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摘要：本文首先介绍了变电站的工作模式，然后分析了变电站自动化系统存在的问题，最后提出了发展方向。
关键词：变电站 自动化 数字化
Abstract: This paper describes the substation operation mode, and then analyzes the existing problems of substation automation system, finally put forward developing direction.
Keywords: Digital Substation Automation
中图分类号： TM63 文献标识码： A 文章编号：
一、工作模式
1. 1 变电站分类
变电站按电压等级可分为特高压、超高压、高压及中低压4种类型。特高压变电站: 1000 kV、750 kV; 超高压变电站: 500 kV、330 kV; 高压变电站: 220 kV、110 kV、35 kV; 中低压变电站(又称配电站) : 10 kV及以下电压等级。
变电站按在电网中的地位可分为枢纽站、终端站和中转站3种类型。枢纽站: 在电网中无论是网架结构还是负荷水平都处于举足轻重的位置; 终端站: 只有高压进线, 位于电网的线路末端;中转站: 有2路高压进线, 位于线路中间。
变电站按控制方式可分为集控站(又称基地站)和受控站(又称子站)。前者受调度中心控制, 并对其周围子站负有调度操作任务; 后者与终端站类似, 但有可能处于环形电网之中, 受集控站控制。
变电站按运行模式划分为有人值班: 这是目前最常见的运行模式; 无人值班: 没有固定的运行值班人员, 仅保留个别守卫人员, 负责站内的安全保卫工作及事故异常情况的紧急处理。
1. 2 变电站自动化系统模式
1. 2. 1 传统模式
这种模式就是目前国内应用最普遍的远方终端装置( RTU )加上当地监控(监视)系统(又称当地功能), 再配上变送器、遥信转接、遥控执行、UPS等屏柜。当采用交流采样RTU 时, 可省去变送器屏柜。站内保护装置的信息可通过遥信输入回路(即硬件方法)进入RTU, 亦可通过串行口按约定的规约通信(即软件方法) 进入RTU。此模式适合于从35~ 500 kV 的各种电压等级不同规模的变电站。根据用户不同层次的要求, 其当地功能的配置可为1台PC 机, 也可是一个完整的双前置、双主机、双工作站的监控系统。
1. 2. 2 老站改造模式
采用RS - 485 星形结构, 构成分布式的RTU。其特点是不增加屏柜位置, 无需改动原有二次回路, 适用于老站改造。
1. 2. 3 集中配屏模式
这种模式在目前国内新建变电站中应用最多, 并已取得了较成熟的运行经验。该模式与传统模式相比, 最大的区别在于将RTU 的遥控、信号、测量、电能计费、通信等功能分别组屏, 而由1个或2 个总控单元通过串行通信口( RS232、RS485)与各功能单元(屏柜)以及微机保护、故障录波、上位机等通信。其特点是将控制、保护两大功能作为整体来考虑, 二次回路设计大为简化。
1. 2. 4 全分散式
该模式主要特点是以一次主设备如开关、变压器、母线等为安装单位, 将控制、I /O、闭锁、保护等单元分散, 就地安装在一次主设备(屏柜) 上。站控单元(在主控室内)通过串行口(光纤通信)与各一次设备屏柜(在现场)相连, 并与上位机和远方调度中心通信。
1. 2. 5 局部分散式
此模式综合了集中式与分散式的特点, 采用了分散式的系统结构, 而控制和保护仍集中配屏。通常将集中配屏安装在分散的设备小间内。设备小间在一次设备附近, 根据变电站的电压等级和规模可设数个设备小间, 就近管理, 节省电缆。此模式可用于各种电压等级的变电站, 尤其适用于500 kV 及大型220 kV 站。
