[行业技术文章]再论超高压变电站自动化系统的发展策略

      摘要:文的目的在于经由过程对超高压变电站自动化系统中集中模式、相对涣散模式、分层散布涣散模式等主要结构模式的介绍和几个典型工程的实践经验   

　　本文的目的在于经由过程对超高压变电站自动化系统中集中模式、相对涣散模式、分层散布涣散模式等主要结构模式的介绍和几个典型工程的实践经验，提出在系统集成、面向对象、尺度化、通讯通道、抗干扰等方面需要注重的问题，并总结了一种综合斟酌了靠得住性、灵活性、经济性、可维护性等身分的典型系统方案，该结构模式能够顺应今朝尽年夜大都工程的需要。同时，本文还对超高原变电站自动化系统的系统结构、总线结构、系统平安和通讯方式等相关技术成长的新动向，和成长超高压变电站自动化系统应接纳的策略进行了探讨。  

       1.概述 

　　 电力工是国平易近经济的根蒂根基和命脉，我国对电力工的成长一直很是重视。今朝,两网改造接近尾声，取得了显著的效果；已启动的为西部年夜开发和东部经济建设服务的“西电东送”，又掀起了新一轮的电力建设热潮；三峡工程建设正如火如荼；以330KV/500KV为主网架的年夜区电网已形成，全国联网的序幕已拉开，更高电压品级的输电线路正在严重地计划和前期准备。我国电力建设已进进一个全新的建设和成长阶段。 

　　在这些电力建设工程中，超高电压品级（220KV/330KV/500KV，和将泛起的750KV）变电站自动化系统据有重要的地位。有关部门对此也极为重视，门出台了超高电压品级变电站自动化系统的模式化方案并推行实施。笔者在模式化方案实施的根蒂根基上，连系实施进程中的经验体味和有关技术的新成长，经由过程对改良方案的说明，试图对超高压变电站自动化系统在以后的成长模式再作探讨。 

　　关于超高压变电站自动化包括的内容、应具有的主要功能、实施的原则等内容，笔者在《简论超高压变电站自动化系统的成长策略》[1]一文中已作过说明，在此不再赘述。 

      2.今朝超高压变电站自动化系统采用的主要模式
 
　　 超高压变电站自动化系统的结构模式从早期的以集中为主，成长到现在的以相对涣散和分层散布涣散为主，履历了一个索求、改良和完善提高的进程，在模式设计和现实的工程建设中都有运用。 

　　所谓集中模式，指的是庇护、监控、通讯等自动化功能模块均在控制室集中安插，各模块从物理上联系较弱甚至毫无联系。早期的系统，包括许多引进的产物，主要采用这类结构模式，今朝仍有为数很多的这样的系统在运行。 

　　相对涣散模式，指的是自动化系统装备按站内的电压品级或一次装备安插区域划分成几个相对自力的小区，在该小区内建设响应的装备小室，庇护、监控等装备安装于装备小室中，主站通讯控制器、直流、录波等装备仍集中安装在控制室，各小室之间和与控制室之间均经由过程工总线网络互联。这类模式从90年月后期起头获得年夜运用。 

　　分层散布涣散模式亦即全监控，指的是参照中低压变电站综合自动化的结构模式，除主变、母线和高压线路的庇护测控、中央旌旗灯号、通讯仍采用集中组屏外，出线、电容器的庇护、监控等装备完全按装备距离安装于就地的装备小室或直接安装在一次装备上，各模块之间采用尺度局域总线和通讯规约互联。固然，也可按集中组屏的方式安装这些模块。这类模式在比来有迅速成长的势头。

　　随着新技术的成长、新尺度的制定、新运用需求的提出，还会泛起与之相顺应的新的系统结构模式。 

      3.超高压变电站自动化系统建设中需注重的问题
 
　　 凭据工程实践，笔者认为在超高电压变电站自动化系统的建设中，需要对以下几个方面给予出格的注重。 

　　（1）在系统集成方面，应更强调功能集成、模块协调，实现数据、资本同享，除因靠得住性要求外，要削减一切没必要要的冗余，以提高系统的运行靠得住性和性价比。 

　　（2）对削减建设投资的斟酌，应从削减占地、削减二次毗连电缆、削减装配数目、削减每一个装配中所用元器件数目、削减人员、下降后续的维护费用等方面综合斟酌，才能周全反映出采用新型装备所取得的经济效益。  

　　（3）对于面向对象问题，需对对象有统一明确的界说。面向变电站、面向电压品级、面向装备距离、面向物理监控对象等分歧的基点，会发生分歧的设计思想，从而会引发系统结构的完全分歧。
 
