电力综合自动化系统与变电站继电保护研究

六安市中医院 夏义兴

电力综合自动化系统是在应用计算机网络技术、通信技术、大数据技术的基础上产生的一种电力应用系统，可促使发电厂、变电站、输配电网、用户等有效连接成为一个整体，促使电力资源生产、运输、使用等实现全方位对接。该系统可对电力系统的整个运行过程进行集中控制，对其的主要目标是确保电力供应稳定、安全、及时、可靠，确保电力资源根据要求生产后可安全、稳定的运送到用户手中。电力综合自动化系统主要以控制部件为主，在计算机模块相互联合下，促使计算机硬件终端装置和软件控制单元进行结合，以此形成一种多功能系统，且在多功能系统不断延伸下可自我调适自动化处理程度，促使电力综合自动化系统功能更加强大。

继电保护技术是当前一种较为先进的技术，其在电力资源生产、运输、使用中较为广泛，在该技术下可确保电力稳定运行，有效避免电力系统出现大范围停电、意外故障等情况，对此在变电站建设和运行管理中应用该技术可有效保障变电站运行安全。且在智能技术、大数据技术发展下，电力技术也实现了创新发展，尤其是在变电站中各种新技术也被广泛应用，对此需要建立电力综合自动化系统以此强化继电保护功能。

1 电力综合自动化系统结构模式和主要功能

1.1 集中式变电站综合自动化结构

集中式变电站综合自动化结构。在确定计算机系统后，将其作为中心控制单元，通过增加外围接口搜集变电站内部信息和数据，以此对变电站运行数据进行集中处理，并构建单元系统，提高信息处理的效率、可靠性。但在该系统下如果某一中心控制单元发生故障则会导致信息流失，对此该结构模式只能应用于特定规模和功率下的变电站。

分布式变电站综合自动化结构。该结构是多功能计算机系统下集中处理的一种工作模式，通过移动网络将不同监控设备连接在一起，旨在提高意外事故的处理能力，并实现数据信息的共享、互建。该结构也具备开放性、兼容性特点，易于维护、延展性强，可继续进行优化改进，是当前变电站的主要运行模式主要应用于低压变电站中。

1.2 变电站综合自动化功能

变电站综合自动化系统主要负责对各运行阶段的参数信息进行采集、动态分析、问题处理等，具体包括母线电压线路电压、功率、电流等数值的获取，变电站内部电气设备的位置、运行状态信息采集、脉冲量采集，线路、母线、电容器、变压器、备用电源保护状态的采集，数据处理和记录等。对于以上参数信息主要是以变电站运行中的各种参数为主，例如变电站进线和回路的电压电流、功率因数、电量统计、负荷统计、报表制作、开关频数控制继电保护装置性能和时间、断路器跳闸次数等。对于以上信息在采集后还需及时存档，便于后期进行管理。

变电站综合自动化系统也可实现屏幕闭锁功能，当计算机在运行时出现问题后，各控制设备会出现故障，此时如启动人工跳闸控制装置，计算机屏幕会在恢复后被锁定，则需通过系统输入指令才可继续工作；人机交互功能。工作人员在系统下可通过计算机屏幕信息把握变电站的工作状态，便于第一时间通过屏幕输入指令信息，及时有效地处理各种突发事故，如设定控制闭锁、断路器开关、变压器分接位置、设备运行参数、保护装置等，并及时将变电站运行数据进行存档，便于后期进行历史数据调取。

1.3 变电站综合动化下继电保护问题

继电设备安全。当前继电保护设备主要有集中式、分散式两种安装方式，集中式是指将继电保护设备集中安装在控制室内的保护柜中进行集中控制和管理，分散式是指将继电保护设备分散安装在保护柜上，在保护柜上分散设置保护系统。分散式主要将监控系统设置在控制室，将各个保护装置和监控系统进行连接以此进行管理，集中式主要通过保护柜各保护单元将保护装置和监控系统进行连接。以上集中式和分散式各有优缺点，对此在具体设计时需科学选择，确保各方式可相互配合，共同为变电站设备安全运行创造良好的环境。

数据采集共享。考虑到继电保护设备对电力系统运行的重要性，需在设计时和安装时加强重视，一般继电保护设备系统需有独立操作的数据采集单元，避免和其他设备共用一个单元，以此降低电力系统运行故障发生率。如，在继电保护管理时，如数据采集或共享系统中的某一个设备发生故障问题，会导致整个电力系统出现问题，对此需工作人员做好日常检修、管理、维护工作，对系统设备运行状态进行控制和监控，以此保障电力系统运行安全[1]。

干扰信号对继电保护设备的干扰。低压网络和高压网络变电站技术要求不同，高压网络技术要求高并且电压系统运行环境恶劣，在各开关装置处安装低压继电保护设备时会出现干扰信号，对设备保护功能的正常发挥会产生影响。另外，在低压配电网络中，直流电压、短路电压波动大也会对继电保护设备产生负面影响，对此在设计时需要重点考虑该问题。

2 自动化综合系统下继电保护优点

变电站综合自动化系统继电保护是一种微机保护，该系统技术水平高、易于调适、可靠性强、维护方便、自动化程度高：

硬件标准化。保护控制单元机箱主要由若干个插件组成，其电路原理简单、硬件和插件可随时调换，可应用在不同的机箱中，且各个控制单元测量精度高，在系统遇到故障时只需调节保护程序就可及时修复系统[2]。

