[行业技术文章]变电站自动化系统选型问题的探讨

近年来，随着“两网”改造的深进和电网运行水平的提高，年夜采用远方集中控制、操作等自动化技术的变电站投进运行，既提高了劳动生产率，又削减了工钱误操作的可能。采用变电站自动化技术是变电站计较机运用的标的目的，也是电网成长的趋向，值得年夜力推行。但工程现实傍边，部门变电站自动化系统功能不能充实阐扬出来，存在问题较多，没法正常运行。造成这类情况的一个缘由就是系统选型的问题。假设一个变电站自动化系统选择合适的话，不仅可以节省投资、勤俭材料，而且由于系统功能全、高，其靠得住性高、可信度年夜，更便于运行操作。是以，把好变电站自动化系统的选择关意义十分重年夜。基于改造经验，本文总结了变电站自动化系统应具有的结构、功能、通讯网络的选择方式，同时也分析了该产物今朝存在的问题。

　　1　变电站结构形式的选择

　　今朝运用较普遍的变电站自动化系统的结构形式主要有集中式、涣散与集中相连系和全涣散式三种类型。现将三种结构形式的特点简述以下。

　　1.1　集中式

　　集中式结构的变电站自动化系统是指采用分歧档次的计较机，扩大其外围接口电路，集中收集变电站的模拟、开关和数字等信息，集中进行计较与处置，划分完成微机控制、微机庇护和一些自动控制等功能[1]。这类系统结构紧凑，体积小，可削减占地面积，造价低，适用于对35kV或规模较小的变电站，但运行靠得住性较差，组态不灵活。

　　1.2　涣散与集中相连系

　　涣散与集中相连系的变电站自动化系统是将配电线路的庇护和测控单元涣散安装在开关柜内，而高压线路和主变压器庇护装配等采用集中组屏的系统结构。此结构形式较经常使用，它有以下特点：

　　（1）10～35kV馈线庇护采用涣散式结构，就地安装，可勤俭控制电缆，经由过程现场总线与庇护治理机交换信息。

　　（2）高压线路庇护和变压器庇护采用集中组屏结构，庇护屏安装在控制室或庇护室中，一样经由过程现场总线与庇护治理机通讯，使这些重要的庇护装配处于比力好的工作情况，对靠得住性较为有益。

　　（3）其他自动装配中，备用电源自投控制装配和电压、无功综合控制装配采用集中组屏结构，安装于控制室或庇护室中。

　　1.3　全涣散式

　　全涣散式的变电站自动化是以一次主装备如开关、变压器、母线等为安装单元，将控制、I/O、闭锁、庇护等单元涣散，就地安装在一次主装备（屏柜）上。站控单元经由过程串行口与各一次装备相连，并与治理机和远方调剂中心通讯。它有以下特点：

　　（1）简化了变电站二次部门的设置装备摆设，年夜年夜缩小了控制室的面积。

　　（2）削减了施工和装备安装工程。由于安装在开关柜的庇护和测控单元在开关柜出厂前已由厂家安装和调试终了，再加上敷设电缆的数目年夜年夜削减，是以现场施工、安装和调试的工期随之缩短。

　　（3）简化了变电站二次装备之间的互连线，节省了年夜毗连电缆。

　　（4）全涣散式结构靠得住性高，组态灵活，检修利便，且抗干扰能力强，靠得住性高。

　　上述三种变电站自动化系统的推出，虽有时间前后，但其实不存在前后替换的情况，变电站结构形式的选择应凭据各类系统特点和变电站的现实情况，予以选配。如以RTU为根蒂根基的变电站自动化系统可用于已建变电站的自动化改造，而涣散式变电站自动化系统，更适用于新建变电站。

　　2　变电站自动化系统的主要功能

　　变电站自动化系统功能很多，在选择时，除必需保证所选系统功能知足变电站的需要之外，而且要求技术有一定的进步前辈性，避免由于功能欠缺影响系统以后的平安运行或很快过时。现将变电站自动化系统所应具有的功能归纳综合以下：