　　（4）关于系统的尺度化问题，不仅通讯接口硬件、通讯规约要尺度化，而且模块的物理结构尺寸、接线端子也要尽尺度化，以利于系统未来的扩容升级改造。 

　　（5）对于系统的诊断，需要诊断软件能够迅速定位和隔离故障，并增加设置用“黑盒子”，避免再泛起类似二滩电厂那样的年夜事故却没法追踪的为难局面。 

　　（6）直接采用数字载波、数字微波、光纤等高速数据通讯通道，完全避免数字通道模拟使用、高速通道低速使用的弊端。光纤通道由于具有：靠得住性高、抗干扰能力强、传输频带宽、通讯容年夜、传输衰耗小、通讯距离远、传输速度快、体积小、重轻、敷设利便等点应先斟酌采用。 

　　（7）关于变电站自动化系统中庇护压板的设置问题，应斟酌尽削减硬压板而采用软压板，庇护投退可全数采用软压板。固然，庇护出口回路仍必需采用硬压板。 

　　（8）低周减载功能应智能化，连系时间定值、负荷性、负荷容等从系统级综合斟酌。  

　　（9）对小电流接地选线功能，若完全涣散完成则下降了选线的准确性，传统的完全集中又过地占用了硬件资本，所以应采用数据同享法来保证准确性和低造价。 

　　（10）电压无功综合控制功能，应由系统完成，而不斟酌另设置装备摆设门的功能单元。 

　　（11）系统装备的维护问题，应提倡现场模块级维护，对故障模块进行更换，尽避免现场的元件级维护。 

　　（12）系统干扰主要有辐射干扰和传导干扰，长导线易引发传导干扰，所以要尽削减电缆长度，要合适电器装备电磁兼容性尺度国家尺度行尺度。辐射干扰对系统的影响则比力有限。 

　　（13）直流电源的设置装备摆设方式需给以充实斟酌。庇护监控就地涣散安装后，直流电源供电电缆成了主要的传导干扰源，是以其设置装备摆设方式就成了抗干扰的瓶颈。 

　　（14）SCADA实时数据、电计费数据、庇护数据、故障录波数据等尽统一规约，统一通道，统一时标。 

　　（15）事故总旌旗灯号好由庇护系统的中心经管模块统一集中发生， 

　　（16）庇护远方复回-自动化系统须斟酌远方复回功能，但运行单元可凭据当地的划定选择投进或退出和屏障。 

　　（17）主变主庇护高中低压后备庇护非电庇护从硬件上应连系成一体，由于共用一套出口回路，若是分隔设置相互之间连线太多，而且操作箱出口故障时后备也起不到后备作用。 

　　固然，在工程建设中还会泛起一些新的问题，需要进一步探讨解决。

      4.一种典型的超高压变电站自动化系统方案

　　 依照全国电力调剂“十五”计划的要求，电力自动化系统要实现主干通道光纤化、信息传输网络化、电网调剂智能化、运行指标化、经管手段现代化的方针。在此总的要求下，连系多种模式站的点，提出一种超高压变电站自动化系统的实现方案，简述以下，其结构见图一。 

                                


　　由于综合斟酌靠得住性、灵活性、经济性、可维护性等身分，超高压变电站主接线形式一般按500KV进线采用3/2接线、200KV出线采用双母线单分段带旁路接线、35KV出线采用单母线的结构。[3]本方案即是基于这类接线方式而整体斟酌的，固然也能顺应其各类变形。系统结构框图如图一所示。

　　整个系统的设计思想是散布涣散或相对涣散，即220KV/35KV的测控庇护可按装备距离或电压品级涣散安装，固然也能够集中安插。系统的设计方针是年夜限度地提高抗干扰能力，尤其是避免由传扶引起的干扰。

　　整个系统采用三级总线结构。站级总线采用尺度高速以太网络，10MB/100MB/1GB自顺应，并兼容行将推出的10GB以太网总线结构，提供了高速确当地人机交互手段和完善的SCADA功能；装备级采用尺度10MB以太网，比传统的现场总线从传输速度上提高了几个数目级，为模块间提供了畅达的数据高速公路，为多个上级调剂中心提供了丰裕的数据通道，且为直接接进广域网提供了便当手段；距离级采用已界验证过的QSPAN总线，这是一种增强的PCI总线，既知足靠得住性要求，又赐顾帮衬了通用性。各级总线网络通讯协议均采用TCP/IP。

　　系统的通讯经管模块DEP-MTU采用主备结构，CPU为MOTOROLA的68360，另设置装备摆设年夜容的ROM/RAM，多可设置装备摆设32个RS-232/422/485串口，能够同时处置数十种分歧类型的通讯规约。
 
