变电站自动化系统的新发展

2009.5 CHINA EQUIPMENT100 T 科技纵横ECHNOLOGY 变电站自动化系统的新发展 文/郭东明 【摘 要】在变电站自动化领域中，智 能化电气的发展，特别是智能化开关、光 电式互感器等机电一体化设备的出现，变 电站自动化技术即将进入数字化新阶段。 本文论述了数字化变电站自动化系统的 特征、结构及功能划分等。 【关键词】变电站自动化数字化智能化 1.数字化变电站自动化系统的特点 1.1智能化的一次设备 一次设备被检测的信号回路和被控制的 操作驱动回路采用微处理器和光电技术 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ， 简化了常规机电式继电器及控制回路的结构， 数字程控器及数字公共信号网络取代传统的 导线连接。换言之，变电站二次回路中常规的 继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的 强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤 代替。 1.2网络化的二次设备 变电站内常规的二次设备，如继电保护装 置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、 故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置 以及正在发展中的在线状态检测装置等全部 基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设 备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次 设备不再出现常规功能装置重复的 I/O 现场 接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享， 常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模 块。 1.3自动化的运行管理系统 变电站运行管理自动化系统应包括电力 生产运行数据、状态 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 统计无纸化；数据信 息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故 障时能即时提供故障 分析 报告，指出故障原 因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电 站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期 检修”改变为“状态检修”。 2.数字化变电站自动化系统的结构 在变电站自动化领域中，智能化电气的发 展，特别是智能开关、光电式互感器机电一体 化设备的出现，变电站自动化技术进入了数字 化的新阶段。在高压和超高压变电站中，保护 装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的 I/O单元，如 A/D变换、光隔离器件、控制操作 回路等将割列出来作为智能化一次设备的一 部分。反言之，智能化一次设备的数字化传感 器、数字化控制回路代替了常规继电保护装 置、测控等装置的 I/O部分；而在中低压变电 站则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地 安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设 计。 数字化变电站自动化系统的结构在物理 上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化 的二次设备；在逻辑结构上可分为三个层次， 根据 IEC6185A通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 草案定义，这三个层 次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。 2.1过程层 过程层是一次设备与二次设备的结合面， 或者说过程层是指智能化电气设备的智能化 部分。过程层的主要功能分三类： 2.1.1电力运行的实时电气量检测。 与传统的功能一样，主要是电流、电压、相 位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、 无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。 与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电 流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光 电电压互感器取代；采集传统模拟量被直接采 集数字量所取代，这样做的优点是抗干扰性能 强，绝缘和抗饱和特性好，开关装置实现了小 型化、紧凑化。 2.1.2运行设备的状态参数在线检测与统计。 变电站需要进行状态参数检测的设备主 要有变压器、断路器、刀闸、母线、电容器、电抗 器以及直流电源系统。在线检测的内容主要 有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作 状态等数据 2.1.3操作控制的执行与驱动。 操作控制的执行与驱动包括变压器分接 头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、 刀闸合分控制，直流电源充放电控制。过程层 的控制执行与驱动大部分是被动的，即按上层 控制指令而动作，比如接到间隔层保护装置的 跳闸指令、电压无功控制的投切命令、对断路 器的遥控开合命令等。在执行控制命令时具 有智能性，能判别命令的真伪及其合理性，还 能对即将进行的动作精度进行控制，能使断路 器定相合闸，选相分闸，在选定的相角下实现 断路器的关合和开断，要求操作时间限制在规 定的参数内。又例如对真空开关的同步操作 要求能做到开关触头在零电压时关合，在零电 流时分断等。 2.2间隔层 间隔层设备的主要功能是：（1）汇总本间 隔过程层实时数据信息；（2）实施对一次设备 保护控制功能；（3）实施本间隔操作闭锁功能； （4）实施操作同期及其他控制功能；（5）对数据 采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级 别的控制；（6）承上启下的通信功能，即同时高 速完成与过程层及站控层的网络通信功能。 必要时，上下网络接口具备双口全双工方式， 以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可 靠性。 2.3站控层 站控层的主要任务是：（1）通过两级高速 网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时 数据库，按时登录历史数据库；（2）按既定规约 将有关数据信息送向调度或控制中心；（3）接 收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、 过程层执行；（4）具有在线可编程的全站操作 闭锁控制功能；（5）具有（或备有）站内当地监 控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警， 甚至图像，声音等多媒体功能；（6）具有对间隔 层、过程层诸设备的在线维护、在线组态，在线 修改参数的功能；（7）具有（或备有）变电站故 障自动分析和操作培训功能。 3. 数字化变电站自动化系统中的网 络选型 网络系统是数字化变电站自动化系统的 命脉，它的可靠性与信息传输的快速性决定了 系统的可用性。常规变电站自动化系统中单 套保护装置的信息采集与保护算法的运行一 般是在同一个 CPU控制下进行的，使得同步 采样、A/D转换，运算、输出控制命令整个流程 快速，简捷，而全数字化的系统中信息的采样、 保护算法与控制命令的形成是由网络上多个 CPU协同完成的，如何控制好采样的同步和保 护命令的快速输出是一个复杂问题，其最基本 的条件是网络的适应性，关键技术是网络通信 速度的提高和合适的通信协议的制定。 如果采用通常的现场总线技术可能不能 胜任数字化变电站自动化的技术要求。目前 以太网（ethernet）异军突起，已经进入工业自动 化过程控制领域，固化 OSI七层协议，速率达 到 100MHz 的嵌入式以太网控制与接口芯片 已大量出现，数字化变电站自动化系统的两级 网络全部采用 100MHz以太网技术是可行的。 4. 数字化变电站自动化系统发展中 的主要问题 在三个层次中，数字化变电站自动化系统 的研究正在自下而上逐步发展。目前研究的 主要 内容 集中在过程层方面，诸如智能化开 关设备、光电互感器、状态检测等技术与设备 的研究开发。国外已有一定的成熟经验，国内 的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了 相当的人力进行开发研究，并且在某些方面取 得了实质性的进展。但归纳起来，目前主要存 在的问题是：（1）研究开发过程中专业协作需 要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、 电、光三个专业协同攻关；（2）材料器件方面的 缺陷及改进；（3）试验设备、测试方法、检验标 准，特别是 EMC（电磁干扰与兼容）控制与试 验还是薄弱环节。 5.结束语 本文论述了数字化变电站综合自动化系 统的特征、结构及其发展。数字化变电站自动 化是一个系统 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ，要实现全部数字化变电站 自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解 决，作者相信在不太运的将来数字化的变电站 自动化系统，将有一个蓬勃的发展期。 （作者单位：阿城继电器股份有限公司） ●