综合自动化技术在变电站管理中的应用研究

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摘 要：在电力系统运营中变电站作为重要一环，变电站是否能够长时间持续可靠运行，将直接影响到电力系统的可靠性指标。变电站综合自动化作为新技术，文章对系统在总体设计、功能要求、系统网络结构等方面进行论述；并从变电站二次设计方面对综合自动化系统的电磁兼容性进行探讨，提出如何将系统的抗干扰性能更进一步提高。

关键词：变电站；综合自动化技术；电力系统；防雷

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）35-0021-03随着社会经济不断进步，社会各界对电力系统运营的要求日渐提高，在当前环境下，加快电网系统改革的步伐，加大电网改造的力度，成为电力系统所面临的重点工作。在电力系统建设中，充分利用现代科技，借鉴现代化的管理手段及技术方法，逐渐提高电网系统的自动化水平。

变电站在电力系统中占据重要地位，其运行情况对整个电力系统的安全性有重要影响。而变电站的二次设备，对变电站运行的健康程度意义重大。现有的变电站主要包括：常规变电站；具有一定自动化水平的变电站；全面综合自动化变电站。常规变电站中，所有二次设备均采用分立式设备，设置复杂，不易于维护。而且不具备自诊断能力，系统本身无法进行故障检测。电网在不停地建设，新建设的变电站在逐步加入到电网系统中，导致电力系统的整体规模日益膨胀，组网结构也越来越复杂化，这就要求变电站长时间无故障安全运行的可靠性非常高。

变电站综合自动化：指在电网系统中，综合利用自动化、网络通信及现代遥测遥控技术，对传统变电站二次设备的组成模式加以改造，把常规变电站的控制、测量、保护等功能整合，实现一体化的监控系统。以微机化的新型二次设备取代传统使用的分立式设备，实现变电站综合自动化，使变电站管理的自动化水平得到提高，从而提高变电站可靠性。

相对传统变电站的问题，综合自动化技术展示了良好的优越性。①具有电压、无功自动控制的功能，能够大大提高电压合格率、降低电能损耗；②变电站基本达到自动化要求的水准，通过计算机自动完成日常测量、监视、记录等工作，使电力系统的管理水平进一步提高；③综合自动化能够进行自检及互检作业，使检修时间大大缩短，具有多种实时在线功能的应用，使维护工作量得到减少。

1 变电站自动化综合设计

1.1 综合自动化的功能要求

在电力系统中，变电站的作用、地位、规模大小以及电压等级高低、设备运行状况，这几个方面的特征共同决定了变电站需要具备哪些功能。对高压以及超高压变电站自动化系统来讲，其系统功能要求包括三方面内容。①控制系统：运维监视与控制、完成对数据自动进行分析任务；②保护系统：对高压、超高压输电线路的保护、对各个级别变压器的保护、遇到情况能够自动重合闸；③运行支持系统：支持设备维修、自动故障恢复、电力系统故障恢复支持。

微机保护应具备与监控系统通信的功能，包括：接受监控查询；传送事件报告，且掉电后能够保留信息；修改时钟及对时，并能GPS外部对时。

监控系统的功能。进行电力运营现场各类数据的采集，包括采集现场所有状态量，并且从保护装置进行采集特征因素的状态量及自检信息。

事件记录及故障录波。高压变电站采用两种方式实现故障录波：①配置专用微机故障录波器；②由微机保护装置兼作记录及测距计算，再送监控系统，然后存储、打印波形。

电压无功综合控制。当给定电压曲线时，由变电站自动化系统控制，确保电压质量及优化无功补偿。

系统的自诊断检测功能。系统的各装置都具有自诊断功能，具有失电保护、自复位能力。在数据采集过程中，如果遇到错误，能够及时输出错误部分的信息内容，同时激活报警装置，并能够及时对故障单元进行闭锁。

1.2 系统网络组网布局设计

变电站自动化系统的集成分为两个级别，即间隔级以及变电站级。间隔级集成主要通过对平台的构建及集中来完成，在构建软、硬件通用平台后，将保护、控制等功能在平台上进行集成。站级集成将各个功能通过信息网络组合在一个系统中（如图1所示）。

