变电所自动化控制系统应用与分析

王凯

摘要：变电所自动化控制系统是对变电所执行自动监视、测量、控制和协调的综合性系统。本文对变电所自动化控制中的计算机监控系统和监控保护分别进行了分析，并着重探讨了变电所自动化控制系统应用中的几个问题：通信网络和备用电源自投装置等。

关键词：监控系统;微机继电保护;通信网络

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）07-0013-01

0 引言

随着近年来国家不断地加大对基础设施的建设，电网投资与建设的规模亦不断扩大，对电网的安全、稳定、高效、智能化运行亦提出了更高的要求，尤其是随着当今世界电力电子技术地高速发展，变电所的自动化程度已愈来愈高。在此背景下，应运产生了一种自动控制及无人化运行的系统——变电站综合自动化系统。利用计算机控制技术、网络通信等技术，变电所的自动化控制系统将变电所的一次、二次设备（包括数据采集、运行控制、保护、ATS自动转换设备等）进行功能块整合、分组和优化，以实现对变电所设备进行在线实时测量、监视、控制、记录。

1 变电所监控系统的基本功能

1.1 采集与处理数据

主变运行温度、母线电压、电流、功率因数等参数采用数据采集单元进行实时数据的采集和处理。微机系统通过采集以上数据，对数据库进行更新。

1.2 控制功能

控制功能包括对变电所各电压等级断路器、消弧线圈、主变风机、控制无功补偿接触器等进行就地与远程控制。

1.3 报警事件处置

控制系统有两种报警类型，一：提示性报警，二：事故性报警。前者包括设备状态一般性异常报警、数据超限、主站、从站的某个单元、模块状态异常等，后者包括非操作引起的断路器跳闸、保护联锁开关动作等等。

1.4 时间顺序记录事件功能

计算机监控系统以ms级时间单位对断路器状态、主变参数、一、二次线路参数、保护元件的动作信号信息进行采集并记录，并能在显示器上进行显示及打印机上进行打印。

1.5 在线统计计算

根据采样的实时数据，能够计算每一时间间隔的的电压值、电流值、有功功率、无功功率、有功系数、主变温度值、开光量动作状态等，并给出以上数据的按年、月、日进行划分的分时段统计数据。比如电压、电流的最大值、最小值，功率因数的合格率等。

1.6 显示及打印画面

变电所配电系统一次接线图、直流系统图能够在显示器上显示，能够显示统计数据、某些关键数据历史变化曲线、某些报警事件，能够打印历史数据、报警记录等等。

1.7 系统的自我诊断和自我修复

监控系统能够在线实时诊断系统的硬件、软件运行情况，一旦发现异常，即能生成并发出报警信息。自我诊断的范围包括：主站、从站系统、I/O单元、模组、外设、软件故障等，非严重的提示报警，系统可以进行自我修复。

1.8 平日管理功能

平日管理功能指负责计算机监控系统的专业工程师对系统进行的日常检查、管理、维护、更新优化等工作。包括功能维护管理和数据库维护管理两方面内容。功能维护管理包括自动化控制系统的启动停止控制，对各种应用功能运行状态的监测，各种应用数据的显示图表的加载、生成和编辑。数据库维护是工程师对数据库中的应用参数进行增删和修改。

2 继电保护功能和应用

2.1 保护功能

（1）变压器一般配置差动保护和瓦斯保护两种主保护，配置零序电流保护、过流保护等后备保护。（2）110KV以下线路测控保护配置重合闸和过电流保护，110KV以上线路测控保护配置零序电流保护、综合重合闸保护等。

2.2 微机继电保护原理

（1）硬件系统：微机继电保护硬件系统是由大量的IC（集成电路）组成，通常由CPU、定时器、存储器、寄存器、A/D转换器、D/A转换器等部件组成。而依靠数据采集系统（该系统主要由采样保持电路、模数转换器（A/D转换器）等组成）来完成微机继电保护系统中的的信息获取工作。（2）软件系统：软件系统主要分为监控程序和系统程序，监控程序的作用是对包括输入、输出状态，设定、修改和显示保护装置的参数值进行监视，同时控制微机保护装置的硬件电路状态;系统程序是监控程序的运行环境系统程序。系统程序的主要功能是：1）循环自检功能，2）中断响应功能，3）事件處理功能。

3 主要问题的分析研究

3.1 通信技术

变电所自控系统常见的有如下几种通信网络技术：（1）使用传统的RS-232/485现场总线进行数据低速传输，（2）采用局部控制网络如常见的Lonworks和CAN两种通信技术实现数据的中速传输，（3）采用Ethernet实现站内设备的分布式连接。系统结构由监控主机、交换机、现场控制模块组成，监控主机通过Ethernet传输实时数据，实现人机对话，完成监控管理等功能。

3.2 ATS（备用电源自动切换装置）

为保证ATS能够正常地工作，通常需要注意以下几点：（1）ATS应能实时监测工作母线的电压状态，当工作母线故障、电源变压器故障、断路器因为某种原因跳闸时，将引起工作母线失压，这时ATS应该能够瞬间自动切换投入使用，以保证负荷的不间断供电。（2）当ATS失电时，ATS自投装置应不动作，因为如果在此状态下勉强对事故产生响应，将ATS切入网络，其不能发挥任何作用。（3）供电系统发生故障时，一定要先彻底排除系统故障，然后才可将ATS投入使用，否则很有可能将备用电源投入到故障网络中，使发生故障的网络不但不能解除故障，反而使故障程度进一步发生难以预测的恶化的后果。

4 结语

在当今世界科学技术和社会生产力迅速提高的今天，采用变电所自动化控制系统，能够极大地减少人员投入、提高工作效率，保证电力供应的高质、稳定、连续和可靠运行，同时极大地提高了整个电力系统的自动化控制水平。本文对变电所自动化控制运行系统进行了概括性地分析和研究，随着现代电力电子技术、网络通信技术、自动化控制技术、计算机技术、AI等技术的迅速发展，必将进一步地提高变电所自动化控制系统的自动化程度，其功能亦将会更加完善和强大，以不断满足社会快速进步对电力发展的需要。

参考文献

[1] 刘介才.主编.工厂供电[M].机械工业出版社，2009.

[2] 翁利民.主编.无人值班变电所的综合自动化[M].江西电力，2000.