　　系统的测控模块DEP-GTU直接经由过程单/双以太网通讯，2个以太网接口，2个RS-232接口，1个RS-485接口，CPU采用摩托罗拉公司的高性能32位68360，并设置装备摆设2MB Flash EPROM和8MB DRAM，交流采样采用TI公司的DSP芯片，模块除具有丈、旌旗灯号、控制、调理、脉冲累加、网络通讯、串口通讯等常规功能外，还门斟酌了处置和电流的功能，完全顺应3/2接线的要求，无须再作其它特殊斟酌。仅修改设置参数，就可设置装备摆设成同期单元，无需另配门模块。

　　系统“黑盒子”采用门设计的模块，CPU采用摩托罗拉公司的高性能32位68360，并设置装备摆设16MB EPROM、32MB DRAM存贮器，能够保留比来的30000条完整的系统会见记实。同时，它还具有极强的物理特征，防火、防水、防震、防尘、抗砸、抗压、抗10000伏高电压长时间冲击。

      5.超高压变电站自动化系统成长的新动向

　　 随着微电子技术、计较机软硬件技术的成长，近年来超高压变电站自动化系统在以下几个方面都有分歧水平的进展。 

      5.1系统系统结构:

　 由传统的单一的集中模式向与相对涣散式、分层散布涣散式多种系统结构模式转变，由传统的面向单个丈、控制对象向面向电网元件（如进线、出线、变压器、母线、电容器等）转变，由各功能零丁斟酌向系统功能综合斟酌转变，由一味强调功能周全向更强调功能实用和高靠得住性转变。

      5.2总线结构：

　　 不管是模块级、距离级仍是站级，均由用、低速向通用、尺度化、高速转变，原来采用的位总线、LonWorks、CAN、FF等现场总线统一向以太网转变，这从电工委员会（IEC）行将推出的IEC 61850系列正式尺度中也可看到这个趋向。

　　传统的PLC技术不能知足日益增加的对散布式实时控制性能的要求，传统现场总线技术也是如斯。经持久实践证实，在所有的网络技术中，以太网技术是至今理想的选择，主要缘由是：

　　（1）它充实斟酌了从此的成长需要，具有高传输速度和自顺应，今朝能到达10MB/100MB/1GB的速度，10GB以太网也行将面世；

　　（2）高传输平安性和靠得住性和集线器技术的完善和肯定性；
　　（3）几近不需斟酌网络的拓扑结构，很是灵活；
　　（4）传输物理介多样，:双绞线、光纤、同轴电缆甚至无线通道都可容纳；
　　（5）集线器的运用可不需斟酌网络的扩大；
　　（6）以太网的运用已建立起一种界的尺度，亦即一个新的工控总线尺度；
　　（7）周全与前沿的IT技术接轨，泛起了被称之为“尺度”的TCP/IP技术的运用；
　　（8）能知足低成本高性能面向未来的开发的需要。 

       5.3信息同享度:

      庇护监控功能和数据同享从逻辑上的连系越来越慎密，物理上的连系也将随着光电传感技术的不竭成长和完善而加倍慎密。  

      5.4防误功能:

　 慢慢走向不再配备门的“五防”闭锁硬件系统，而是把范围更广的综合防误操作功能连系在系统中，哄骗监控装备的智能逻辑来灵活实现网络级的防误操作。

      5.5平安性：

　　 随着技术开放度的提高、网络功能的渗透、和国内外形势的复杂化，系统的平安性更显得出格重要。是以，除增强传统的平安机制外，还应门设置装备摆设变电站自动化系统“黑盒子”来记实自动化系统中的所有操作与通讯的状态，该模块与飞机上的黑盒子类似，具有极年夜的存贮容和极强的物理性能，能忠实地记实下一按时间的所有内外部操作记实。为避免黑客进犯和工钱的破坏，必需与其它网络从物理上隔离，数据单向传输。若是采用网络数据传输，还须斟酌适当的防火墙、物理隔离、数据加密、数据备份、数字认证、多级网管等网络平安措施。  

      5.6新型就地数字化互感器：

      IEC新尺度草案推荐使用，这使得部门装备级与距离级的分界发生了变化。

       5.7通讯方式：

　　 不论是站内模块与装备间的互联仍是与主站系统之间的通讯，均采用新的通讯技术，如无线、宽带、高速通道，完全避免数字通道模拟使用、高速通道低速使用的弊端。出格值得一提的是与主站系统通讯采用基于TCP/IP协议的广域网/INTERNET技术，站内各功能单元之间则采用“蓝牙技术”，避免复杂的接线和通讯协议，削减了屏上接线端子，从而可以使装备更灵活地安插和具有更年夜的输进输出容。