保护、信号单独出口。各个保护功能从属于独立运行的继电器，其通过继电器接点可直接输出，如保护信号输出、压板退出等，各个回路运行收故障影响小且不会影响一般运行路线，工作人员可有效对各功能进行控制，以此确保继电设备接口的兼容性。且在设计防误操作系统时，也需考虑硬件损坏导致出口输出不当的问题，可将微机防误装置和监控系统进行结合，以此降低闭锁出现的频率。也可通过多线系统设计对各个软件、硬件运行情况进行动态监测，以此避免软件出现意外情况。另外，也可对操作控制系统设置等级管理，确保该管理只有输入运行口令后才可进行控制，对此环节的等级管理主要是安全密集在发挥作用，一般工作人员只需要进入指定界面修改密码后才可恢复屏幕。

科学输入开关量电压。早期主要使用24V的电源开关量来启动微机保护功能，在此过程中会因变电站电压值增加而出现磁场信号干扰情况，常会出现各种误报情况，对此需要使用220V的电压值作为开关量，在优化接线方式的同时也可以提高预报的精准性。

事件报警。在电力系统下自动保护动作会记录下故障情况，通过系统自我诊断功能、计算机监控功能、测控保护单位等对故障模块进行在线诊断并做出报警动作，各保护单元在诊断时如果出现错误会自动闭锁，报警各层级单元也会利用通讯进行互检。事件报警具体保护开关量变位报警、事故报警、模拟量越限位报警等，当系统发出警报时，断电保护信号和自动记录断路器会根据一定的顺序进行记录、分析，具体记录内容包括事件发生的位置、时间、状态、信号、名称等。且该电力综合自动化系统也会自动存储整个事件的过程，便于工作人员在需要时查看，且各个控制中心、调度中心也可第一时间获取该信息。

实时提供数据。在电力综合自动化系统下，可根据具体的供电数据来把握电力负荷具体运行情况，且在电力资源生产的过程中可根据需要输入信号，便于及时获取信息数据。信号主要包括开关量、模拟量、脉冲量等，可直接通过滤波来分析故障状态、事件原因、参数变化情况等，以此对数据库进行补充和完善，最终及时将变电站运行状态技术传输给微机监控，以此实现实时保护目标。

实现自动化管理。在综合自动化系统下可降低工作人员的工作量，也可利用最新的变电站技术对内部管理人员进行集中培训和专业技术指导，以此确保变电站高效运行。在该系统下工作人员也可根据具体的运行情况及时对电流、温度量、功率、电压、电度量等数值进行抄表、累计、统计等，并根据具体的数值分析设备的运行安全性、合格率、负荷率、特征等。

其他优点。电力综合自动化系统变电站继电保护可通过电压无功控制模块提高功率因数，控制电压损耗，并通过铺设光纤电缆保证电能传输质量，抑制电磁干扰，以此确保供电稳定、可靠；其次，自动化系统也可对变电站内部的设备、线路、开关、闸口、软硬件等进行实时监控、测量、记录等，便于在故障时工作人员可第一时间通过屏幕显示信息获取故障发生的位置、时间、程度等，以此针对性的进行控制，最终确保供电的稳定可靠；可通过集成电路促使电力设备体积更小、功能更强、优势更加凸出，且其强大的功能也可多次进行二次设备设置，以此降低布置效率，提高设计精准度，降低投资成本。

3 变电站综合自动化系统的设计及发展趋势

设计原则：实用性。变电站综合自动化系统需根据具体供电情况进行设计，避免随意性，以此确保电力资源的有限应用，对于系统界面也需要确保操作简单、精准，便于工作人员精准把握；可靠性原则。自动化系统属于实时控制系统，其具体包括各种监控、运行、管理模块，自动化装置，通信控制平台硬件设备，还有各种操作系统、数据库、控制系统等，其主要目的是确保系统的稳定、安全运行；配置和网格结构。对于自动化系统的配置主要包括主变压器、隔离变压器、发电机等设备配置，还包括各种母线、联络线、电动机等设备的配置[3]。

总线设计：自动化系统现场总线设计。不管是在各设备进行通信时，还是系统与设备通讯时都依赖于总线，当前常见的总线主要有Modbus总线、Profibus总线、CAN总线、DNP总线几种，本文主要使用的是PROFIBUS-DP总线系统；自动化系统硬件设备设计。自动化系统功能多，例如数据备份管理、监测、继电保护等，这些功能的实现和系统的稳定运行有着直接的关系，对此在具体选择硬件设备时，需综合考虑设备的性能参数、运行状态等。如以上总线系统结构的输入和输出控制单元、综合保护控制装置、变压器继电保护装置等；自动化系统软件平台设备，自动互系统软件设计对系统运行也有着直接的应用，当前常用的软件是监控组态软件，该软件可根据具体需求自动生成需要的控制系统。

变电站在电力系统运行中发挥着重要的作用，当前电力行业、政府部门等都在变电站建设中、运行中广泛运用变电站综合自动化系统，通过预见性、可视化、多功能性、集成化等特点有效处理各种电力信息数据，并在科学技术的辅助下可对变电站运行数据进行自动搜集、存储、处理等。在该系统下也可利用自动化装置对各种设备、软件和硬件等进行整合，促使变电站向着自动化控制、运行方向发展，最终在提高数据处理效率、管理效果的基础上，降低变电站人力成本。未来变电站也可降低二次电缆使用量、降低电力能耗，且在电力自动化综合系统的应用研究中也可提高变电站设备的建设标准、运行标准，进一步推动电气工程的现代化发展。

4 结语

总之，自动化技术和智能技术已广泛应用到变电站建设中、运行中、电气工程发展中。如，变电站综合自动化系统可强化变电站保护功能，提高信息搜集效率、故障处理效率、降低成本，促使变电站运行更加安全、可靠，促使电力系统更加稳定、高效，也可实现电网调度的自动化、管理现代化，对此变电站工作人员需在电气工程和电子技术不断发展下，采用该系统替代传统的保护系统，以此实现电力系统的系统化、专业化，最终为电网稳定运行创造良好的软硬件条件。