電力系統(tǒng)及其自動化簡介

電力系統(tǒng)和電力系統(tǒng)自動化

電力工業(yè)是具有公用事業(yè)性質(zhì)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，電力行業(yè)是具有明顯為社會

公益性的行業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，電力供應(yīng)的牢靠性對現(xiàn)代社會具有極其

重大的影響。我國經(jīng)濟(jì)在穩(wěn)步快速的進(jìn)展，需要我國電力工業(yè)進(jìn)展的支持，也

給電力系統(tǒng)自動化產(chǎn)業(yè)供應(yīng)了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1我國電力系統(tǒng)進(jìn)展和現(xiàn)狀

1.1體制變遷

?97年前：電力工業(yè)部

?97年8月：國家電力公司

?02年3月：國務(wù)院正式批準(zhǔn)了以“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)，打破壟斷，

引入競爭”為宗旨的《電力體制改革方案》（即：國務(wù)院5號文件）。

?02年10月：成立國家電力監(jiān)管委員會（電監(jiān)會）

?02年12月29日，在原國家電力公司的基礎(chǔ)上，中國電力新組建（改

組）的II家公司宣告成立，包括兩家電網(wǎng)公司、五家發(fā)電集團(tuán)公司和

四家輔業(yè)集團(tuán)公司分別經(jīng)營電網(wǎng)、電源及輔業(yè)資產(chǎn)。

電網(wǎng)公司：

/國家電網(wǎng)公司

/南方電網(wǎng)公司

發(fā)電公司

/華能集團(tuán)公司

/大唐集團(tuán)公司

/華電集團(tuán)公司

/國電集團(tuán)公司

/電力投資集團(tuán)

輔業(yè)集團(tuán)

/中國電力工程顧問集團(tuán)公司

,中國水電工程顧問集團(tuán)公司

/中國水利水電建設(shè)集團(tuán)公司

,中國葛洲壩集團(tuán)公司

?電力產(chǎn)業(yè)總資產(chǎn)（2000年底）：

2.5萬億元，其中原國電總資產(chǎn)1.8萬億元

1.2近期進(jìn)展?fàn)顩r

?發(fā)電裝機(jī)容量:

198()：6587萬KW(65869MW)

1987：10289.7萬KW

1993：2000()萬KW

1996：23654萬KW

2003：38900萬KW

2004：44000萬KW,用電21735億千瓦時

2005年底：50841萬KW,用電24220億千瓦時

將來十年，估計(jì)還要增加50000萬KW

?變電站數(shù)量：

1996年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（注）：

500KV：47

330KV：25

220KV：1003

154KV：2

110KV：5496

66KV：2729

35KV：20921

目前每年新增變電站約4000個，改造老變電站約2000個。

2003年末數(shù)據(jù)（網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，供參考）：

500kV：近100個

220kV：1800多個

110kV：5900個

66kV/35kV變電站有5700多個

另有數(shù)據(jù)顯示，全國110KV以下、35KV以上的終端變電站有18000

余庫，35KV等級以下的各類配電變電站數(shù)量更多

近幾年，每年新增變電站約4000個，改造老變電站約2000個。

2電力系統(tǒng)概述

2.1電力系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）平衡性：電能不能儲存，電能的生產(chǎn)、輸送、安排和使用同時完成。

（2）瞬時性：暫態(tài)過程格外快速，電能以電磁波的形式傳播，真空中傳播

速度為300km/ms。

（3）和國民經(jīng)濟(jì)各部門間的關(guān)系親密。

2.2電力系統(tǒng)的組成

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)、升壓及降壓變電設(shè)備、電力網(wǎng)及電能用戶（用

電設(shè)備）組成的系統(tǒng)。

發(fā)電，輸變電，配電，用電

動力系統(tǒng)

煤電力系統(tǒng)

石

油

天

然

電力網(wǎng)

能

核

鈾電能

發(fā)電機(jī)一＞升壓變壓器》輸電線路T降壓變壓器用電設(shè)備

水

（1）發(fā)電部分（Generation）：

發(fā)電廠，將化學(xué)能（煤炭，燃油），水能，咳能，風(fēng)能等轉(zhuǎn)化為電能0

/火電廠：煤、油（不行再生），空氣，水

/水電廠：水的勢能（可再生能源），受氣象影響大。

/核電站：核燃料（比較貴），水

/抽水蓄能電站：吸發(fā)兼?zhèn)?，峰谷調(diào)整，快速備用

/化學(xué)能電源：各種電池，燃料電池等，效率高，比較貴

/綠色能源：風(fēng)能、太陽能、潮汐發(fā)電，地?zé)犭娬?，比較貴，易受自然條

件影響。

（2）輸配電部分（PowerTransmissionGrid）：輸電網(wǎng)絡(luò)，通過高壓輸電網(wǎng)絡(luò)

