电力系统自动化装置的研究

杨 恒 付东旭

（辽阳供电公司，辽宁 辽阳 111000）

变电站测控装置是电力系统中极其重要的一部分，起着承上启下的作用，既要把变电站的各种数据上传至调度中心供调度中心进行处理决策，也要把调度中心的各种信息和命令传达给变电站的各种设备。对于220kV以上高电压等级变电站来说，由于其重要性，因此其各种设备的自动化装置要求独立而互不干扰，象保护、测控、五防、消防、电能计量等都各自有自己的独立系统，各系统之间也不是完全孤立的，它们之间也有通信联系，也可以息共享，这样做的好处也是显而易见的，各系统独立运行，其中一个系统出现问题不会影响到其它的系统，既提高了可靠性，又提高了可维护性。随着计算机技术和电子信息技术的发展，其在电力建设中的应用越来越广泛和深入，尤其是现场总线、以太网等网络技术和微电子技术的发展产生了大量高集成度的各种采集芯片和新型电力一二次设备，也使电力测控装置有了一个质的飞跃。目前，变电站测控装置在这一领域的应用已走在了前沿。

1 自动化技术的现状

电力自动化技术也由模拟技术的初级阶段发展到数字技术时代，同时微处理器技术和各种新型的一二次设备的应用，使各个子系统形成管理系统成为可能。此后，每次计算机技术和通信技术以及控制技术的进步，便带动电力自动化技术的一次进步。

现在的测控装置采用分布式结构、集中/分布混合结构等结构形式，它们各具特点，不但丰富了自动化系统集成方案，同时也取得了比传统方式好的效益。分布式结构是与集中式结构相对的一种结构，其抛弃了集中式结构中所有计算和住处处理都由主机完成的模式，把系统功能分成多个部分，分散到系统中不同位置的主机进行处理，各个主机各司其职独立工作，这样就大大的提高了系统的吞吐量，同时可以用软件和硬件冗余的方法实现互为备用。提高了系统的鲁棒性，这种结构扩展起来也比较容易。集中/混合结构是结合两种模式的优点，把部分功能分散化的一种结构。人工智能技术、通讯技术、信息处理技术使得电力自动化进入到一个新的阶段。计算机技术、通信技术、功率电子技术和控制技术的日新月异标志着电力自动化度过了个新的时期，这些新技术逐渐地由理论和实验阶段进入应用领域，对电力自动化技术产生了巨大的冲击作用，一些新的观点和理论应运而生，解决了电力工业许多一直没有解决的问题。GPS相量测量装置与常规RTU相结合，使调度中心的 EMS功能从稳态向动态转变，也使电力系统的全局稳定和恢复控制成为可能。

2 电力自动化的重要性

对于220kV以上高电压等级变电站来说，由于其重要性，因此其各种设备的自动化装置要求独立而互不干扰，象保护、测控、五防、消防、电能计量等都各自有自己的独立系统，各系统之间也不是完全孤立的，它们之间也有通信联系，也可以信息共享，这样做的好处也是显而易见的，各系统独立运行，其中一个系统出现问题不会影响到其它的系统，既提高了可靠性，又提高了可维护性。

随着计算机技术和电子信息技术的发展，其在电力建设中的应用越来越广泛和深入，尤其是现场总线、以太网等网络技术和微电子技术的发展产生了大量高功能和可靠性方面的逐渐完善和提高，采用分层分布式结构，按间隔设计，扩充性好，安装比较方便，各种控制电缆直接到继电保护小室，小室内I/O单元通过现场总线连接，并与站控层通过光纤连接，抗干扰能力强，大大地减少了控制电缆的使用和敷设数量。20世纪90年代中期，随着计算机技术、网络及通信技术的飞速发展，采用按间隔为对象设计测控单元，采用分层分布式的系统结构，形成真正意义上的分层分布式自动化系统。

