论变电站自动化技术发展现状及要求
来源:用户上传
作者:
摘 要：迎接新世纪到来的今天,面对今后大量变电站建设改造的任务,研究和分析国内外变电站自动化技术是很有必要的。变电站自动化自20世纪90年代以来一直是我国电力行业中的热点之一。水平。近十年来我国变电站自动化技术,无论是从国外引进的,还是国内自行开发研制的系统和设备,在技术和数量上都有显著的发展。本文通过对我国变电站自动化技术发展的过程，分析了国内变电站自动化系统现状和发展趋势，强调了数字化变电站的发展。
关键词：变电站；自动化；发展
中图分类号：TP29 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2010）026(C)-0094-02
近几年来，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站自动化技术也得到了迅速发展。随着我国电力工业和电力系统的发展，对变电站的安全、经济运行要求愈来愈高，实现变电站自动化，可提高电网安全、经济运行水平，减少基建投资，并为推广变电站无人值班提供了手段。随着电网复杂程度的增加，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网和变电站的运行情况。为提高变电站的可控性，要求采用更多的远方集中控制、集中操作和反事故措施等。利用现代计算机技术、通信技术等，提供先进的技术装备，可改变传统二次设备模式，实现信息共享，简化系统，减少电缆，减少占地面积，对变电站进行全面的技术改造。
一、早期的变电站远动技术
早期远动设备由3部分组成：（1）被控站远动设备，即厂站远动设备（RTU）。它包括远动主设备、调制解调器和过程设备3部分。过程设备包括信息输入设备（如变送器等）、信息输出设备（如执行盘等）以及调节器。过程设备面向电力生产过程，它把强电特性的信息转换为电子技术能处理的小信号，或相反。变电站的各种告警、状态和位置信号经过光电隔离转换之后送入主设备，测量量来自电压和电流互感器，经变送器转换为直流电压或电流信号后送A/D转换，再经主设备的组合逻辑和时序逻辑电路处理之后，按一定的通信协议发往控制站。如果有遥控或遥调命令，则由控制站发出，被控站接收后输出给执行盘、调节器，以控制电力生产过程。（2）控制站远动设备，包括远动主设备、调制解调器以及人机设备3部分。人机设备有模拟屏、数字显示设备、打印机、记录仪表及控制操作台等。控制站远动设备又称主站。它接收被控站送来的遥测、遥信信息，经处理后反映到模拟屏、数字显示设备、打印机及记录仪表上，让调度员通过操作控制台发出命令，送往被控站，进行遥控、遥调操作。（3）远动通道，包括控制站和被控站的调制解调器（Modem）和传输线路。远动通道又称数据电路，通常通过远程通信系统来实现。
二、变电站自动化的基本概念
变电站自动化是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。
变电站实现自动化的优越性主要有以下几个方面：（1）提高供电质量，提高电压合格率。由于在变电站自动化系统中含有电压、无功自动控制功能，故对于具备有载调压变压器和无功补偿电容器的变电站，可以大大提高电压合格率，保障电力系统主要设备和各种电器设备的安全，使无功潮流合理，降低网损。（2）提高变电站安全、可靠运行水平。微机保护装置和微机自动装置固有故障自诊断功能，使采用变电站自动化系统的变电站一、二次设备的可靠性大大提高。（3）提高了电力系统的运行、管理水平。变电站实现自动化后，监视、测量、记录、抄表等工作都由计算机自动进行，既提高了测量精度，又避免了人为的主管干预。变电站自动化系统具有和上级调动通信功能，可将检测到的数据及时送往调度中心，是调度员能及时掌握各变电站的运行情况，也能对他进行必要的调节和控制，具各种操作都有事件顺序记录可供查阅，大大提高了运行管理水平。（4）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。变电站自动化系统，由于采用家算计和通信技术，可以实现资源共享，同时由于硬件电路多数采用大规模集成电路，结构紧凑、体积小、功能强，与常规的二次设备相比，可以大大缩小变电站的占地面积，减少总投资。（5）减少维护工作量，减少值班员劳动，实现减人增效。由于变电站自动化系统中，各自子系统有故障自诊断功能，系统内部有故障时能自检出故障部位，缩短了维修时间。微机保护盒自动装置的定值又可在线读出检查，可节约定期核对定值的时间，而监控系统的抄表、记录自动化，是值班人员不必定时抄表、记录，可时间少人值班，如果配置了与上级调度的通信功能，能实现遥测、遥信、遥控、遥调，则可完全实现无人值班，达到减人增效的目的。
三、变电站自动化系统的发展阶段
（1）国外变电站自动化的发展概况
国外变电站自动化的研究工作始于70年代。根据1981年5月在英国召开的第6届国际供电会议资料报道，英国、意大利、法国、西德、澳大利亚等国，于70年代末，新装的远动装置都是微计算机型的，个别有用16位小型计算机的。布线逻辑的远动装置已开始淘汰。当时仅英国南威尔士电网还在使用（该地区当时也已计划用微机远动装置代替），同时，第6届国际供电会议的有关文章资料还指出，监控系统的功能有扩大的趋势，供电网的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展，除三遥外，一般还有：①寻找并处理单相接地故障；②作为保护拒动或断路器拒动的补充保护；③负荷管理；④成组数据记录，其中包括负荷曲线、最大需量、运行数据、事故及事件顺序记录等；⑤自动重合闸及继电保护。这些资料报导，证明了国际上随着微计算机技术的发展，变电站综合自动化的研究工作已于70年代中、后期开始。
