智能電網(wǎng)之變電站綜合自動化系統(tǒng)

自20世紀90年代以來，一直是我國電力行業(yè)中的熱點之一。它既是電力建設的需要也是市場的需要，我國每年變電站的數(shù)量以3%～5%的速度增長，每年有千百座新建變電站投入運行；同時根據(jù)電網(wǎng)的要求，每年又有不少變電站進行技術(shù)改造，以提高自動化水平。近幾年來我國變電站綜合自動化技術(shù)，無論從國外引進的，還是國內(nèi)自行開發(fā)研制的系統(tǒng)，在技術(shù)和數(shù)量上都有顯著的發(fā)展。

但工程實際當中，部分變電站綜合自動化系統(tǒng)功能還不能充分發(fā)揮出來，存在問題較多，缺陷率很高，不能實現(xiàn)真正的無人值班。

1變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其存在的問題

1.1技術(shù)標準問題

目前變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計還沒有統(tǒng)一標準，因此標準問題（其中包括技術(shù)標準、自動化系統(tǒng)模式、管理標準等問題）是當前迫切需要解決的問題。

1.1.1生產(chǎn)廠家的問題

目前在變電站綜合自動化系統(tǒng)選型當中存在著如所選系統(tǒng)功能不夠全面，產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，系統(tǒng)性能指標達不到要求等情況，主要有以下問題：

由于變電站綜合自動化設備的生產(chǎn)廠家過分重視經(jīng)濟利益，用戶又過分追求技術(shù)含量，而不重視產(chǎn)品的性能及實用性，因而一批技術(shù)含量雖較高，但產(chǎn)品并不過關(guān)，甚至結(jié)構(gòu)、可靠性很差的所謂高技術(shù)產(chǎn)品不斷被使用。廠家只要有人買就生產(chǎn)，改進的積極性不高，甚至有些產(chǎn)品生產(chǎn)過程中缺乏起碼的質(zhì)量保證措施，有些外購部件更是缺乏管理，因而導致部分投產(chǎn)的變電站問題較多；

有些廠家就某產(chǎn)品只搞技術(shù)鑒定，沒搞產(chǎn)品鑒定；

另外，生產(chǎn)廠家對變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能、作用、結(jié)構(gòu)及各項技術(shù)性能指標宣傳和介紹不夠，導致電力企業(yè)內(nèi)部專業(yè)人員對系統(tǒng)認識不透徹，造成設計漏洞較多。

1.1.2不同產(chǎn)品的接口問題

接口是綜合自動化系統(tǒng)中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一，包括RTU、保護、小電流接地裝置、故障錄波、無功裝置等與通信控制器、通信控制器與主站、通信控制器與模擬盤等設備之間的通信。這些不同廠家的產(chǎn)品要在數(shù)據(jù)接口方面溝通，需花費軟件人員很大精力去協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)格式、通信規(guī)約等問題。當不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時，問題會很嚴重。

如果所有廠家的自動化產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口遵循統(tǒng)一的、開放的數(shù)據(jù)接口標準，則上述問題可得到圓滿解決，用戶可以根據(jù)各種產(chǎn)品的特點進行選擇，以滿足自身的使用要求。

1.1.3抗干擾問題

關(guān)于變電站綜合自動化系統(tǒng)的抗干擾問題，亦即所謂的電磁兼容問題，是一個非常重要然而卻常常被忽視的方面。傳統(tǒng)上的變電站綜合自動化設備出廠時抗干擾試驗手段相當原始，僅僅做一些開關(guān)、電焊機、風扇、手提電話等定性實驗，到現(xiàn)場后往往也只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標，這是一個極大的隱患。

變電站綜合自動化系統(tǒng)的抗干擾措施是保證綜合自動化系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定運行的基礎，選擇時應注意，合格的自動化產(chǎn)品，除滿足一般檢驗項目外，主要還應通過高低溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試驗、動模試驗，而且還要重點通過四項電磁兼容試驗，分別是：1MHz脈沖干擾試驗、靜電放電干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、快速瞬變干擾試驗。

1.1.4傳輸規(guī)約和傳輸網(wǎng)絡的選擇問題

變電站和調(diào)度中心之間的傳輸規(guī)約。目前國內(nèi)各個地方情況不統(tǒng)一，變電站和調(diào)度中心之間的信息傳輸采用各種形式的規(guī)約，如部頒CDT、SC-1801、DNP3.0等。

1995年IEC為了在兼容的設備之間達到互換的目的，頒布了IEC60870-5-101傳輸規(guī)約，為了使我國盡快采用遠動傳輸?shù)膰H標準，1997年原電力部頒布了國際101規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T634-1997，并在1998年的桂林會議上進行了發(fā)布。該規(guī)約為調(diào)度端和站端之間的信息傳輸制定了標準，今后站端變電站綜合自動化設備與遠方調(diào)度傳輸協(xié)議應采用101規(guī)約。