二、存在问题
变电站自动化系统虽然已经得到了大量的推广应用,但也存在着一些问题,归纳起来有以下几个方面的问题:
(1)变电站内继电保护功能的重要性和冗余设计问题未得到应有的重视。 变电站内可以没有自动化,但不能没有继电保护,而继电保护又是一个系统性的问题,需要依赖各方面的相互支持和配合,仍然存在二次设计(直流电源,二次回路,CT 变比选择)、保护定值整定和安装试验、保护设备自身的可靠性等问题。
(2)变电站内继电保护等设备的自动测试及事件记录有待加强和完善。常规变电站保护装置和自动装置都有比较仔细的定期例行试验,但由于变电站自动化系统中数字式保护及自动装置具有自检功能,导致运行维护和定期试验工作被大为淡化,而现已投运的数字式保护在自检、自动测试及事件记录等方面的工作并非完美无缺, 还有许多工作需要做。
(3)变电站内通信网接口和协议的标准化问题。变电站采用多个厂家的设备,因而存在网络互连和通信接口的问题。各个厂家的现状是自成体系的通信接口和自定义协议, 目前已经推出的一些信息接口配套标准,虽已有部分厂家采用,但由于各厂家对标准的认识不统一,具体实施时对标准规定的部分内容作了扩充和改动,易出现各厂家虽采用相同协议但不能接口的现象。
(4)变电站自动化系统的设计规范和验收标准问题。变电站自动化系统目前的实现方案多种多样, 但没有一个基本的设计规范要求,国家和行业也没有相关标准来统一要求,导致目前市场上产品众多,用户无从选择。另外有些地区(行业)用户根据自身的特殊需要不断提出新的要求,厂商为了市场也不断改进满足用户的要求, 出现了厂商和用户两难的局面。
三、变电站自动化系统的发展方向
变电站自动化系统有三种主要模式: ①常规测控设备加上完备的四遥远动装置;②以RTU 为核心,以数据采集、控制、保护、录波、计量等为外围的集中式结构;③以一次设备为对象来组织各类二次功能,以通信网为手段实现功能和组成分散化的分层分布式结构。第三种代表了当前变电站自动化的发展趋势,因而变电站自动化系统会向高集成化、数字化、标准统一化方向发展。
(1)集成化。随着集成电路和计算机技术的飞速发展,各种新型的大规模集成电路将会进一步应用在继电保护和测控装置上,这些新器件的应用将使保护和测控装置的电路板更加小型集成化, 如保护、控制、测量、故障录波及事件记录以及运行支持系统的数量处理等功能将被模块化设计在一个统一的数字装置内,间隔内部和间隔间以及间隔层同站级间的通信采用少量的光纤总线实现,取消传统硬线连接。高集成化可以使装置通信、数据存储及处理能力更强,降低成本,减少故障率,有利于实现统一的运行管理。
(2)数字化。数字化是指变电站自动化系统的整体数字化、信息化以及与电力整体的协调操作。随着变电站一次设备的智能化,如智能开关设备、光电式电压和电流互感器和各类智能电子装置的出现和应用,变电站自动化将进入数字化阶段,在变电站内原来位于保护、测控装置中I/O 单元、A/D 单元等,将被分离出来下放到智能化的一次设备中去。保护、测控和自动装置的功能将在统一的I/O及模擬量数据信息平台上进行重新分工和组合,有利于改进和优化现有的保护和控制功能。
(3)标准统一化。技术的进步和行业规范标准的约束,变电站自动化系统将逐步向产品标准化方向发展。具体表现在:产品基本功能设计和要求的标准化及产品的对外接口和通讯协议的标准化,变电站内不同厂家的设备可以做到互换互连,“即插即用”增加了用户选择变电站内各类设备和更换设备的自由度,同时不满足标准化设计的厂商将被逐步淘汰,使变电站自动化专业逐步走向良性的发展。
四、结语
随着计算机和网络通信技术的发展,变电站自动化技术会得到更广泛的研究和应用，为社会创造更大的效益。
参考文献
[1] 江智伟.变电站自动化及其新技术[M].中国电力出版社,2006,1.
[2] 杨晓静.变电站自动化系统的数字化趋势[J].江苏电机工程,2006(3).
