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淺析變電站的自動化系統
摘要： 變電站自動化技術隨著科學技術的發展，受到了深遠的影響，變電站自動化技術即將進入數字化新階段，本文淺析了變電站自動化系統的發展動向。
關鍵詞： 變電站自動化；智能化；網絡化
0 引言
經過十多年歷史的變電站自動化技術已經達到一定的水平。城市電網和農村電網建設改造項目已全面鋪開，在現代電力系統的各種技術發展十分迅速的情況下，建設高度可靠、有效可控的現代化無人職守變電站已勢在必行。無人職守變電站的測量、控制及電量采集均應由自動化系統來完成，應能方便地在遠方完成對變電站的自動監控。變電站綜合自動化系統具有功能綜合化、系統結構微機化、測量顯示數字化、操作監視屏幕化、運行管理智能化等特征。
1 變電所自動化系統的結構
在高壓或超高壓變電所中，將保護裝置，測控裝置，故障錄波及其它自動裝置的I/0單元割裂出來，把它作為作為智能化一次設備的一部分。反之，智能化一次設備的數字化傳感器，數字化控制回路代替了；而在中低壓變電所則將保護、監控裝置小型化、緊湊化，完整的安裝在開關柜上，實現了變電所機電一體化設計。從邏輯上可分為 “過程層”、“間隔層”、“所控層”三個層次。從物理上來說數字化變電所自動化系統的結構可分為智能化的一次設備和網絡化的二次設備兩類，其中在邏輯層的三個層次來看：
1.1 過程層：該層是一個一次設備和二次設備的結合面，換言之過程層是指智能化電氣設備的智能化部分。過程層的主要功能可以分為三類：
1.1.1 電力運行的實時電氣量檢測 它是與傳統的功能一樣，主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量入有功、無功、電能量可通過間隔層的設備運算得出。采集傳統模擬量被直接采集了數字量所取代。這樣做的優點式抗干擾性能強，絕緣和抗飽和特性好。開關裝置實現了小型化、緊湊化。
1.1.2 運行設備的狀態參數在線檢測與統計 變電所需要進行狀態參數檢測的設備主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統。在線檢測的內容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性和工作狀態等數據。
1.1.3 操作控制的執行與驅動 操作控制的執行與驅動包括變壓器分接頭調節控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、刀閘合分控制。直流電源充放電控制。過程層的控制執行與驅動大部分是被動的，即按上層控制指令而動作，在執行控制命令時具有智能性，能判別命令的真偽及其合理性，還能對即將進行的動作精度進行控制，能使斷路器定相合閘，選相分閘，在選定的相角下實現斷路器的開合和開斷，要求操作時間限制在規定的參數內。
1.2 間隔層：其主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實時數據信息；（2）實施對一次設備保護控制功能；（3）實施操作同期及其他控制功能；（4）實施本間隔操作閉鎖功能；（5）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及所控層的網絡通信功能；（6）對數據采集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制。
1.3 所控層：其主要功能是：（1）通過兩級高速網絡匯總全所的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，按時登錄歷史數據庫；（2）具有在線可編程的全所操作閉鎖控制功能；（3）具有所內當地監控，人機聯系功能；（4）按既定規約將有關數據信息送向調度或控制中心；（5）接受調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、過程層執行；（6）具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態，在線修改參數的功能；（7）具有變電所故障自動分析和操作培訓功能。
2 數字化變電站自動化系統的特點
2.1 智能化的一次設備 一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路采用微處理器和光電技術設計，簡化了常規機電式繼電器及控制回路的結構，使之數字程控器及數字公共信號網咯取代傳統的導線連接。
2.1.1 網絡化的二次設備 變電站內常規的二次設備，已改變了傳統二次設備的模式，為簡化系統，信息共享，減少電纜，減少占地面積，降低造價等方面已改變了變電站運行的面貌。使得設備之間的連接全部采用高速的網路通信，二次設備不再出現常規功能裝置重復的I/0現場接口，通過網路真正實現數據共享，資源共享，常規的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。
2.1.2 自動化的運行管理系統 變電站運行管理自動化系統應包括電力生產運行數據、狀態記錄統計無紙化；數據信息分層、分流交換自動化；變電站運行發生故障時能即時提供故障原因，提出故障處理意見；系統能自動發出變電站設備檢修報告，即常規的變電站設備“定期檢修”改變為“狀態檢修”。
3 變電站自動化發展的新動向
變電站的自動化發展，使供電可靠性有了很大的提高，但是要進一步縮短故障停電時間，很大一部分取決于饋線自動化的發展。必須在饋電線路上裝設電動開關，配置饋線終端設備FTU，對一些分支線路，還應裝設故障指示器，并利用通信系統，向系統提供饋線運行數據和狀態，執行系統下達的饋線開關遙控操作命令非線性負載，電動機直接起動，不平衡負載，焊接設備以及家用電器設備增多，降低了電壓質量。電壓質量對現代電子設備及計算機系統影響極大。為此，提出系統應對電壓進行連續測量和質量分析，噪聲越限告警，同時要根據實際需要選擇不同的無功補償方式。集成化、智能化和綜合化是一發展趨勢。另外，變電站自動化系統作為一個龐大、復雜的、綜合性很高的系統性工程，包含眾多的設備和子系統，個功能、子系統之間存在著不同程度的關聯，其本身及其所用技術又處于不斷發展之中，對任一家制造商而言，根本不可能包攬一切。在饋線自動化方面顯著降低了建設、運行和維護的綜合成本，為提高供電可靠性，創造了有力的條件。故障定位和自動恢復送電可以明顯地縮短停電時間。有效的解決這一問題，必須壹數字式繼電保護、饋線自動化和DMS系統為基礎。對于故障定位，國外有人提出使用三種技術綜合處理：故障距離計算法、線路故障指示器法以及不同線路區間故障概率統計法，這些信息結合在一起進行模糊邏輯處理。
變電站自動化系統采用全面解決方案，走系統集成之路，使得各種應用之間可共享投資和運行費用，最大限度保護用戶原有的投資。
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