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淺析變電站的自動化系統(tǒng)
摘要： 變電站自動化技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，受到了深遠的影響，變電站自動化技術(shù)即將進入數(shù)字化新階段，本文淺析了變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展動向。
關(guān)鍵詞： 變電站自動化；智能化；網(wǎng)絡(luò)化
0 引言
經(jīng)過十多年歷史的變電站自動化技術(shù)已經(jīng)達到一定的水平。城市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)改造項目已全面鋪開，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)的各種技術(shù)發(fā)展十分迅速的情況下，建設(shè)高度可靠、有效可控的現(xiàn)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(yīng)由自動化系統(tǒng)來完成，應(yīng)能方便地在遠方完成對變電站的自動監(jiān)控。變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微機化、測量顯示數(shù)字化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等特征。
1 變電所自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
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(shè)備的一部分。反之，智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器，數(shù)字化控制回路代替了；而在中低壓變電所則將保護、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整的安裝在開關(guān)柜上，實現(xiàn)了變電所機電一體化設(shè)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(shù)字化變電所自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)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(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合面，換言之過程層是指智能化電氣設(shè)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(tǒng)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(shè)備運算得出。采集傳統(tǒng)模擬量被直接采集了數(shù)字量所取代。這樣做的優(yōu)點式抗干擾性能強，絕緣和抗飽和特性好。開關(guān)裝置實現(xiàn)了小型化、緊湊化。
1.1.2 運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線檢測與統(tǒng)計 變電所需要進行狀態(tài)參數(shù)檢測的設(shè)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(tǒng)。在線檢測的內(nèi)容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性和工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
1.1.3 操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動 操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)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(zhí)行與驅(qū)動大部分是被動的，即按上層控制指令而動作，在執(zhí)行控制命令時具有智能性，能判別命令的真?zhèn)渭捌浜侠硇裕�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(xiàn)斷路器的開合和開斷，要求操作時間限制在規(guī)定的參數(shù)內(nèi)。
1.2 間隔層：其主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；（2）實施對一次設(shè)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(wǎng)絡(luò)通信功能；（6）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)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(wǎng)絡(luò)匯總?cè)膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)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(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機聯(lián)系功能；（4）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；（5）接受調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；（6）具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；（7）具有變電所故障自動分析和操作培訓(xùn)功能。
2 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點
2.1 智能化的一次設(shè)備 一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，使之?dāng)?shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)咯取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。
2.1.1 網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備 變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，已改變了傳統(tǒng)二次設(shè)備的模式，為簡化系統(tǒng)，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(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)路通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/0現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)路真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，資源共享，常規(guī)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(tǒng) 變電站運行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)?ldquo;狀態(tài)檢修”。
3 變電站自動化發(fā)展的新動向
變電站的自動化發(fā)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(fā)展。必須在饋電線路上裝設(shè)電動開關(guān)，配置饋線終端設(shè)備FTU，對一些分支線路，還應(yīng)裝設(shè)故障指示器，并利用通信系統(tǒng)，向系統(tǒng)提供饋線運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，執(zhí)行系統(tǒng)下達的饋線開關(guān)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(shè)備以及家用電器設(shè)備增多，降低了電壓質(zhì)量。電壓質(zhì)量對現(xiàn)代電子設(shè)備及計算機系統(tǒng)影響極大。為此，提出系統(tǒng)應(yīng)對電壓進行連續(xù)測量和質(zhì)量分析，噪聲越限告警，同時要根據(jù)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(fā)展趨勢。另外，變電站自動化系統(tǒng)作為一個龐大、復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含眾多的設(shè)備和子系統(tǒng)，個功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，其本身及其所用技術(shù)又處于不斷發(fā)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(shè)、運行和維護的綜合成本，為提高供電可靠性，創(chuàng)造了有力的條件。故障定位和自動恢復(fù)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(shù)字式繼電保護、饋線自動化和DMS系統(tǒng)為基礎(chǔ)。對于故障定位，國外有人提出使用三種技術(shù)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(qū)間故障概率統(tǒng)計法，這些信息結(jié)合在一起進行模糊邏輯處理。
變電站自動化系統(tǒng)采用全面解決方案，走系統(tǒng)集成之路，使得各種應(yīng)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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