將電能由發(fā)電廠輸送到負(fù)荷中心

?變電站

甘一次設(shè)備

變壓器

斷路器（開關(guān)）

隔離開關(guān)（刀閘）

限流電抗器（電感）

載流導(dǎo)體（母線/輸電線）

CT/PT（CurrentTransformer/PotentialTransformer）

絕緣子

接地裝置

補(bǔ)償裝置（調(diào)相機(jī)/電容/靜補(bǔ)裝置）

中性點(diǎn)設(shè)備

避雷設(shè)備

的二次設(shè)備

把握系統(tǒng)：直流電壓，把握短路器開合

信號系統(tǒng)：警報音響，位置信號（斷路器開合）

測量系統(tǒng)：測量表計(jì)

同步系統(tǒng)：保證同期操作（同壓，同頻，同相）用的設(shè)備

測量設(shè)備

愛護(hù)設(shè)備

把握設(shè)備

監(jiān)視設(shè)備（包括故障錄波）

常規(guī)變送器和微機(jī)變送器

?輸電線路

架空線路：鋼芯鋁導(dǎo)線，分裂導(dǎo)線；裸導(dǎo)線，絕緣導(dǎo)線

電纜：單相，三相

溝通線路：潮流不行控，遠(yuǎn)距離輸電穩(wěn)定性問題較大

直流線路：潮流可控，超遠(yuǎn)距離輸電無穩(wěn)定性問題。

交直流混合輸電網(wǎng)絡(luò)（整流站，換流站，直流線路），不同頻電網(wǎng)互聯(lián)

?用電部分

用電設(shè)備消耗電能

高壓用戶額定電壓在IkV以上，低壓用戶額定電壓在IkV以下。

2.3對電力系統(tǒng)的基本要求

（I）保證供電牢靠性

（2）保證電能質(zhì)量

（3）提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

（4）其它：如環(huán)境愛護(hù)問題

2.4衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)

（1）電壓偏差

電壓偏差指當(dāng)供配電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變運(yùn)行方式或負(fù)荷緩慢地變化使供配電系統(tǒng)各

點(diǎn)的電壓也隨之轉(zhuǎn)變，各點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)額定電壓之差，通常用與系統(tǒng)額

東申壓的百分比值數(shù)表示。

（2）電壓波動

電壓連續(xù)變動或電壓包絡(luò)線的周期性變動，電壓的最大值與最小值之差與系

統(tǒng)額定電壓的比值以百分?jǐn)?shù)表示，其變化速度等于或大于每秒0.2%時稱為電壓

波動。

（3）頻率偏差

頻率偏差是指供電的實(shí)際頻率與電網(wǎng)的額定頻率的差值。

我國電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz,又叫工頻。頻率偏差般不超過_L0.25Hz,

當(dāng)電網(wǎng)容量大于3000MW時，頻率偏差不超過±0.2Hz。

調(diào)整頻率的方法是增大或減小電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)有功功率。

（4）供電牢靠性

供電牢靠性指標(biāo)是依據(jù)用電負(fù)荷的等級要求制定的。

衡量供電牢靠性的指標(biāo)，用全年平均供電時間占全年時間百分?jǐn)?shù)表示。

（5）其它

/電壓閃變

負(fù)荷急劇的波動造成供配電系統(tǒng)瞬時電壓上升，照度隨之急劇變化，使人眼

對燈閃感到不適，這種現(xiàn)象稱為電壓閃變。

/不對稱度

不對稱度是衡量多相負(fù)荷平衡狀態(tài)的指標(biāo)，多相系統(tǒng)的電壓負(fù)序重量與電壓

正序重量之比值稱為電壓的不對稱度，電流負(fù)序重量與電流正序重量之比值稱

為電流的不對稱度，均以百分?jǐn)?shù)表示。

/正弦波形畸變率

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電壓波形中消滅諧波（有時為非諧波）時網(wǎng)絡(luò)電壓波形就要發(fā)生畸變。

諧波干擾是由于非線性系統(tǒng)引起的。它產(chǎn)生出不同于網(wǎng)絡(luò)頻率的電壓波，或者

具有非正弦形的電流波。包括n次諧波電壓、電流含有率，電壓、電流總諧波

畸變率，諧波電壓的總平均畸變系數(shù)。

2.5常用概念

（1）基本量綱

電壓：伏特（V）,千伏（KV）,萬伏（慣用）

電流：安培（A）

有功功率：瓦特（W）,千瓦（KW）,兆瓦（MW）,萬千瓦（慣月）

無功功率：乏（Var）,干乏（KVar）

電量：度（KWH—kilowatt-hour）

（1）電壓等級

國家規(guī)定的等級：3,6,10,35,（66）,110,（154）,220,330,500KV

其中：

500,330,220KV用于大電力系統(tǒng)主干線

110KV用于中小電力系統(tǒng)主干線，和大電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)