　　（1）站内监控功能（SCADA功能）　此功能包括站内数据收集与处置、运行监视及报警记实、装备检测与诊断、报表编纂生成修改与打印、人机交互联系及系统维护治理、计较统计、历史数据记实、事务顺序记实（SOE）、事故追思、远方通讯等经常使用SCADA功能。

　　（2）控制和调理　经由过程键盘在屏幕所显示的画面上对各可控装备进行开/合，投/退等控制操作，对各可调装备进行升/降、定值设定等调理控制。控制开关时可以按选择一返校一执行的方式实现每次操作一个对象的控制，也能够按批次控制、顺序控制的方式一次对多个对象进行控制（不管那种控制方式，都要具有完整的控制闭锁功能）：进行调理时可以一次调理一档，也能够一次调理多档，但一样要具有完整的调理闭锁和鸿沟报警功能。

　　（3）电压无功控制　对于110kV电压品级以上变电站，要求变电站自动化系统实现散布式站内自动电压无功控制（VQC）。对于35kV变电站，站内自动电压无功控制功能不作要求，但应知足远方调整电压无功，即经由过程自动化系统可在当地监控系统或调剂端实现远方手动调整变压器分接头和投切电容器功能。

　　（4）对时系统　对时要求是变电站自动化系统的基本要求。110kV枢纽站和220kV站要求系统具有GPS对时功能，要求对变电站层装备和距离层IED装备（包括智能电度表等）均实现GPS对时。并具有时钟同步网络传输校正措施。110kV终端站、35kV变电站不要求GPS对时功能，但要求具有一定精度的站内系统对时功能，按时完成由系统主机或由调剂端发出的对站内距离层装备的对时功能。

　　（5）故障录波　故障录波的数据和波形是电网事故运行分析的重要参数。35kV变电站和一般的110kV终端站可以不要求安装故障录波，一些分析信息可从庇护装配的简短记实和SOE中提取。但110kV枢纽站要求具有故障录波功能。

　　（6）小电流接地选线　该功能要求配备三相CT或用零序CT，一般经由过程IED检出母线启齿三角电压越限，主站在收到旌旗灯号后调该母线各IED在接地瞬间记实的零序电压电流资料，汇总分析后作出判定。对于有35kV和10kV馈电线路的变电站，应装设散布的经由过程网络来实现的小电流接地选线系统。

　　（7）五防闭锁　五防闭锁功能是自动化必需斟酌的主要问题。今朝国内年夜大都变电站自动化没有实现隔脱离关的自动控制，电动隔脱离关机械转动的不成靠性是缘由。这类由于一次装备带来的不完善的自动化系统，不仅给运行维护治理带来了麻烦，而且使得自动化系统的五防闭锁必需和一些厂家的现场智能钥匙（智能锁控器）扯在一起，今朝还没有比力好的解决方案。随着一次装备的工艺提高，一些厂站电动隔脱离关使用情况基本没有问题。隔脱离关采用电动操作，自动化系统的五防闭锁方案是比力完善和靠得住的，用户可凭据自己的情况加以选择。

　　（8）继电庇护　庇护装配作为系统的有机部门要求和自动化系统连结相对自力，一般要求保证电磁兼容指标，设置用熔断器（35kV电压品级以上）电源回路，庇护CT与丈CT分隔，A/D转换14位，可远方投退压板和控制字，在线修刊定值，带简短的事故采样数据和动作记实。

　　（9）同期　由于实现电网互联是必然趋向，故负责系统联络线联络变压器的枢纽变电站仍需配待自动同期装配，使待并列的两个系统在电压、频率、相位角都能知足条件的情况下对进行并列操作，这部门功能也应纳进自动化系统。

　　（10）消防、捍卫　由于值班人员的削减和自动化系统功能的完善，消防、捍卫自动监视装备也应纳进变电站自动化系统一并斟酌，要求能实时将*雾、温度、案情等报警信息传送给值班人员或上级调剂中心。对于按无人值班设计的变电站，更应当重视这部门功能的实现。