站內(nèi)局域網(wǎng)的通信規(guī)約。目前許多生產(chǎn)廠家各自為政，造成不同廠家設備通信連接的困難和以后維護的隱患。

1997年IEC頒布了IEC60870-5-103規(guī)約，國家經(jīng)貿(mào)委在1999年頒布了國際103規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T667-1999，并在2000年的南昌會議上進行了發(fā)布，103規(guī)約為繼電保護和間隔層（IED）設備與變電站層設備間的數(shù)據(jù)通信傳輸規(guī)定了標準，今后變電站綜合自動化系統(tǒng)站內(nèi)協(xié)議要求采用103規(guī)約。

電力系統(tǒng)的電能計量傳輸規(guī)約。對于電能計量采集傳輸系統(tǒng)，IEC在1996年頒布的IEC60870-5-102標準，即我國電力行業(yè)標準DL/T719-2000，是我們在實施變電站電能計量系統(tǒng)時需要遵守的。

上述的三個標準即常說的101、102、103協(xié)議，運用于三層參考模型（EPA）即物理層、鏈路層、應用層結(jié)構(gòu)之上，是相當一段時間里指導變電站綜合自動化技術(shù)發(fā)展的三個重要標準。這些國際標準是按照非平衡式和平衡式傳輸遠動信息的需要制定的，完全能滿足電力系統(tǒng)中各種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，將得到廣泛應用。

IECTC57即將制定無縫遠動通信體系結(jié)構(gòu)，具有應用開放和網(wǎng)絡開放統(tǒng)一的傳輸協(xié)議IEC61850。該協(xié)議將是變電站(RTU或者變電站綜合自動化系統(tǒng))到控制中心的唯一通信協(xié)議，也是變電站綜合自動化系統(tǒng)，甚至控制中心的唯一的通信協(xié)議。目前各個公司使用的標準尚不統(tǒng)一，系統(tǒng)互聯(lián)和互操作性差，因此，在變電站綜合自動化系統(tǒng)建設和設備選型上應考慮傳輸規(guī)約問題，即在變電站和控制中心之間應使用101規(guī)約，在變電站內(nèi)部應使用103規(guī)約，電能量計量計費系統(tǒng)應使用102規(guī)約。新的國際標準IEC61850頒布之后，變電站綜合自動化系統(tǒng)從過程層到控制中心將使用統(tǒng)一的通信協(xié)議。

1.1.5開放性問題

變電站綜合自動化系統(tǒng)應能實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的設備的互操作性(互換性)；系統(tǒng)應能包容變電站自動化技術(shù)新的發(fā)展要求；還必須考慮和支持變電站運行功能的要求。而現(xiàn)有的變電站綜合自動化系統(tǒng)卻不能滿足這樣的要求，各廠家的設備之間接口困難，甚至不能連接，從而造成各廠家各自為政，重復開發(fā)，浪費了大量的財力物力。

另外，各種屏體及設備的組織方式不盡相同，給維護和管理帶來許多問題。

在我們現(xiàn)有的綜合自動化設備中，廠家數(shù)量較多,各廠不同系列的產(chǎn)品造成產(chǎn)品型號復雜，備品備件難以實現(xiàn)，設備運行率低的問題。

1.2組織模式選擇的問題

變電站綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的方案隨著變電站的規(guī)模、復雜性、變電站在電力系統(tǒng)的重要地位、所要求的可靠性以及變電層和過程層總線的數(shù)據(jù)流率的不同而變化。如果一個變電站綜合自動化系統(tǒng)模式選擇合適的話，不僅可以節(jié)省投資、節(jié)約材料，而且由于系統(tǒng)功能全、質(zhì)量高、其可靠性高、可信度大，更便于運行操作。因此，把好變電站綜合自動化系統(tǒng)的選擇關(guān)，意義十分重大。

目前應用較廣泛的變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有集中式、分散與集中相結(jié)合和全分散式三種類型?，F(xiàn)將三種結(jié)構(gòu)形式的特點簡述如下。

集中式：集中式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)是指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機控制、微機保護和一些自動控制等功能。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可減少占地面積、造價低，適用于對35kV或規(guī)模較小的變電站，但運行可靠性較差，組態(tài)不靈活。

分散與集中相結(jié)合：分散與集中相結(jié)合的變電站綜合自動化系統(tǒng)是將配電線路的保護和測控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路和主變壓器保護裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)形式較常用，它有如下特點：

10～35kV饋線保護采用分散式結(jié)構(gòu)，就地安裝，可節(jié)約控制電纜，通過現(xiàn)場總線與保護管理機交換信息。

高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護屏安裝在控制室或保護室中，同樣通過現(xiàn)場總線與保護管理機通信，使這些重要的保護裝置處于比較好的工作環(huán)境，對可靠性較為有利。