35KV用于大城市或大工業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，以及農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)

10KV為最常用的更低一級配電網(wǎng)絡(luò)，只有負(fù)荷中高壓電動機(jī)比重很大

時才用6KV電壓

3KV用于工況企業(yè)內(nèi)部

（2）調(diào)度等級

五級調(diào)度（國，網(wǎng)，省，地，縣）

（3）調(diào)度部門組成和作用

調(diào)度部門的一般包括：調(diào)度，方式，愛護(hù)，通信，遠(yuǎn)動（自動化）

3電力信息化

電力信息化大致分為兩部分：

?電力系統(tǒng)自動化：保障電能平安牢靠地在電網(wǎng)傳輸；

?電力營銷和通用信息化：保證電能銷售和電網(wǎng)資產(chǎn)科學(xué)有效管理。

由于電力生產(chǎn)平安性與穩(wěn)定性的要求，電網(wǎng)企業(yè)對生產(chǎn)過程把握的信息技術(shù)

應(yīng)用一向比較重視，而對業(yè)務(wù)及管理的信息化重視卻相對不足，生產(chǎn)自動化與

管理信息化的進(jìn)展處于不平衡狀態(tài)。兩者的投資比重大致為80：20。

4電力系統(tǒng)自動化的基本概念

電力系統(tǒng)自動化（electricpowersystemautomation）是電力信息化最重要的

部分。

電力系統(tǒng)自動化是應(yīng)用各種具有自動檢測、反饋、決策和把握功能的裝置并

通過信號、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對電力系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)進(jìn)行就地或遠(yuǎn)

方的自動監(jiān)視、協(xié)調(diào)、調(diào)整和把握，目的是保證電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和平安經(jīng)

濟(jì)運(yùn)行。

電能的供應(yīng)和使用與社會經(jīng)濟(jì)和人民日常生活親密相關(guān)。電力系統(tǒng)包括生

產(chǎn)、傳輸、安排、消費(fèi)電能的各個環(huán)節(jié)，是一個簡單的連續(xù)生產(chǎn)和消費(fèi)過程，

在地域上分布寬廣而在電氣上卻是聯(lián)成一體的。電能質(zhì)量不合格將引起產(chǎn)品質(zhì)

量和生產(chǎn)率的下降以及人民生活的不便，突然停電和長期頻率或電壓下降的狀

況下還回造成人身傷亡和設(shè)備損壞事故。電力系統(tǒng)中任何一個元件的參數(shù)和運(yùn)

行狀態(tài)的變化都會快速地影響到系統(tǒng)中其他元;牛的正常工作，所以在電力系統(tǒng)

中任何一處發(fā)生故障，應(yīng)準(zhǔn)時而正確地處理，否則將使事故擴(kuò)大，并波及電力

系統(tǒng)其他運(yùn)行部分，以至造成大面積停電。一次能源調(diào)度、發(fā)電機(jī)起停和負(fù)荷

安排、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和潮流分布、負(fù)荷把握和管理的合理與否，都涉及電力系統(tǒng)運(yùn)

行中能量的節(jié)省和所發(fā)揮的經(jīng)濟(jì)效益。

由于電力系統(tǒng)規(guī)模和容量的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式日益簡單，單純

依靠人力來監(jiān)視電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，正確而準(zhǔn)時地進(jìn)行各項(xiàng)操作，快速地處

理事故，已經(jīng)是不行能了。必需應(yīng)用現(xiàn)代把握理論、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、

通信技術(shù)、圖象顯示技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的最新成就來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化。

電力系統(tǒng)自動化的基本要求如下：

（1）快速而正確地收集、檢測和處理電力系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)

的運(yùn)行參數(shù)。

（2）依據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)各元件的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和平安要求

為運(yùn)行人員供應(yīng)調(diào)整和把握的決策，或者直接對各元件進(jìn)行調(diào)整和把

提c

（3）實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)各層次、各局部系統(tǒng)和各元件間的綜合協(xié)調(diào)，尋求電力系

統(tǒng)電能質(zhì)量合格和平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（4）提高供電牢靠性，削減電力系統(tǒng)事故、延長設(shè)備壽命，提高運(yùn)行水平，

節(jié)省人力，減輕勞動強(qiáng)度。

4.1電力系統(tǒng)自動化進(jìn)展過程

電力系統(tǒng)自動化是在應(yīng)用各種自動裝置逐步取代人工操作的過程中進(jìn)展起

來的。最先，運(yùn)行人員在發(fā)電機(jī)組、開關(guān)設(shè)備等電力系統(tǒng)元件的近旁直接監(jiān)視

設(shè)備狀態(tài)并進(jìn)行手工操作和調(diào)整，例如人工操蚱開關(guān)、調(diào)整發(fā)電機(jī)的出力和電

壓等。這種工作方式的效果與運(yùn)行人員的素養(yǎng)和精神狀態(tài)有關(guān)，也與監(jiān)視儀表

和調(diào)整操作裝置的完善性有親密關(guān)系，往往不能準(zhǔn)時而正確地對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整