（2）我国变电站综合自动化的发展过程
我国变电站综合自动化的研究工作开始于80年代中期。1987年，清华大学电机工程系研制成功第一个符合国情的变电站综合自动化系统，在山东威海望岛变电站成功地投入运行。该系统主要由3台微机及其外围接口电路组成。望岛变电站是一个35kV的城市变电站，具有两回35kV进线，两回35kV出线，两台主变压器，8回10kV馈电线路和两组无功补偿电容器。该变电站的综合自动化系统主要由三台微机组成，分成三个子系统，担负了变电站安全监控、微机保护、电压无功控制、中央信号等全部任务。变电站综合自动化系统的研究和生产工作之所以会引起这么多的科技工作者和生产厂家的注意，其根本原因在于变电站实现综合自动化，能够全面提高变电站的技术水平，提高运行的可靠性和管理水平。近几年来，大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展，给变电站综合自动化技术水平的提高，注入了新的活力。变电站综合自动化将成为今后新建变电站的主导技术。
四、继电保护技术的发展概况
电力系统继电保护技术是随着电力系统的发展而不断发展的，由简单到复杂。最早的保护是熔断器，随着发电设备容量和供电范围的扩大，在许多情况下，单纯用熔断器不能满足选择性和灵敏性的要求，因此，开始采用直接动作式的电磁型继电器，并利用它构成过电流保护。直接动作式过电流保护最初是与柱上油断路器装在一起的。随着供电容量的增加、供电范围的扩大和电压的提高，直接动作式过电流保护的灵敏性和可靠性都不再能满足要求，于是在1901年出现感应型电流继电器构成的过电流保护，1908年又提出了电流差动保护。随着电力系统的进一步发展和对用户供电可靠性的提高，出现了各发电厂之间的并列运行和双回路线路供电，也出现了环形电力网。此时，电流保护已不能满足要求，于是相继出现了方向过电流保护、距离保护、高频保护。为了提高保护的灵敏性，广泛采用了零序电流、电压滤过器，负序电流、电压滤过器和非线性元件组成的保护，并与电力系统自动装置（自动重合闸等）配合使用，提高了它的实用效果。我国建国初期，电磁型、感应型继电器大批量生产，其组成的保护装置主要用于中小型机组和高低压电力网。
继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的。电力系统的发展，使得系统容量不断增加，电压等级越来越高，系统接线及运行方式越来越复杂。为满足电力系统对继电保护提出的4个基本要求，继电保护也由简单的过电流保护开始，相继出现了方向性电流保护、低电压保护、距离保护、差动保护、高频保护、微波保护、行波保护等。电力系统继电保护技术的发展，不仅与电力系统的发展密切相关，而且还与电子通信、计算机、信息科学等新技术、新学科的发展有着密切的关系。20世纪60年代，随着大机组和超高压电力系统的出现，晶体管型和整流型继电器也从研制转入批量生产。
五、变电站综合自动化发展趋势
变电站综合自动化技术发展特点大致包含以下几个方面：（1）智能电子装置的兴起及其在变电站自动化领域的应用；（2）现场总线和工业以太网提升了变电站自动化应用的水平；（3）数字化视频图像监视技术逐渐成为变电站自动化系统的一个重要组成部分；（4）电气设备状态监测与故障诊断技术成为变电站自动化技术的新领域；（5）光电传感器的应用将给变电站自动化技术带来新的变革；（6）电能质量的在线监测将丰富变电站自动化技术的内涵。变电站综合自动化技术的发展趋势是向计算机化、网络化、智能化、保护、控制、测量和数据通信一体化方向发展。具体如下。（1）随着数字化电流、电压互感器的使用，互感器能直接送出数字采集量，间隔层的模拟转换功能将在过程层完成，越来越多的间隔层功能会下放到过程层完成。（2）随着电子嵌入式设计技术发展，利用嵌入式软、硬件，设计者可以在单元装置单片机上实现以太网技术。以太网速率高，开放性强，易于和PC机、工作站、广域网连接，能更好满足变电站自动化要求。（3）在保留电量采集系统基础上，可以发挥多功能电子式电能表的功能，将P、Q、U、，测量由监控／保护单元中转移到电能表上，能较好地解决一体化单元中的一些难题，避免不必要的冗余。（4）新型面向对象的数据库结构形式，使数据库和设备之间建立了相互对应关系，提高了程序模块化和灵活性。（5）和调度中心（集控中心）之间的网络通信方式，借用现代信息通信最新技术使传统远动通信有本质变化。（6）变电站远程图像监视系统的应用和变电自动化协调互补进一步提高电网安全经济运行水平。（7）微机、电子技术的发展，变电站自动化设备更加趋向小型化，多功能、高稳定性方向发展，而各专业和各分支系统的融合渗透（加五防、消防保安、谐波系统等）进一步使变电站自动化简捷、高效、经济。
作者单位：中广核中电风力发电有限公司内蒙古分公司
参考文献：
[1]盛和乐.对220―500kV变电所综合自动化的探讨.变电站综合自动化技术研讨会,南京,1995.
[2]杨凯.变电站自动化系统未来的发展方向.电力系统通信,2007,28(12):1―5.
[3]高翔,张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术.电网技术,2006,(23).
[4]汪秀丽.数字化变电站综述.水利电力科技,2007,33(2):7―15.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-939934.htm