[3] 张建侠.变电站综合自动化技术综述[J].贵州电力技术,2001(4).
关键词：变电站 自动化 数字化
Abstract: This paper describes the substation operation mode, and then analyzes the existing problems of substation automation system, finally put forward developing direction.
Keywords: Digital Substation Automation
中图分类号： TM63 文献标识码： A 文章编号：
一、工作模式
1. 1 变电站分类
变电站按电压等级可分为特高压、超高压、高压及中低压4种类型。特高压变电站: 1000 kV、750 kV; 超高压变电站: 500 kV、330 kV; 高压变电站: 220 kV、110 kV、35 kV; 中低压变电站(又称配电站) : 10 kV及以下电压等级。
变电站按在电网中的地位可分为枢纽站、终端站和中转站3种类型。枢纽站: 在电网中无论是网架结构还是负荷水平都处于举足轻重的位置; 终端站: 只有高压进线, 位于电网的线路末端;中转站: 有2路高压进线, 位于线路中间。
变电站按控制方式可分为集控站(又称基地站)和受控站(又称子站)。前者受调度中心控制, 并对其周围子站负有调度操作任务; 后者与终端站类似, 但有可能处于环形电网之中, 受集控站控制。
变电站按运行模式划分为有人值班: 这是目前最常见的运行模式; 无人值班: 没有固定的运行值班人员, 仅保留个别守卫人员, 负责站内的安全保卫工作及事故异常情况的紧急处理。
1. 2 变电站自动化系统模式
1. 2. 1 传统模式
这种模式就是目前国内应用最普遍的远方终端装置( RTU )加上当地监控(监视)系统(又称当地功能), 再配上变送器、遥信转接、遥控执行、UPS等屏柜。当采用交流采样RTU 时, 可省去变送器屏柜。站内保护装置的信息可通过遥信输入回路(即硬件方法)进入RTU, 亦可通过串行口按约定的规约通信(即软件方法) 进入RTU。此模式适合于从35~ 500 kV 的各种电压等级不同规模的变电站。根据用户不同层次的要求, 其当地功能的配置可为1台PC 机, 也可是一个完整的双前置、双主机、双工作站的监控系统。
1. 2. 2 老站改造模式
采用RS - 485 星形结构, 构成分布式的RTU。其特点是不增加屏柜位置, 无需改动原有二次回路, 适用于老站改造。
1. 2. 3 集中配屏模式
这种模式在目前国内新建变电站中应用最多, 并已取得了较成熟的运行经验。该模式与传统模式相比, 最大的区别在于将RTU 的遥控、信号、测量、电能计费、通信等功能分别组屏, 而由1个或2 个总控单元通过串行通信口( RS232、RS485)与各功能单元(屏柜)以及微机保护、故障录波、上位机等通信。其特点是将控制、保护两大功能作为整体来考虑, 二次回路设计大为简化。
1. 2. 4 全分散式
该模式主要特点是以一次主设备如开关、变压器、母线等为安装单位, 将控制、I /O、闭锁、保护等单元分散, 就地安装在一次主设备(屏柜) 上。站控单元(在主控室内)通过串行口(光纤通信)与各一次设备屏柜(在现场)相连, 并与上位机和远方调度中心通信。
1. 2. 5 局部分散式
此模式综合了集中式与分散式的特点, 采用了分散式的系统结构, 而控制和保护仍集中配屏。通常将集中配屏安装在分散的设备小间内。设备小间在一次设备附近, 根据变电站的电压等级和规模可设数个设备小间, 就近管理, 节省电缆。此模式可用于各种电压等级的变电站, 尤其适用于500 kV 及大型220 kV 站。
二、存在问题
变电站自动化系统虽然已经得到了大量的推广应用,但也存在着一些问题,归纳起来有以下几个方面的问题:
(1)变电站内继电保护功能的重要性和冗余设计问题未得到应有的重视。 变电站内可以没有自动化,但不能没有继电保护,而继电保护又是一个系统性的问题,需要依赖各方面的相互支持和配合,仍然存在二次设计(直流电源,二次回路,CT 变比选择)、保护定值整定和安装试验、保护设备自身的可靠性等问题。
(2)变电站内继电保护等设备的自动测试及事件记录有待加强和完善。常规变电站保护装置和自动装置都有比较仔细的定期例行试验,但由于变电站自动化系统中数字式保护及自动装置具有自检功能,导致运行维护和定期试验工作被大为淡化,而现已投运的数字式保护在自检、自动测试及事件记录等方面的工作并非完美无缺, 还有许多工作需要做。
(3)变电站内通信网接口和协议的标准化问题。变电站采用多个厂家的设备,因而存在网络互连和通信接口的问题。各个厂家的现状是自成体系的通信接口和自定义协议, 目前已经推出的一些信息接口配套标准,虽已有部分厂家采用,但由于各厂家对标准的认识不统一,具体实施时对标准规定的部分内容作了扩充和改动,易出现各厂家虽采用相同协议但不能接口的现象。
(4)变电站自动化系统的设计规范和验收标准问题。变电站自动化系统目前的实现方案多种多样, 但没有一个基本的设计规范要求,国家和行业也没有相关标准来统一要求,导致目前市场上产品众多,用户无从选择。另外有些地区(行业)用户根据自身的特殊需要不断提出新的要求,厂商为了市场也不断改进满足用户的要求, 出现了厂商和用户两难的局面。
三、变电站自动化系统的发展方向
变电站自动化系统有三种主要模式: ①常规测控设备加上完备的四遥远动装置;②以RTU 为核心,以数据采集、控制、保护、录波、计量等为外围的集中式结构;③以一次设备为对象来组织各类二次功能,以通信网为手段实现功能和组成分散化的分层分布式结构。第三种代表了当前变电站自动化的发展趋势,因而变电站自动化系统会向高集成化、数字化、标准统一化方向发展。
(1)集成化。随着集成电路和计算机技术的飞速发展,各种新型的大规模集成电路将会进一步应用在继电保护和测控装置上,这些新器件的应用将使保护和测控装置的电路板更加小型集成化, 如保护、控制、测量、故障录波及事件记录以及运行支持系统的数量处理等功能将被模块化设计在一个统一的数字装置内,间隔内部和间隔间以及间隔层同站级间的通信采用少量的光纤总线实现,取消传统硬线连接。高集成化可以使装置通信、数据存储及处理能力更强,降低成本,减少故障率,有利于实现统一的运行管理。
(2)数字化。数字化是指变电站自动化系统的整体数字化、信息化以及与电力整体的协调操作。随着变电站一次设备的智能化,如智能开关设备、光电式电压和电流互感器和各类智能电子装置的出现和应用,变电站自动化将进入数字化阶段,在变电站内原来位于保护、测控装置中I/O 单元、A/D 单元等,将被分离出来下放到智能化的一次设备中去。保护、测控和自动装置的功能将在统一的I/O及模擬量数据信息平台上进行重新分工和组合,有利于改进和优化现有的保护和控制功能。
(3)标准统一化。技术的进步和行业规范标准的约束,变电站自动化系统将逐步向产品标准化方向发展。具体表现在:产品基本功能设计和要求的标准化及产品的对外接口和通讯协议的标准化,变电站内不同厂家的设备可以做到互换互连,“即插即用”增加了用户选择变电站内各类设备和更换设备的自由度,同时不满足标准化设计的厂商将被逐步淘汰,使变电站自动化专业逐步走向良性的发展。
四、结语
随着计算机和网络通信技术的发展,变电站自动化技术会得到更广泛的研究和应用，为社会创造更大的效益。
参考文献
[1] 江智伟.变电站自动化及其新技术[M].中国电力出版社,2006,1.
[2] 杨晓静.变电站自动化系统的数字化趋势[J].江苏电机工程,2006(3).
[3] 张建侠.变电站综合自动化技术综述[J].贵州电力技术,2001(4).