和把握，特殊在發(fā)生事故時，由于來不及反應(yīng)事故的發(fā)生和進(jìn)展，而使事故擴(kuò)

大。

隨著單個設(shè)備或單個過程自動裝置（或調(diào)整器）的應(yīng)用，直接以運(yùn)行參數(shù)的

變化作為把握裝置的輸入信號，來起動設(shè)備的操作和把握，如利用各種繼電器

來反應(yīng)系統(tǒng)故障狀況下的電流和電壓的變化，及斷路器開斷故障線路；依據(jù)發(fā)

電機(jī)端電壓變化的信號來調(diào)整勵磁電流，以實(shí)現(xiàn)電壓和無功功率的調(diào)整和把握；

依據(jù)系統(tǒng)頻率的變化信號來調(diào)整原動機(jī)的出力,以實(shí)現(xiàn)頻率和有功功率的調(diào)整

和把握以及水輪機(jī)組的程序起動等。這種單參數(shù)、單回路的調(diào)整和把握裝置的

應(yīng)用，節(jié)省了人力，并能比較正確而準(zhǔn)時地把握運(yùn)行狀態(tài)。隨著電子技術(shù)和計(jì)

算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，自動裝置的組成元件也由最初的電磁型的進(jìn)展成由晶體管、

集成電路構(gòu)成的無觸點(diǎn)型的并進(jìn)一步接受以微型計(jì)算機(jī)（或微處理器）為基礎(chǔ)

的可編程序把握器等先進(jìn)設(shè)備。

由于電力系統(tǒng)的進(jìn)展，發(fā)電廠（發(fā)電機(jī)）及電力系統(tǒng)其他元件數(shù)量的增加，

運(yùn)行丁況的簡單，使得協(xié)調(diào)各元件間的把握成為必要C所以.在一個發(fā)電廠、

局部電力系統(tǒng)以至整個電力系統(tǒng)開頭應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備來完成數(shù)據(jù)

收集和處理，并且利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算力量、大容量內(nèi)存和高度的規(guī)律推斷

力量，實(shí)現(xiàn)一個發(fā)電廠、局部電力系統(tǒng)以至整個電力系統(tǒng)的集中監(jiān)視、決策和

把握。

隨著電力系統(tǒng)各元件及發(fā)電廠組成的日益簡單，以及對把握的要求日益嚴(yán)

格，進(jìn)一步用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中把握越來越困難，這是由于信息量浩大，通道擁

擠，計(jì)算機(jī)的容量增大，響應(yīng)不快，運(yùn)行簡單。利用計(jì)算機(jī)性能價格比日益提

高的趨勢，對被控對象多、每個對象需要監(jiān)控的參數(shù)較多、各個對象在地理上

比較分散的系統(tǒng)，把握方式從集中把握進(jìn)展為分層把握，如中心調(diào)度所、地區(qū)

調(diào)度所、發(fā)電廠（變電所）把握中心等形式的分層把握。分層把握的最低層可

以在獵取數(shù)據(jù)的地方由就近設(shè)置的計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行把握。這樣可以避

開大量信息可來回傳送，減輕上層計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，提高信息處理的實(shí)時性。只

有涉及全系統(tǒng)的綜合信息，才由下一層轉(zhuǎn)送給上一層進(jìn)行處理和把握，在上層

作出決策后向下層發(fā)送把握信息。

4.2電力系統(tǒng)自動化的主要內(nèi)容和現(xiàn)狀

?火電廠自動化

現(xiàn)代火電廠的進(jìn)展趨勢是接受高溫、高壓、中間再熱的大型單元式發(fā)電機(jī)組，

機(jī)組的單機(jī)容量大而熱力系統(tǒng)簡單，其運(yùn)行工況多變，操作頻繁而簡單，把握

的對象和參數(shù)多，所以對火電廠的自動化程度泥出了很高的要求，傳統(tǒng)的監(jiān)控

儀表和運(yùn)行方式已滿足不了火電廠經(jīng)濟(jì)平安運(yùn)行的要求。近十幾年來已經(jīng)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)來代替常規(guī)調(diào)整儀表對單項(xiàng)參數(shù)的把握或用一些相對獨(dú)立的自動把握系

統(tǒng)來完成局部設(shè)備的把握（如鍋爐自動把握，噴燃器自動把握，汽輪機(jī)自動起

動和發(fā)電機(jī)自動同步等），或者在傳統(tǒng)的儀表和把握器的基礎(chǔ)上增加電子計(jì)算機(jī)

