國內(nèi)外變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、國內(nèi)外變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作者：指導(dǎo)老師：摘要：根據(jù)有關(guān)工作調(diào)研、設(shè)計(jì)實(shí)踐，對國內(nèi)外變電站綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀和發(fā)展 進(jìn)行了總結(jié)和分析，并對當(dāng)前應(yīng)用變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)提出了若干建議。關(guān)鍵詞：變電站綜合自動(dòng)化 結(jié)構(gòu) 性能Abstract: According to the status and development of related research, design practice , both at home and abroad substation ntegrated automati on Summarized and an alyzed, and the curre

2、 nt in tegrated substati on automati on tech no logy made several recomme ndati ons .Keywords: substation integrated automation configurationperformanee引言：變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備（包括控制、信號、測量、保護(hù)、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等）應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，經(jīng)過功能組合和優(yōu)化 設(shè)計(jì)，對變電站實(shí)施自動(dòng)監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)，以及與調(diào)度通信等綜合性的 自動(dòng)化系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化，可提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，減少 基建投資

3、，并為推廣變電站無人值班提供了手段。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步。近年來，隨著數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)（如光電式互感器或電子式互感器）、智能電氣設(shè)備以及相關(guān)通信技 術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)正朝著數(shù)字化方向邁進(jìn)。1. 國內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢我國變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的起步發(fā)展雖比國外晚，但我國70年代初期便先后研制成電氣集中控制裝置和“四合一”裝置（保護(hù)、控制、測量、信號）。如南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠制造的 DJK型集中控制裝置，長沙湘南電氣設(shè)備廠制 造的WJBX型“四合一”集控臺。這些稱之為集中式的弱電控制、信號、測量系 統(tǒng)的研制成功和

4、投運(yùn)為研制微機(jī)化的綜合自動(dòng)化裝置積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。70年代末80年代初南京電力自動(dòng)化研究院率先研制成功以Motorola 芯片為核心的微機(jī)RT U用于韶山灌區(qū)和鄭州供電網(wǎng)，促進(jìn)了微機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng) 用o 1987年,清華大學(xué)在山東威海望島35kV變電站用3臺微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了全 站的微機(jī)繼電保護(hù)、監(jiān)測和控制功能。之后，隨著1988年由華北電力學(xué)院研制 的第1代微機(jī)保護(hù)（01型）投 入運(yùn)行，第2代微機(jī)保護(hù)（WXB-11） 1990年4 月投入運(yùn)行并于同年12月通過部級鑒定。較遠(yuǎn)動(dòng)裝置采用微機(jī)技術(shù)滯后且更為 復(fù)雜的繼電保護(hù)全面采用微機(jī)技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。至此，隨著微機(jī)保護(hù)、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)、微機(jī)故障錄波、

5、微機(jī)監(jiān)控裝置在電網(wǎng)中的全面推廣應(yīng)用，人們?nèi)找娓械礁鲗I(yè)在技術(shù)上保持相對獨(dú)立造成了各行其是，重復(fù)硬件投資，互連復(fù)雜，甚至影響運(yùn)行的可靠性。1990年,清華大學(xué)在研制鞍山公園變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí) ,首先 提出了將監(jiān)控系統(tǒng)和RT U合而為一的設(shè)計(jì)思想。1992年5月,電力部組織召開 的“全國微機(jī)繼電保護(hù)可靠性研討會(huì)”指出：微機(jī)保護(hù)與RT U,微機(jī)就地監(jiān)控， 微機(jī)錄波器的信息傳送，時(shí)鐘、抗干擾接地等問題應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃并制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，微機(jī)保護(hù)的聯(lián)網(wǎng)勢在必行。由南京電力自動(dòng)化研究院研制的第 1套適用于綜合自 動(dòng)化系統(tǒng)的成套微機(jī)保護(hù)裝置ISA于1993年通過部級鑒定以后，各地電網(wǎng)逐 步開始大量采用變電站綜合自

6、動(dòng)化系統(tǒng)。1994年中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)繼電保護(hù)及 自動(dòng)化專委會(huì)在珠海召開了“變電站綜合自動(dòng)化分專業(yè)委員會(huì)”的成立大會(huì)，這標(biāo)志著對變電站綜合自動(dòng)化的深入研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新階段。目前，國內(nèi)有關(guān)研制和生產(chǎn)單位推出的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)及產(chǎn)品很多，根據(jù)該技術(shù)的發(fā)展過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，歸納起來可分為3種典型類型。第1種類型 為基于RT U、變送器及繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置等設(shè)備的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，一般稱為增強(qiáng)型RT U方式，也稱集中式，或第1代綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該類系統(tǒng) 實(shí)際上是在常規(guī)的繼電保護(hù)及二次接線的基礎(chǔ)上增設(shè)RT U裝置以實(shí)現(xiàn)“四遙”。結(jié)構(gòu)上僅是站級概念，有關(guān)重要信息通過硬接點(diǎn)送給 RT U裝置，變電