目前，在国内外变电站综合自动化系统的结构类型中，大体上可以划分为完全集中化、集中与分散结合式及全分散式三种结构。

集中式结构的变电站自动化系统，对于规模较小的变电站较为合适。在这类结构中，把计算机的接口电路进行扩展，通过对相关数据的集中采集，并集中计算处理这些变电站数据信息，完成微机控制、保护及自动化控制功能。这种结构典型的特点是其中各功能单元相互独立、互不联系。主要缺点：多重化采集、精度误差大，难以维护，运行可靠性低。

分散与集中相结合：在这类结构中，高压线路和主变压器保护测控装置等集中组屏，而配电线路的保护装置分散安装在开关柜内。采用分散式结构对配电线路进行保护，交换信息的工作通过现场总线与保护管理机来完成。整个二次设备智能化，通过在各总控单元、间隔层中采用独立的微机系统实现，使得系统达到具备较强的自诊断能力，可维护性较高。

在全分散式综合自动化系统中，采取一次回路的方式进行设计。按照某种特性或者功能特点，把各个电力设备划分为若干组成单元，其中，将控制单元、微机保护单元、数据采集单元安装在户内开关柜内或户外高压开关附近。

2 综合自动化系统二次回路设计

2.1 防误闭锁回路的设计

一般情况下，传统电气防误通过开关与刀闸的辅助接点联锁实现，其建立在二次操作回路的基础上。需要接入大量二次电缆，接线方式较复杂，维护困难，户外电磁锁机构易损坏等问题，对于误入接地线的挂接、带电间隔等情况则没有任何办法。

采用高压开关电气元件，由主机、机械编码锁、电气编码锁等一系列电气功能元件组装成这些设备，以达到电气不被误操作的目的。具闭锁的实现是通过微机锁来达到的，微机“五防”系统通过软件规则库和现场锁具实现防误闭锁。该系统包含维护模块与模拟操作模块，其设计十分合理；从电力运维的现场需要角度来考虑，核心为变电安全运行任务模式，按照标准化的指标要求，对各种保护电路、设备电源进行逐项审核，看其操作是否正确（如图2所示）。

2.2 系统设计同期功能

在电网系统正常供电过程中，变电站作为电网系统中各个单元联结的枢纽，进行同期并网操作的时候常有发生。按照性质不同可以将同期并网划分为：同频、差频。同频并网：同一系统内合环运行。差频并网（同期）：通过两个独立电源系统之间的断路器实现并列。由于各类线路保护测控装置主要对线路保护、测控，电力系统中的各类电子系统产品均虽然都涵盖了传统意义上“检同期”的内容，但并没有完全满足妥善解决电网线路并网同期操作的需要。而目前电力系统的网络结构越来越复杂，有较多输电线路要求系统具备进行同期并网操作的功能。电网自动化设计人员面临解决这一同期技术难题的压力，把寻求解决这一线路自动同期问题的方法寄托在测控装置上。

在进行同频并网操作时，同期操作的线路两端具有相同的电源频率，而两端电源的相角存在一定差别，差别的大小通常和电路中的电抗以及有功功率有关。在进行并网操作前期，需要对并网操作两端的相角差以及电压差进行检测，断路器最佳合闸时刻则由计算程序确定捕捉。提供微机监控终端主机完成对两端进行同期条件判别，通过远端进行遥控同期作业，都存在一定问题。在远程遥控同期操作命令下达后，这些测控装置需要同时对同期、闭锁、远方控制状态等多因素进行判定，如果综合条件满足控制的要求，此时则执行相应的控制操作；各断路器测控元件对两端的电压实时检测，当处于同期操作的断路器两端相位差、电压差以及频率差全部处于既定范围内时，此时同期并网检测功能就达到允许进行合闸操作的状态。

2.3 实现保护设计的双重化

电力系统继电保护的对象范围主要包括元件保护和系统保护两种。在进入信息化时代后，继电保护涉及的内容已从元件级延伸到设备级。随着电网建设的发展，电网稳定问题已上升为主要矛盾。对线路、主变压器及发电机变压器组继电保护装配产生了新要求，对主变压器采取双套化配置，即双主双后。双套保护且相互独立；每套主后备保护必须完整，且能真正承担主后备保护功能，以备独立运行。微机保护使双重化配置成为现实，双套主保护的直流电源、交流输入、跳闸回路尽可能的相互独立，使得冗余度得以提高。