　　所谓蓝牙（Bluetooth）技术，现实上是一种短距离无线电技术，哄骗“蓝牙”技术，能够有用地简化智能通讯终端装备之间的通讯，也能够成功地简化这些装备与因特网之间的通讯，从而使这些装备与因特网之间的数据传输变得加倍迅速高效，为无线通讯拓宽道路。蓝牙技术使得现代一些便携的移动通讯装备、电脑装备等没必要借助电缆就能实现无线网络毗连，其现实运用范围还可以拓展到各类丈装备计装备庇护装备监控装备维护装备接口装备，组成一个庞大的无线通讯网络“蓝牙”技术属于一种短距离、低成本的无线毗连技术，是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案，是以，今朝无线通讯的“蓝牙”已引发了界的紧密亲密关注。蓝牙技术产物采用低能耗无线电通讯技术来实现语音、数据和视频的传输，其传输速度高为每秒1Mb/s，以时分方式进行全双工通讯，通讯距离为10米左右，设置装备摆设功率放年夜器可以使通讯距离进一步增加。蓝牙产物采用的是跳频技术，能够抗旌旗灯号衰落；采用快跳频和短分组技术，能够有用地削减同频干扰，提高通讯的平安性；采用前向纠错编码技术，以便在远距离通讯时削减随机噪声的干扰；采用2.4GHz的ISM（即工、科学、医学）频段，省往了申请用许可证的麻烦；采用FM调制方式，使装备变得更为简单靠得住；“蓝牙”技术产物一个跳频频率发送一个同步分组，每组一个分组占用一个时隙，也能够增至5个时隙；“蓝牙”技术支持一个异步数据通道，或3个并发的同步语音通道，或一个同时传送异步数据和同步语音的通道。“蓝牙”的每个话音通道支持64kb/s的同步话音，异步通道支持的年夜速度为721kb/s、反向应对速度为57.6kb/s的非对称毗连，或432.6kb/s的对称毗连。在电力自动化系统中有广漠的运用前景。 

       6.我国成长超高电压品级变电站自动化系统应接纳的策略

　　 为了使我国电力自动化系统的成长与同步，应时刻跟踪新的技术成长动向和运用情况，迅速周全同等采用相关的尺度，相机出台响应的指导性和规范性文件，有针对性地解决在现实工作中遇到的问题。同时，也要哄骗进进WTO的良机，吸收采用进步前辈技术功效，借鉴国内外成功的经验，设计开发出性能越、运行靠得住、价格合理的完全具有自立常识产权的超高电压品级变电站自动化系统。实现这个方针，已具有了需要的条件和根蒂根基，有关部门应给予需要的重视和响应的支持。

       7.竣事语

　　 我国的变电站自动化已走过了一个漫长而曲折的进程，今朝慢慢趋向成熟和理性，这为超高压变电站自动化系统的成长缔造了的良机。周全采用技术进步前辈、运行靠得住、结构合理、性能价格比高的自动化系统，势必为我国的电网运行带来可观的经济效益和社会效益。

　　变电站自动化系统正在向着随着功能结构的尺度化和开放度的提高，系统平安问题变得很是突出，必需给予足够的重视。本典型方案中的“黑盒子”即为系统提供了一种跟踪手段。此外，通讯协议的通用化尺度化、通讯通道的数字化高速化、通讯结构的网络化、装备抗干扰能力的提高等方面也取得了较着的进展。

　　时代在前进，技术在成长。若何采用进步前辈技术、设计开发出具有自立产权的实用靠得住的超高压变电站自动化系统，需要内助员支出庞大的精神。相信随着电力建设的迅速成长，超高压变电站自动化系统也会随之迈上一个新的台阶。

      参考资料

      1.刘清瑞，简论超高压变电站自动化系统的成长策略，电网技术，1999年第2期，77-80页
LIU Qingrui, Preliminary Discussion on the Development Strategy of Automation System for Super High Voltage Substation, Power System Technology, Vol. 23 No. 2 Feb. 1998, 77-80
       2.宋继成， 220－500KV变电所二次接线设计，北京：中国电力出书社，1996年
SONG Jicheng, Secondary Wiring Design for 220-500KV Substations, Beijing: China Electric Power Press, 1996
       3.四川省电力工局、四川省电力教育协会编，500KV变电所，北京：中国电力出书社，2000年9月
Sichuan Electric Power Administration & Sichuan Electric Power Education Association, 500KV Substations, Beijing: China Electric Power Press, 2000