的協(xié)調(diào)和把握。其主要的功能有下列幾方面。

（I）平安監(jiān)視。利用計(jì)算機(jī)對發(fā)電機(jī)組的各種參數(shù)和各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行

巡回和周期性的測量和檢查。對于不同的運(yùn)行工況（如正常、特別、起停

過程、事故）。檢測的內(nèi)容和周期是不同的。實(shí)行數(shù)據(jù)后還要進(jìn)行必要的

處理，例如推斷數(shù)據(jù)的正確性，對某些參數(shù)的修正，進(jìn)行參數(shù)謔波等。同

時，可對收集到的信息進(jìn)一步校驗(yàn)是否越限，并通過聲光顯示或打印輸出

向運(yùn)行人員報告。還可以依據(jù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出如功率總加、鍋

爐效率、廠用電率等性能指標(biāo)值。

（2）正常調(diào)整。在正常運(yùn)行時，對鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等主輔設(shè)備進(jìn)行直接

或間接把握。在運(yùn)行中，因不斷受到內(nèi)外部條件及十?dāng)_影響，一些被調(diào)參

數(shù)（如汽壓、汽溫、水位、流量、風(fēng)量等）經(jīng)常發(fā)生變化，這就要利用自

動調(diào)整器，依據(jù)被調(diào)量的偏差值，按規(guī)定的調(diào)整規(guī)律進(jìn)行調(diào)整。最簡潔的

是單回路調(diào)整系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)可以同時把握若干回路，并考慮各參數(shù)的

相關(guān)因素。

（3）機(jī)組起停。高參數(shù)和大容量機(jī)組的汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、幫助系統(tǒng)、除氧

給水系統(tǒng)格外簡單，使機(jī)組起停時的把握格外困難。在從冷態(tài)起動到帶滿

負(fù)荷（幾小時到十兒小時）的過程中，包括鍋爐點(diǎn)火、升溫升壓、汽輪機(jī)

升速、初負(fù)荷保持、升負(fù)荷等幾個階段,T況不斷變化°為了保證起動設(shè)

備的平安，減輕運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，要對各種參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、

推斷和計(jì)算，然后對各調(diào)整器和程序把握回路發(fā)出指令，或者直接去調(diào)整

和操作發(fā)電機(jī)組。

（4）事故處理。對生產(chǎn)過程進(jìn)行趨勢預(yù)報和報警分析。事故發(fā)生后，首先通過

事故識別程序查明事故性質(zhì)及緣由，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的事故處理程序。假如

事故連續(xù)進(jìn)展，以致危及機(jī)組及系統(tǒng)平安時，則應(yīng)實(shí)行緊急措施（如減負(fù)

荷、停機(jī)）。在事故處理過程中，要監(jiān)視和記錄設(shè)備的狀態(tài)及主要參數(shù)，

以供運(yùn)行人員進(jìn)行事故后的分析。

?水電廠自動化

水電廠除了按方案發(fā)電外，還在電力系統(tǒng)中起著調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的作

用，所以機(jī)組啟動頻繁，工況多變（如調(diào)相改發(fā)電，抽水蓄能發(fā)電廠的抽水改

發(fā)電等）；水電廠一般要通過遠(yuǎn)距離輸電線將電能送到負(fù)荷中心，易消滅穩(wěn)定問

題；同時水電廠還應(yīng)考慮水力資源的綜合利用。所以，水電廠的自動化要能適

應(yīng)這些要求。

水電廠自動化也是從單機(jī)自動化開頭。首先實(shí)現(xiàn)機(jī)旁的儀表監(jiān)視和報警，就

地操作和單個元件的自動化，例如電氣液壓型的調(diào)速器，復(fù)式勵磁電壓教正器

等。

隨著水電廠機(jī)組數(shù)量的增多和單機(jī)容量的增大，以及水電的梯級開發(fā)和逐步

實(shí)現(xiàn)水電廠、梯級水電廠的集中把握，接受對全廠和梯級水電廠運(yùn)行狀態(tài)的巡

回檢測，全廠主輔機(jī)的集中起停，自動調(diào)頻和有功兒無功功率的成組調(diào)整，機(jī)

組的優(yōu)化運(yùn)行，穩(wěn)定的監(jiān)視和把握（如切機(jī)、電氣制動、低頻自動啟動機(jī)組等）

等。

近幾十年來，在水電廠自動化中廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和微處理機(jī)。機(jī)組的基

礎(chǔ)自動扮裝置實(shí)現(xiàn)微機(jī)化，例如微機(jī)化的調(diào)速裝置、勵磁調(diào)整器、同步系統(tǒng)等，

給水電廠的基礎(chǔ)自動化帶來了極大的便利。多微機(jī)的分布式計(jì)算機(jī)把握系統(tǒng)的

應(yīng)用，使水電廠進(jìn)入全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控和綜合自動化，實(shí)現(xiàn)全廠的平安監(jiān)視、自