　　3　内部局域通讯网络及传输规约的选择

　　数据通讯网是组成变电站自动化系统的要害环节，内部通讯网络及传输规约的尺度化是使变电站自动化迈向尺度化难点，很难告竣一致。

　　3.1　变电站通讯网络

　　变电站内通讯网络传输信息时间应合适尺度要求：装备层和距离层之间、距离内各个装备之间、距离层各距离单元之间为1～100ms；距离层和变电站层之间为10～1000ms；变电站层各个装备之间、变电站和控制中心之间≥1000ms[2]。RS422和RS485串口授输速度指标都是不错的，可在1000m内传输速度100kbps，短距离速度可到10Mbps；RS422串口为全双工，RS485串口为半双工，前言会见方式为主从问答式，属总线结构。这两个网络的不足在于节点数目比力少，没法实现多主冗余，有“瓶颈”问题，在35kV变电站和110kV终端变电站等小中型变电站，RS422和RS485可作为主要网络采用。

　　中型枢纽110kV站接点数一般在40个左右，多主冗余要求、节点数目增加使RS422和RS485难以胜任。现场总线网可以利便的增减节点，具有点对点、一点对多点和全网广播传送数据的功能，经常使用的有Lonworks网，CAN网。Lonworks网上的所有节点是平等的，CAN网可以利便的组成多主机构，不存在“瓶颈”问题。据近年国内数百个站的经验，CAN网和Lonworks网可作为今朝一般中型的110kV枢纽变电站自动化通讯网络采用。

　　220～500kV变电站节点数据多，站内散布成百上千个CPU，年夜数据信息流的涌动和对速度指标要求高的散布母线庇护的采用（要求速度130kB/s），Lonworks网络的实时性、带宽和时间同步指标会力有未逮。应斟酌采用Ethernet网。

　　3.2　系统传输规约的现状

　　国内变电站自动化系统的传输规约使用较为紊乱，不管是在站内分歧厂家装备之间仍是在和远方调剂的毗连中，由规约转换问题而引发的软件编程成为现实工程调试年夜的项目，必需加以统一。今朝各个地方情况纷歧，现场年夜多采用各形式CDT、SC－1801、U4f、DNP3.0等一些规约，1995年IEC为了在兼容的装备之间到达交换目的，公布了IEC60870－5－101传输规约，1997年原电力工部公布了101规约的国内版本DL/T634－1997。该规约为调剂端和站端之间的信息传输制定了尺度，建议从此变电站自动化装备的远方调剂传输协议上应采用101规约。

　　对于站内通讯规约，各生产厂家基本是各作各的，造成分歧厂家装备通讯毗连的坚苦和以后维护的隐患。IEC在1997年公布了IEC60870－5－103规约，国家经贸委在1999年公布了103规约的国内版本DL/T667－1997。103规约为继电庇护和距离层（IED）装备与变电站层装备间的数据通讯传输划定了尺度，建议从此的变电站自动化站内协议采用103规约。

　　4　装备选型中的几个问题

　　4.1　生产厂家的问题

　　今朝在变电站自动化系统选型傍边存在着如所选系统功能不够周全，产物不外关，系统性能指标达不到要求等情况。主要有以下问题：由于我国市场经济体系体例不成熟，厂家过度重视经济利益，用户过度追求技术含，不重视产物的性能，因而一批技术含虽较高，但产物其实不过关，甚至结构、靠得住性很差的所谓高技术产物仍能不竭使用。厂家只要有人买就生产，改良的积极性也就不高，甚至有些产物生产进程中缺少少的保证措施，有些外购件的生产更是缺少治理，因而致使部门投产的变电站问题百出。还有一种情况，有些厂家就某产物只组织技术鉴定，没弄产物鉴定。另外，生产厂家对变电站自动化系统的功能、作用、结构及各项技术性能指标宣传和介绍不够，致使电力企内部人员对系统熟悉不透彻，造成设计破绽较多。