3 测控装置设计原则

（1）变电站测控装置作为电网调度自动化的一个子系统，应服从电网调度自动化的总体设计要求，其配置、功能包括设备的布置应满足电网安全、优质、经济运行以及信息分层传输、资源共享的原则。

（2）本着提高电网安全、经济运行水平、采用先进的计算机及网络技术，功能有机集成、相互协调、提高自动化水平、减少变电站硬件的重复设置及投资费用，满足变电站自动化及无人值守的工程需求。

（3）构造按超高压枢纽变电站(500kV～220kV)设计，同时简化的结构模式应能使用于中压变电站(含 220kV终端站和10kV～35kV站)及低压配电站(35kV、10kV站)的系统构造要求，同时兼顾考虑同保护配合。

（4）系统用分层分布式系统结构，测控装置设计体现面向对象，功能有机集成，系统各部分有机协调的思想。充分考虑工程的实用化(分散、就地安装等模式)。分散式配置宜采用能下放的功能尽量下放的原则，凡可以在间隔层就地完成的功能，无需通过网络及上位机完成。

（5）采用代表国际技术发展先进潮流的、标准而成熟的通信网络技术。对于 220kV枢纽站及 330kV、500kV超高压变电站，其网络层及站控层宜采用双重化、冗余配置，如双网络、光纤双环冗余自愈系统等手段。采用国际标准通信规约协议，充分考虑网络的开放性、可扩充性以及工程化的相关问题。同时具备双以太网和双现场总线，信息传输更流畅，组网方式更灵活。

（6）在系统设计时必须考虑同我国电力通讯网的接口问题，系统支撑软件符合ISO开放系统规定，系统的各类数据、通信规约及网络协议的定义、格式、编程、地址等与相应的电网调度自动化系统保持一致，以适应电力工业信息化的发展要求。系统能适应电力通讯网的多种通讯方式，还要考虑同电网调度自动化系统、配电自动化系统、电能计费系统等的接入问题。

（7）站控层应能实现对全站进行监视、保护、控制以及设备检测功能的综合管理。间隔层IED符合设计规范及技术指标要求，同时可以适应多种网络接口；采用测量、控制一体化设计。

（8）传统的变电站测控装置采用串形口通信方式，其通信速率和资源共享均受到限制。新系统采用总线型局域网络，其通信速率高，传输可靠。

（9）变电站内，特别是高压小间内存在强大的电磁干扰。应充分考虑电磁干扰对IED(智能电子设备)装置要求。另外在通信方式上优先采用光纤通信方式，同时鉴于光纤安装、维护复杂及费用较高，在中低压变电站可选用屏蔽电缆为通信介质。同时保证经济合理性及技术先进性。

现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，电网实时信息传送量成倍增多，对电网运行的实时性、可靠性要求也越来越高。随着集成电路和计算机技术的飞速发展，各种新型的大规模集成电路将会进一步应用在测控装置上。这些新器件的应用将使测控装置的电路板更加小型集成化，装置通信、数据存储及处理能力更强。高集成化系统的发展，无疑能降低成本，提高系统可靠性，有利于实现统一的运行管理。

4 结语

变电站自动化系统最终向数字化发展，如智能开关设备、智能电子装置(IED)等的出现，使变电站自动化技术进入了数字化阶段。智能化设备逐渐取代传统的设备，使变电站层、间隔层、过程层最终用网络联接起来，并实现统一的通信标准。总之，变电站自动化技术是伴随着现代科技技术发展，尤其是网络技术、计算机软、硬件技术及超大规模集成电路技术的发展而不断进步。IEC61850标准的实施应用，电能质量监测管理，一次设备的在线监测，网络安全技术，基于同步相量测量装置的电力系统实时动态监测，以及如何融入变电站自动化系统，都是变电站测控装置所要研究的课题。另外对以后的高电压等级变电站也有可能将保护与测控结合在一起，这也应引起我们足够的重视，及时进行技术和市场调研，为今后的产品开发做好准备。

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