動發(fā)電把握和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、事故挨次記錄和水庫經(jīng)濟(jì)調(diào)度等綜合功能。在梯級開

發(fā)的水系，還可以進(jìn)行全梯級水電廠的集中調(diào)度和把握。

隨著自動化水平的提高，在一些中、小型水電廠可以實(shí)現(xiàn)無人值班和把握中

心的遠(yuǎn)方監(jiān)控。

水電廠除了本身機(jī)組和電器設(shè)備監(jiān)視和把握外。還要考慮水力系統(tǒng)（上、下

游，以至跨流域）對水電廠的約束，實(shí)現(xiàn)水庫長、中、短期的優(yōu)化調(diào)度，以及

防洪、澆灌、航運(yùn)、供水、養(yǎng)殖的綜合利用。所以，廣義的水電廠自動化還包

括對水庫的調(diào)整和管理，以及大壩的自動監(jiān)視和管理。目前，已接受先進(jìn)的無

線電通信手段和以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的水庫流域水情測報幾防洪調(diào)度自動化系

統(tǒng)，定時收集全流域的氣象和水文（包括降雨，上、下游用水狀況等）實(shí)時數(shù)

據(jù)，經(jīng)過處理后可以得到將來時段水庫的入水流量變化過程幾洪水預(yù)報。也應(yīng)

用自動測量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)觀看大壩各項(xiàng)變量（如溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、壩縫開

度、滲透壓力等）。

?電力調(diào)度自動化

A電力調(diào)度的作用：平安、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、市場

為了合理監(jiān)視、把握和協(xié)調(diào)日益擴(kuò)大的電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)時處理影響

整個系統(tǒng)正常運(yùn)行的事故和特別現(xiàn)象，在形成電力系統(tǒng)的最早階段，就留意到

電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)方監(jiān)視卻把握問題，并提出必需沒立電力系統(tǒng)調(diào)度把握中心。在

開頭階段由于通信設(shè)備等技術(shù)裝備的限制（如只有電話），調(diào)度人員需要花費(fèi)很

多時間才能把握有限的代表電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息，電力系統(tǒng)的很大一部分

監(jiān)視和把握功能是由電力系統(tǒng)中所屬發(fā)電廠和變電所的運(yùn)行人員直接來完成

的。

遠(yuǎn)動技術(shù)和通信技術(shù)的進(jìn)展，使電力系統(tǒng)的實(shí)時信息直接進(jìn)入調(diào)度把握中心

成為可能，調(diào)度人員可依據(jù)這些信息快速把握電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)時發(fā)覺和

處理發(fā)生的事故。

20世紀(jì)60年月開頭用數(shù)字式遠(yuǎn)動設(shè)備（telecontrolequipment）,使信息的

收集和傳輸在精度、速度和牢靠性上都有很大的提高。電子計(jì)算機(jī)和圖象顯示

技術(shù)在電力系統(tǒng)調(diào)度把握中心的應(yīng)用使自動化程度達(dá)到一個新的水平。在開頭

階段，計(jì)算機(jī)與相應(yīng)的遠(yuǎn)動狀態(tài)的監(jiān)視（包括信息的收集、處理和顯示）、遠(yuǎn)距

離開關(guān)操作，以及制表、記錄和統(tǒng)計(jì)等功能，一般稱為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視把握

（supervisorycontrolanddataacquisition--SCADA）?

60年月后期國際上消滅很多大面積停電事故以后，加強(qiáng)了全系統(tǒng)的平安監(jiān)

視、分析和把握。這種把握系統(tǒng)不僅能完整地了解全系統(tǒng)的實(shí)時狀態(tài)，而且可

在計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備的掛念下，能夠在正常和事故狀況下準(zhǔn)時而正確地作出

把握的決策。這種包括SCADA功能、自動發(fā)電把握及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、平安把握功能

以及其他調(diào)度管理和方案功能的系統(tǒng)稱為能量管理系統(tǒng)（energymanagement

systemEMS）o利用這種先進(jìn)的自動化系統(tǒng)，運(yùn)行人員已從過去以監(jiān)視記錄為主

的狀況轉(zhuǎn)變?yōu)檩^多地進(jìn)行分析、推斷和決策，而日常的記錄事務(wù)則由計(jì)算機(jī)取

代。

?變電站自動化

變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)

和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對變電站二次設(shè)備（包括繼電愛護(hù)、把握、測量、信號、

故障錄波、自動裝置及遠(yuǎn)動裝置等）的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對變電站

全部設(shè)備的運(yùn)行狀況執(zhí)行監(jiān)視、測量、把握和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。

通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交爽信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站

運(yùn)行監(jiān)視和把握任務(wù),變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備，簡化了

變電站二次接線。變電站綜合自動化是提高變電站平平穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)