其他自動裝置中，如備用電源自投控制裝置和電壓、無功綜合控制裝置采用集中組屏結(jié)構(gòu)，安裝于控制室或保護室中。

全分散式：全分散式的變電站綜合自動化系統(tǒng)是以一次主設備如開關(guān)、變壓器、母線等為安裝單位，將控制、I/O、閉鎖、保護等單元分散，就地安裝在一次主設備屏（柜）上。站控單元通過串行口與各一次設備相連，并與管理機和遠方調(diào)度中心通信。它有如下特點：

簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。

減少了施工和設備安裝工程量。由于安裝在開關(guān)柜的保護和測控單元在開關(guān)柜出廠前已由廠家安裝和調(diào)試完畢，再加上鋪設電纜的數(shù)量大大減少，因此現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試的工期隨之縮短。

簡化了變電站二次設備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。

全分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便，且抗干擾能力強，可靠性高。

上述三種變電站綜合自動化系統(tǒng)的推出，雖有時間先后，但并不存在前后替代的情況，變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇應根據(jù)各種系統(tǒng)特點和變電站的實際情況，予以選配。如以RTU為基礎的變電站綜合自動化系統(tǒng)可用于已建變電站的自動化改造，而分散式變電站綜合自動化系統(tǒng)，更適用于新建變電站。

由于微處理器和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，變電站綜合自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平有了很大的提高，結(jié)構(gòu)體系不斷完善，全分散式自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)為變電站綜合自動化系統(tǒng)的選型提供了一個更廣闊的選擇余地。伴隨著變電站綜合自動化系統(tǒng)應用的增多，無論是新建、擴建或技改工程，其綜合自動化系統(tǒng)的選型都應該嚴格執(zhí)行有關(guān)選型規(guī)定，力求做到選型規(guī)范化。經(jīng)選用的變電站自動化系統(tǒng)不僅要技術(shù)先進、功能齊全、性能價格比高，系統(tǒng)的可擴展性和適用性好，而且要求生產(chǎn)廠家具有相當技術(shù)實力，有一定運行業(yè)績和完整的質(zhì)量保證體系、完善的售后服務體系。

1.3電力管理體制與變電站綜合自動化系統(tǒng)關(guān)系問題

變電站綜合自動化系統(tǒng)的建設，使得繼電保護、遠動、計量、變電運行等各專業(yè)相互滲透，傳統(tǒng)的技術(shù)分工、專業(yè)管理已經(jīng)不能適應變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，變電站遠動與保護專業(yè)雖然有明確的專業(yè)設備劃分，但其內(nèi)部聯(lián)系已經(jīng)成為不可分割的整體，一旦有設備缺陷均需要兩個專業(yè)同時到達現(xiàn)場檢查分析，有時會發(fā)生推諉責任的情況，造成極大的人力資源浪費，而且兩專業(yè)銜接部分的許多缺陷問題成為“兩不管地帶”，不利于開展工作。

在專業(yè)管理上，變電站綜合自動化設備的運行、檢修、檢測，尤其是遠動系統(tǒng)的實時性、遙測精度、遙信變位響應速度、信號復歸和事故總信號等問題仍需要規(guī)范和加強；對傳動實驗及通道聯(lián)測的實現(xiàn)、軟件資料備份等問題提出了新的課題內(nèi)容。

1.4運行維護人員水平不高的問題

解決好現(xiàn)行的變電站綜合自動化系統(tǒng)管理體制和技術(shù)標準等問題的同時，還要培養(yǎng)出一批高素質(zhì)的專業(yè)隊伍。

目前，變電站綜合自動化系統(tǒng)絕大部分設備的維護依靠廠家，在專業(yè)管理上幾乎沒有專業(yè)隊伍，出了設備缺陷即通知相應的廠家來處理，從而造成缺陷處理不及時等一系列問題。

要想維護、管理好變電站綜合自動化系統(tǒng)，首先要成立一只專業(yè)化的隊伍，培養(yǎng)出一批能跨學科的復合型人才，加寬相關(guān)專業(yè)之間的了解和學習。

其次，變電站綜合自動化專業(yè)的劃分應盡快明確，杜絕各基層單位“誰都管但誰都不管”的現(xiàn)象。變電站綜合自動化專業(yè)的明確，對于加強電網(wǎng)管理水平，防止電網(wǎng)事故具有重大意義。

2結(jié)束語

變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的問題

近年來，通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，給變電站綜合自動化技術(shù)水平的提高注入了新的活力，變電站綜合自動化技術(shù)正在朝著網(wǎng)絡化、綜合智能化、多媒體化的方向發(fā)展。

鑒于變電站綜合自動化系統(tǒng)當前還缺乏一個統(tǒng)一的國家標準，這就需要與之相關(guān)的各崗位的電力工作者在實際操作過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，找到其規(guī)律性，不能因循守舊，而應根據(jù)具體情況，遵循科學、嚴謹?shù)墓ぷ髟瓌t，用發(fā)展的眼光來進行變電站綜合自動化系統(tǒng)的建設，以保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)地運行。