　　4.2　分歧产物的接口问题

　　接口是自动化系统中很是重要而又持久以来未获得妥帖解决的问题，包括RTU与通讯控制器、庇护与通讯控制器、小电流接地装配与通讯控制器、故障录波与通讯控制器、无功装配与通讯控制器、通讯控制器与主站、通讯控制器与模拟盘等装备之间的通讯。这些分歧厂家的产物要在数据接口方面沟通，需花费软件人员很年夜精神往协调数据花式、通讯规约等问题。当分歧厂家的产物、种类很多时，问题会很严重。假设所有厂家的自动化产物的数据接口遵循统一的、开放的数据接口尺度，则上述问题可获得圆满解决，用户可以凭据各类产物的特点进行选择，以知足自身的使用要求。

　　4.3　变电站自动化系统的抗干扰问题和接纳的措施

　　关于变电站自动化系统的抗干扰问题，亦即所谓的电磁兼容问题，是一个很是重要然而却经常被轻忽的方面。传统上的变电站自动化装备出厂抗干扰实验手段相当原始，仅仅做一些开关电焊机、风扇、手提电话等定性实验，到现场后往往也只加上开合断路器的实验，一直没有一个定的指标，这是一个极年夜的隐患。变电站自动化系统的抗干扰措施是保证变电站自动化系统靠得住和稳定地运行的根蒂根基，选择时应注重，及格的变电站自动化产物，除知足一般检验项目外，主要还应经由过程凹凸温实验、耐湿热实验、雷电冲击电压实验、动模实验，而且还要重点经由过程四项电磁兼容实验，划分是：1MHz脉冲干扰实验；静电放电干扰实验；辐射电磁场干扰实验；快速瞬变干扰实验。

　　4.4　装备选型应遵循的原则

　　近些年来，变电站自动化方面的工作，既有经验也有教训。但实践证实，只要坚持依照“运行靠得住、功能实用、技术进步前辈、价格合理、维护利便、易于推行”的选型原则往实施，便会成效显著，偏离了这个原则，就收不到应有的效果。

　　运行靠得住体现在：（1）自己各模块能稳定协调地工作；（2）要害部门一定要有冗余、备份等措施，不因单个模块的故障而影响整个系统的正常运行；（3）抗干扰能力强。功能实用体现在：（1）基本功能、日常操作所需的功能必需完整、简明；（2）信息分流，哪一层需要的信息才送往哪一层。

　　技术进步前辈体现在：（1）采用当前的主流技术；（2）合适开放、散布涣散分层的尺度。一定要改变靠得住的必然在技术上落后、技术进步前辈的必然不成靠的观念。假设能够掌控好设计开发、生产制造、安装投运的各个环节，是可以做到进步前辈性与靠得住性相统一的。

　　价格合理、维护利便、推行轻易也都长短常重要的身分，与以上几个方面是相辅相成的。

　　另外，各电力公司所拥有的变电站自动化系统型号数目不宜过，各电压品级的自动化系统不宜跨越3种，否则晦气于运行人员掌控和维护。

　　5　竣事语

　　由于微处置器和通讯技术的迅猛成长，变电站自动化系统的技术水平有了很年夜的提高，结构系统不竭完善，全散布式自动化系统的泛起为变电站自动化系统的选型提供了一个更广漠的选择余地。陪伴着变电站自动化系统运用的增多，不管是新建、扩建或技改工程，变电站自动化系统的选型都应当严酷执行国电公司下发的有关选型划定，力图做到选型规范化。经选用的变电站自动化系统不仅技术进步前辈、功能齐全、性能价格比高，系统的可扩大性和适用性要好，而且要求生产厂家具有相当技术实力，有一定运行绩和完整的保证系统、完善的售后服务系统。

　　6　参考文献

　　1　黄益庄.变电站综合自动化技术.中国电力出书社

　　2　石树平等.论变电站自动化技术成长现状及要求.继电器，2000(10)

　　3　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(2)

　　4　杨泽羽.变电站自动化系统技术设计探讨.电力系统自动化，1997(9)