仃維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶供應(yīng)高質(zhì)量電能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。

變電站作為整個電網(wǎng)中的一個節(jié)點(diǎn)，擔(dān)負(fù)著電能傳輸、安排的監(jiān)測、把握和

管理的任務(wù)。變電站繼電愛護(hù)、監(jiān)控自動化系統(tǒng)是保證上述任務(wù)完成的基礎(chǔ)。

在電網(wǎng)統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下，電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)（如變電站、發(fā)電廠）具體實(shí)施和保障電網(wǎng)

的平安、穩(wěn)定、牢靠運(yùn)行。因此，變電站自動化是電網(wǎng)自動系統(tǒng)的一個重要組

成部分。作為變電站自動化系統(tǒng)，它應(yīng)確保實(shí)現(xiàn)以下要求：

（1）檢測電網(wǎng)故障，盡快隔離故障部分。

（2）采集變電站運(yùn)行實(shí)時信息，對變電站運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、計(jì)量和把握。

（3）采集一次設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，供維護(hù)一次設(shè)備參考。

（4）實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)睾髠浒盐蘸途o急把握。

（5）確保通信要求。

因此，要求變電站綜合自動化系統(tǒng)運(yùn)行高效、實(shí)時、牢靠，對變電站內(nèi)設(shè)備

進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測、管理、協(xié)調(diào)和把握。同時，又必需與電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時、有效

的信息交換、共享，優(yōu)化電網(wǎng)操作，提高電網(wǎng)平平穩(wěn)定運(yùn)行水平，提高經(jīng)濟(jì)效

益，并為電網(wǎng)自動化的進(jìn)一步進(jìn)展留下空間。

傳統(tǒng)變電站中，其自動化系統(tǒng)存在諸多缺點(diǎn)，難以滿足上述要求。例如：

（1）傳統(tǒng)二次設(shè)備、繼電愛護(hù)、自動和遠(yuǎn)動裝置等大多實(shí)行電磁型或小規(guī)

模集成電路.缺乏自檢和自診斷力量，其結(jié)構(gòu)簡單、牢靠性低。

（2）二次設(shè)備主要依靠大量電纜，通過觸點(diǎn)、模擬信號來交換信息，信息

量小、機(jī)敏性差、牢靠性低。

（3）由于上述兩個緣由，傳統(tǒng)變電站占地面積大、使用電纜多，電壓互感

器、電流互感器負(fù)擔(dān)重，二次設(shè)備冗余配置多。

（4）遠(yuǎn)動功能不夠完善，供應(yīng)應(yīng)調(diào)度把握中心的信息量少、精度差，且變

電站內(nèi)自動把握和調(diào)整手段不全，缺乏協(xié)調(diào)和協(xié)作力氣，難以滿足電

網(wǎng)實(shí)時監(jiān)測和把握的要求.

（5）電磁型或小規(guī)模集成電路調(diào)試和維護(hù)工作量大，自動化程度低，不能

遠(yuǎn)方修改愛護(hù)及自動裝置的定值和檢查其工作狀態(tài)。有些設(shè)備易受環(huán)

境的影響，如晶體管型二次設(shè)備，其工作點(diǎn)會受到環(huán)境溫度的影響。

傳統(tǒng)的二次系統(tǒng)中，各設(shè)備按設(shè)備功能配置，彼此之間相關(guān)性甚少，相互之

問協(xié)調(diào)困難，需要值班人員比較多的干預(yù)，難于適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)的把握要求。

另外需要對設(shè)備進(jìn)彳丁定期的試驗(yàn)和修埋，既便如此，仍舊存在設(shè)備故障（特別運(yùn)

行）不能準(zhǔn)時發(fā)覺的現(xiàn)象，甚至這種定期檢修也可能引起新的問題，發(fā)生和消滅

由試驗(yàn)人員過失引起的故障。

進(jìn)展變電站綜合自動化的必要性還體現(xiàn)以下幾個方面：一是隨著電網(wǎng)規(guī)模不

斷擴(kuò)大，新增大量的發(fā)電廠和變電站，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨簡單，這樣要求各級

電網(wǎng)調(diào)度值班人員把握、管理、把握的信息也大量增長，電網(wǎng)故障處理和恢復(fù)

卻要求更為快速和精確；二是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)展，特殊是電子工業(yè)技術(shù)

的進(jìn)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用，對電網(wǎng)牢靠供電提出了更高的要求；三是市

場經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，使得整個社會對環(huán)保要求更高，這樣也對電網(wǎng)的建設(shè)、運(yùn)行和

管理提出很多的要求，如，要求甩力企業(yè)參與市場競爭，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)

效益；要求發(fā)電廠、變電站削減占地面積。要解決上述問題，明顯僅依靠各級

電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行值班人員是難以解決的?，F(xiàn)代把握技術(shù)的進(jìn)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通