一般而言，二次谐波制动原理躲励磁涌流成为较成熟的变压器差动保护所利用的方式，但当变压器发生涌流，出现两相或者单相线路内部故障时，再通过二次谐波制动，由于涌流制动会导致差动保护不起作用。变压器差动保护方法依据波形对称算法原理，通过把励磁涌流区与变压器在空载合闸时产生的故障电流分开，从而达到对变压器保护的目的。

3 自动化电力设备选型

用于进行继电保护、测量控制、防误闭锁、在线状态检测等设备的选择，对变电站的综合化自动化至关重要。这些设备属于常规的二次设备，目前其设计制造全部基于模块化、标准化的微处理机制，高速的网络通信均为设备之间的所采用的连接，这样以来，常规功能装置重复的I/O 现场接二口次设备便不复存在，数据资源的共享通过网络真正实现了。

智能化电气的应用越来越广泛，在电网系统的改造、变电站自动化领域中得到快速发展；智能开关、光电式互感器机电一体化设备产生并在电网系统中广泛应用，加快了变电站自动化技术进入智能化、数字化新阶段的步伐（如图3所示）。

在电网系统供电运行中，对动态电气参数信息进行实时检测，主要包括：电压、电流、谐波分量及相位，这些数据属于基础数据，其他电气信息量，如有功功率、无功功率等都可通过间隔层的设备计算得到。在采集数据信息时，利用直接采集数字量来取代对传统模拟量的采集，使得采样子系统及整个自动化系统的抗干扰性能得以增强；光电电压互感器、光电电流互感器替换了传统的电压互感器、电磁式电流互感器。智能性也表现在执行控制命令时，其能识别命令的真假及其是否合理，对即将进行的动作精确控制，能使断路器进行选相分闸，定相合闸操作，并且能够在给定的相角的前提下实现断路器的闭合以及断开。

光电流互感器的应用。其一般以弱功率数字量进行输出，特别适合微机继电保护装置的需求。其顺应了保护数字化、电力计量、微机化和自动化发展的浪潮。

电流瞬时采样值差动保护。在故障全程使用采样瞬时值进行计算，在大动态范围内能保持良好的线性，测量的电流能准确反应一次电流波形，可使现有保护的灵敏度及可靠性有效地提高。采样值电流差动保护是依据采样电流的瞬时值，完成以相量为基础的常规电流差动保护动作判据。在稳态条件下，电流瞬时采样值随时间的变化而变化，而常规相量电流差动保护中的电流相量保持不变，这就导致了瞬时采样电流值差动保护与一般相量电流差动保护在原理及特性等方面的差异性。

随着电网系统的不断增大，电压级别和输电功率都在成倍地增加，系统的故障也呈现多元化的趋势。在进行组网设备选型时，这种特性也是需要进行考虑的重要参考内容。如何做到快速定位问题部分，快速解决遇到的问题，对变电站逐渐走向智能化、自动化意义重大。合理选择设备，是确保整个电网系统安全和运行可靠性、供电质量最根本和最直接的措施。

4 结 语

变电站综合自动化系统跨专业、多学科的综合技术，在技术应用上发生了质的变化，在给电力系统的高质量运行提供保障的同时，对相关业务操作人员的基本技能提出了更为专业的技术要求。设计是进行电网建设的起点，因此，在设计阶段就要合理、妥善地解决电磁兼容、系统构成、性能等问题，做到功能强大、配置合理、性能可靠。

参考文献：

[1] 刘青，王增平，徐岩，等.光学电流互感器对继电保护系统的影响研究[J].电网技术，2005，29（1）：11-14，29.

[2] 孟祥忠.变电站微机监控与保护技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3] 张惠刚.变电站综合自动化原理及系统[M].北京：中国电力出版社，2004.

[4] 黄益庄.变电站综合自动化技术[M].北京：中国电力出版社，2000.