7、所 的監(jiān)測量一般經(jīng)變送器變換后送給 RT U。開關(guān)監(jiān)測量是直接引至 RT U , RT U的控制輸出一般經(jīng)遙控執(zhí)行柜發(fā)出控制命令。該類系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)功能不 強(qiáng)，硬件設(shè)備重復(fù)，整體性能指標(biāo)低，系統(tǒng)聯(lián)接復(fù)雜，可靠性低，但其成本低， 特別適合于老站的改造。實(shí)際上該類系統(tǒng)僅為變電站綜合自動(dòng)化的初級形式，尚不能稱為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。第2種類型為從硬件結(jié)構(gòu)上按功能對裝置進(jìn)行了劃 分，摒棄了集中式單CP U結(jié)構(gòu)而走向分散，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元，主機(jī)單元、 遙控執(zhí)行單元、保護(hù)單元組成。各功能單元通過通信網(wǎng)絡(luò)等手段實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成系統(tǒng)。該類系統(tǒng)可替代常規(guī)的保護(hù)屏、控制屏、中央信號屏、遠(yuǎn)動(dòng)屏、測量 儀表等。它具

8、有較強(qiáng)的在線功能。各種功能比較完善，且人機(jī)界面較好。但系統(tǒng) 仍然比較復(fù)雜，聯(lián)結(jié)電纜較多，系統(tǒng)可靠性不太高。這類系統(tǒng)雖然做到了一定程 度上的分散，但沒有從整體上來考慮變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ，一般僅是監(jiān) 控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)簡單的相加。由于我國保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)分屬不同的部門和專業(yè)。故 我國目前的大多數(shù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)均屬此類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般稱為分散式 系統(tǒng)或第2代綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是一種過渡方案。第3種類型系統(tǒng)是采用國際上成 熟的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，引入了站控級和間隔級概念，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。設(shè) 備分變電站層設(shè)備（站控級）和間隔層設(shè)備（間隔級）。間隔層設(shè)備原則上按 一次設(shè)備組織,例如1條線路、1臺主

9、變壓器。每一間隔層設(shè)備包括保護(hù)、控制、 測量、通信、錄波等所有功能。設(shè)計(jì)的原則是：凡是可以在本間隔層設(shè)備完成的 功能，盡量由間隔層設(shè)備就地獨(dú)立處理，不依賴于通信網(wǎng)和變電站層設(shè)備。變電站層設(shè)備是通過間隔層設(shè)備了解和掌握整個(gè)變電站實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，并通過間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)變電站控制，它還負(fù)責(zé)站內(nèi)信息收集、分析、存儲以及與遠(yuǎn)方調(diào)度中 心的聯(lián)系，這類系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息資源的共享以及保護(hù)、監(jiān)控功能的綜合化，大大簡化了站內(nèi)二次回路，它完全消除了設(shè)備之間錯(cuò)綜復(fù)雜的二次電纜。由于間隔層 設(shè)備可放在開關(guān)柜上或放置在一次設(shè)備附近，從而可大大縮小主控制室面積，節(jié)省控制電纜，減少CT負(fù)擔(dān)。同時(shí)大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性

10、 ， 是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。該類系統(tǒng)一般稱為分層分布式系統(tǒng)，也稱為第3代變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。第1種技術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要考 慮“四遙量”的采集，以點(diǎn)為對象，面向“功能設(shè)計(jì)”，故變電站綜合自動(dòng)化 系統(tǒng)應(yīng)以傳統(tǒng)RT U裝置或在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)據(jù)采集裝置、主控單元、遙 控執(zhí)行等裝置組成的監(jiān)控為基礎(chǔ)組成，它與微機(jī)保護(hù)的聯(lián)系只要通過裝置上的 串行口收集信息即可，并且特別強(qiáng)調(diào)保護(hù)的獨(dú)立性，即兩者不能有任何硬件上 的融合。由于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)源于傳統(tǒng)的“四遙”并且是在微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)、微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，且保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)分屬不同的部門和專業(yè)，故這種技 術(shù)觀點(diǎn)曾一度流行。而第2種技術(shù)

11、觀點(diǎn)認(rèn)為：綜合自動(dòng)化技術(shù)是以先進(jìn)可靠的微 機(jī)保護(hù)為核心，以成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將測量控制與繼電保護(hù)融為一體，共享數(shù)據(jù)資源，并十分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)是以對應(yīng)的一次設(shè)備為對象，面向“對象設(shè)計(jì)”。當(dāng)然它也強(qiáng)調(diào)保護(hù)的相對獨(dú)立性，主張?jiān)?決不降低保護(hù)可靠性和功能的前提下，目前至少可以在低壓上采用保護(hù)與測控 合一的綜合裝置。第2種技術(shù)觀點(diǎn)是在微機(jī)保護(hù)技術(shù)成熟并向網(wǎng)絡(luò)化多功能方向 發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的。因此，第2種技術(shù)觀點(diǎn)正逐步成為大家的共識，它也成為 了目前綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢和潮流。綜觀目前國內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展軌跡，我們可以看出如下發(fā)展 趨勢:在總體結(jié)構(gòu)上引入國際上成