信技術(shù)和電力電技術(shù)的進(jìn)步與進(jìn)展，電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，為上述問題供應(yīng)

了解決的方案。這些技術(shù)的綜合應(yīng)用造就了變電站綜合自動化系統(tǒng)的產(chǎn)生與進(jìn)

展。

A變電站綜合自動化系統(tǒng)的進(jìn)展過程

現(xiàn)有的變電站有三種形式：第一種是傳統(tǒng)的變電站；其次種是部分實(shí)現(xiàn)微機(jī)

管理、具有肯定自動化水平的變電站；第三種是全面微機(jī)化的綜合自動化變電

站。變電站自動化的進(jìn)展可以分為以下三個階段。

1.由分立元件構(gòu)成的自動裝置階段

20世紀(jì)70年月以前，由爭辯單位和制造廠家生產(chǎn)出的各種功能的自動裝置，

要接受模擬電路，由晶體管等分立元件組成，對提高變電站和發(fā)電廠的自動化

水平，保證系統(tǒng)平安運(yùn)行，發(fā)揮了肯定的作用。但這些自動裝置，相互之間獨(dú)

立運(yùn)行，互不相干，而且缺乏智能，沒有故障芻診斷力量，在運(yùn)行中若自身消

滅故障，不能供應(yīng)告瞥信息，有的甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)平安。同時，分立元件的裝

置牢靠性不高，維護(hù)工作量大，裝置本身體積天，不經(jīng)濟(jì)。

2.以微處理器為核心的智能化自動裝置階段

隨著我國改革開放的進(jìn)展，微處理器技術(shù)開頭引入我國，并逐步應(yīng)用于各行

各業(yè)。在變電站自動化方面，用大規(guī)模集成電路或微處理機(jī)代替了原來的繼電

器晶體管等分立元件組成的自動裝置，利用微處理器的智能和計(jì)算力量，可以

進(jìn)展和應(yīng)用新的算法，提高了測后的精確度和牢靠性；能夠擴(kuò)充新的功能，

尤其是裝置本身的故障自診斷功能，對提高自動裝置自身的牢靠性和縮短修理

時間是很有意義的；此外，由于接受了數(shù)字式，統(tǒng)一數(shù)字信號電平，縮小了體

積等，其優(yōu)越性是明顯的。由于這些微機(jī)型的自動裝置，只是硬件結(jié)構(gòu)由微處

理器及其接口電路代替，并擴(kuò)展了一些簡潔的功能，雖然提高了變電站自動把

握的力量和牢靠性，但基本上還是維持著原有的功能和規(guī)律關(guān)系，在工作方式

上多數(shù)仍舊是各自獨(dú)立運(yùn)行，不能相互通信，不能共享資源，變電站和發(fā)電廠

設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在的問題沒有得到根本的解決。

3.變電站綜合自動化系統(tǒng)的進(jìn)展階段

我國是從20世紀(jì)60年月開頭研制變電站自動化技術(shù)。到70年月初，便先

后研制出電氣集中把握裝置和集愛護(hù)、把握、信號為一體的裝置。在80年月中

期，國內(nèi)先后研制了35kV和220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)。此外，國內(nèi)很多高

等校及科研單位也在這方面做了大量的工作，毒出一些不同類型、功能各異的

自動化系統(tǒng)。為國內(nèi)的變電站自動化技術(shù)的進(jìn)展起到了卓有成效的推動作用。

進(jìn)入90年月，變電站綜合自動化已成為熱門話題，消滅了更多的爭辯單位和產(chǎn)

品。

?配電網(wǎng)自動化

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)生產(chǎn)和供應(yīng)電能的最終一個環(huán)節(jié)，其自動化的主要任務(wù)是

保證經(jīng)濟(jì)平安供電和負(fù)荷供需平衡的把握和管理，使用戶得到肯定數(shù)量優(yōu)質(zhì)、

廉價的電力供應(yīng)，所以配電網(wǎng)自動化的主要功能為：

（1）對配電網(wǎng)和無人值班變電所的監(jiān)視和自動操作，如通過遠(yuǎn)方投切電網(wǎng)中

聯(lián)絡(luò)斷路器或分段斷路器，以便切除故障或調(diào)整潮流；

（2）在系統(tǒng)頻率下降時切除負(fù)荷，在電壓變動時自動投切靜電電容器或者調(diào)

整變壓器分接頭；

（3）通過對負(fù)荷的直接把握來調(diào)整負(fù)荷曲線和保持電能供需平衡。

最初用時間開關(guān)來把握用戶的負(fù)荷，定時切換用戶的不同記價電表，用經(jīng)濟(jì)

的手段來管理負(fù)荷。對于工業(yè)用戶可實(shí)行把握最大需電量、分時記價、按合同

規(guī)定用電時間等方法