座， 220kV 变电站约1 000 座，500kV 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 提高自动化水平。 1 变电站综合自动化技术的发展历程 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 现实时数据采 集。它们各司其职、互不相联。 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 性能有很大提高，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。 1.3 综合自动化方式 1.3.1 集中式自动化系统。20 世纪 90 年代数字保护技 术的广泛应用，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 3 5kV 或规模较小的变电站。 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 RS- 422/RS-485 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 实现变电站综合自动化的基本过程 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 都是数字量，对 模拟量的处理，也是必须先转换成数字量 才能处理。 2.2 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。 2.3 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 TA 和电压互感器 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。 2.4 数据通信 变电站综合自动化系统是由多台微机组成的分级分布 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。 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。 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。 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、输出的隔离及其他隔离措施。 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。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。 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 220V，一般取自站用变压 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。 4 结束语 变电站综合自动化在一些新建变电站的运行