12、熟的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，并 采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)（L AN）, 通信規(guī)約向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏；通信媒介普遍采用光 纖，因?yàn)楣饫w具有抗電磁干擾的突出優(yōu)點(diǎn)；c.間隔層設(shè)備逐步采用保護(hù)與測控 合一的綜合裝置，對于配電線直接安裝在開關(guān)柜上。2. 國外變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展概況國外從70年代末、80年代初就開始進(jìn)行保護(hù)和控制綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的新技術(shù) 開發(fā)研究工作。其主要特點(diǎn)為：系統(tǒng)一般采用分層分布式，系統(tǒng)由站控級和元件 /間隔級組成，大部分系統(tǒng)在站控級和元件/間隔級的通信采用星形光纖連接， 繼電保護(hù)裝置下放到就地，主控制室與各級電壓配電裝置之間僅有光纜聯(lián)系 ， 沒有強(qiáng)電控制電纜進(jìn)入主控制室，這樣節(jié)約

13、了大量控制電纜，大大減少對主控 制室內(nèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其他電子元件器的干擾，提高了運(yùn)行水平和安全可靠性。2.1國外在制定變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范方面的進(jìn)展國外變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)制造廠商頗多，但他們彼此之間一開始就十分 注意系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定及協(xié)調(diào)，以避免各自為政造成的不良后果， 以便于這門新技術(shù)能夠迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。目前，許多國際性組織或權(quán)威機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行這項(xiàng)工作,如國際電工委員會(huì)（IEC）、國際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）、 德國電力事業(yè)聯(lián)合會(huì)（VDEW）和電工供貨商機(jī)構(gòu)（ZVEI ）、美國電力科 學(xué)研究 院（EP RI） 和IEEE的電力工程學(xué)會(huì)（IEEE、PES）都正在制訂或已 制訂

14、了某些標(biāo)準(zhǔn)。1.2. 1德國電力事業(yè)聯(lián)合會(huì)（VDEW）和電工供貨商機(jī)構(gòu)（Z VEI）制定的關(guān)于數(shù)字式變電站保護(hù)控制系統(tǒng)的推薦草案。該草案于1987年公布，成為IECT C57在起草保護(hù)與控制之間接口標(biāo)準(zhǔn)的參考。德國的3大電氣公司Siemens、ABB AEG基本上是按照這一推薦規(guī)范設(shè)計(jì)和開發(fā)自己的產(chǎn)品。該草案把變電站的結(jié)構(gòu)規(guī)定 為 站控級（St atio n L evel ）和元件/間隔級（BayLev el ）。對于系統(tǒng)的硬件、軟件、參數(shù)化、資料、測試、驗(yàn)收和現(xiàn)場調(diào)試等都 做出了具體而詳盡的規(guī)定。該推薦草案的公布不僅對德國國內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化 的發(fā)展而且對整個(gè)歐州地區(qū)都起了一定的促進(jìn)和規(guī)范作

15、用。2.2美國電力科學(xué)研究院關(guān)于變電站控制與保護(hù)工程的系統(tǒng)規(guī)范該規(guī)范由美國電力科學(xué)研究院（EPRI）委托西屋電氣公司研究起草，于 1983年8月發(fā)表,1989年11月對該規(guī)范作了進(jìn)一步的修改與增補(bǔ)。該規(guī)范定義出 了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的范疇，同時(shí)列出了該系統(tǒng)應(yīng)具備的功能菜單，規(guī)定 了每一種功能應(yīng)具備的內(nèi)容及基本要求。它反映了變電站綜合自動(dòng)化的基本要求 總共逐個(gè)規(guī)定了 26種功能。普遍認(rèn)為，任何一種裝置的功能都不可能超出上述功 能清單之外。3. 國內(nèi)變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展存在的問題目前變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此標(biāo)準(zhǔn)問題，其中包 括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)化系統(tǒng)模式、管理標(biāo)準(zhǔn)等問題，是當(dāng)前

16、迫切需要解決的問題3.1不同產(chǎn)品的接口問題接口是綜合自動(dòng)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(hù)、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(shè)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(fèi)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(dāng)不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時(shí)，問題會(huì)很嚴(yán)重。如果所有廠家的自動(dòng) 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(biāo)準(zhǔn)，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(diǎn)進(jìn)行選擇，以滿足自身的使用要求。3.2運(yùn)行維護(hù)人員水平不高的問題解決好現(xiàn)行的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)管理體制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等問題的同時(shí)，還要培養(yǎng)出一批高素質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍。目前，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)絕大部分設(shè)備的 維護(hù)依靠廠家，在專業(yè)管理上幾乎沒有專業(yè)隊(duì)伍，出了設(shè)備缺陷即通知相應(yīng)的廠 家來處理，從而造成缺陷處理不及時(shí)等一系列問題。要想維護(hù)、管理好變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，首先要成立一只專業(yè)化的隊(duì)伍，培養(yǎng)出一批能跨學(xué)科的復(fù)合型人 才，加寬相關(guān)專業(yè)之間的了解和學(xué)習(xí)。其次，變電站綜合自動(dòng)化專業(yè)的劃分應(yīng)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