变电站综合自动化系统现状及趋势分析

曹 帅

（西山煤电电力公司， 山西 太原 030053）

引言

变电站是电网系统中的关键部件之一，综合变电站自动化技术在变电站控制中有广泛应用，不仅可以有效解决传统变电站存在的问题，而且将先进的电子通讯技术、智能控制技术、信号处理等技术融合进去，实现对相关设备的合理、智能化控制，进一步提高了供电系统的可靠性[1-2]。尽管我国在变电站综合自动化系统方面取得了一定的成绩，但我们对其核心技术掌握还不够深入，且在其应用过程中经常出现选型不完善、不合理现象。因此，对变电站综合自动化系统进行深入研究与分析，以期为进一步研究变电站综合自动化技术的发展提供参考。

1 综合自动化系统发展历程

变电站综合自动化系统的发展主要经历了三个阶段，具体如下[3-6]：

1）阶段一。我国变电站综合自动化系统的研究始于1980 年，该阶段的变电站综合自动化系统是利用RTU 作为核心控制元件，并将其与主机、保护装置、调制解调器、输入装置等连接起来，实现其对各装置的合理调控，且结构框图如图1 所示。该系统利用RTU 技术实现了“四遥”功能，但系统的功能稳定性较差。

2）阶段二。该阶段，我国变电站综合自动化系统是利用集中分布式控制技术对系统的功能进一步细化，有效提高了系统的各部分性能，且其结构如图2所示。

图1 RTU 控制变电站综合自动化控制结构

图2 集中式分布式变电站综合自动化控制结构

由图2 可知，集中式分布式变电站综合自动化系统分为三阶，主要由监控单元、通信单体、数据采集单元、保护单元部分组成，其中第一阶的监控单元是利用监控主机对整个系统进行实时监控；第二阶是利用通信单元为中间媒介将上下阶串联起来，实现信息的接收与传递功能；第三阶是利用数据采集单元来完成对模拟量、开关量、脉冲量等信息的接收与传递功能，而且在信息传递过程中，需要保护单元与监控单元配合对信息进行实时监控与保护。多个单元紧密配合实现系统的集中分布式控制。虽然该系统在功能方面有所提高，但是系统比较复杂，且稳定性不好。

3）阶段三。在阶段三时期，现场总线技术与互联网技术迅速兴起并广泛应用在变电站综合自动化系统中，实现了其分层分布式控制，结构如图3所示。

图3 分层分布式变电站综合自动化控制结构

由图3 可知，分层分布式变电站综合自动化控制系统是在传统的变电站综合系统上进行改进的，分为站控层、通信层、间隔层三个级别，其中站控层是利用站级计算机来完成信息的判断与处理，是最为核心的部分；通信层主要是利用通信单元实现数据的传输；间隔层是利用多个I/O 单元与保护单元来对一次设备进行合理控制。采用分层分布式控制技术不仅简化了系统的结构，还进一步提高了系统的稳定性。

2 综合自动化系统应用功能以及通讯方式

变电站综合自动化技术是一项新兴技术，对于该技术而言应该具备站内监控功能、控制可调功能、电压无功控制功能、GPS 自动对时功能、故障录波功能、小电流接地选线功能、五防闭锁功能、继电自我保护功能、同期功能、消防和保卫等多种功能[7]。变电站综合自动化系统不仅要保证功能齐全，而且要保证系统的稳定性及性能良好。

对于变电站综合自动化系统而言，自动化检测功能实现的基础是可以实现信息数据的快速、稳定传递，而目前应用在变电站系统上的通信方式主要有工业以太网技术与蓝牙技术，具体情况如表1 所示[8-9]。

表1 变电站综合自动化系统的通信方式

3 变电站综合自动化系统存在的问题

通过查阅大量相关文献并对该系统存在的问题进行归纳总结，具体为：

1）技术标准不规范。变电器综合自动化系统是一项新型的高新技术，但由于国家并没有对该项技术制定专业的技术标准，造成了不同厂家生产的设备存在不匹配的问题，不仅会影响自动化控制系统的正常运行，而且也会造成成本的增加，为用户带来极大的不便。

2）系统内部的保护监控单元功能缺失。电气设备与机械设备之间最大的区别在于机械设备出现故障时能够给人以直观的反馈，便于维修人员及时发现问题所在。而对于电气设备来说，当其发生故障时很难找出问题所在，往往需要借助一些辅助工具才能发现问题。目前常用的变电站系统在内部保护监控单元方面缺少故障过滤功能，由于没有故障过滤装置，使得跳闸现象出现时不能及时发现造成故障的原因，也为分析故障原因带来很大的不便。

3）远动信息传输处理能力不强。变电站综合自动化系统的正常运行与信息的传递、接收与处理密切相关，而且信息传递、接收、处理的能力将直接影响系统运行的效率以及性能的稳定性。目前变电站综合自动化系统应用中常会出现系统不能上传保护定值、不能根据遥控开关的相关操作及时接收、处理信号等问题。由此表明信息传输系统在远动信息传递、接收与处理方面存在较大的弊端。

4）后台监控系统性能较差。变电站综合自动化系统运行环境相对较为恶劣，控制系统控制设备多，系统处理信息量大，因此对后台监控系统要求比较高。在工程应用过程中经常会出现后台监控电脑卡机、死机等现象，主要原因在于电脑自身性能较差，电脑与系统的匹配程度不高。因此，需要进一步提高后台监控电脑的整体性能，确保监控系统正常、稳定运行。

4 变电站综合自动化系统发展趋势

随着时代的变化，科技的不断提高，变电站自动化技术也应该跟随时代的潮流，朝着智能化、多功能化的方向发展。

1）智能化。“中国制造2025”战略的提出为各大行业的发展指明了前进的方向，使其朝着智能化的方向发展，对于变电站综合自动化系统来说同样如此。变电站自动化技术在未来势必会朝着智能化的方向发展，这样不仅会提高系统运行的效率，而且会进一步降低工程建设的成本。因此需要将现代设计理念与先进的检测、控制技术应用在变电站综合自动化系统上，加快其智能化进程。

2）规范化。对于一个行业来说有自身的行业标准，对于一项技术来说也应该有技术标准。目前国家没有在这方面制定完善的技术标准，从一定程度上阻碍了该项技术的应用。但是在未来的发展过程中，应该对该项技术制定相应的技术标准，使不同厂家生产的设备可以互相匹配，而且应尽量地使相关零件标准化，加快技术的发展与应用。

3）多功能化。变电站综合自动化系统是一项复杂的技术，涉及范围广，对变电站控制系统功能提出了更高的要求。变电站综合自动化系统功能越丰富，越有利于变电站综合自动化系统的应用与推广。因此，未来变动站综合自动化系统势必会朝着多功能化的方向发展。