自1990年初以來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)發(fā)展十分迅速，在電力系統(tǒng)的建設中取得了廣泛的應用，保證了電網(wǎng)中發(fā)電、輸電、配電等各個環(huán)節(jié)安全、可靠的運行。本文參考了國內(nèi)外大量參考文獻，總結(jié)了變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展歷程，介紹了變電站綜合自動化技術(shù)在國內(nèi)外的應用現(xiàn)狀以及常見的結(jié)構(gòu)類型，最后，對變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞：變電站；綜合自動化；發(fā)展；

概述

變電站綜合自動化也稱為變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，它是指由多臺計算機和大規(guī)模集成電路組成，用于收集變電站繼電保護、測量、控制和信號監(jiān)控系統(tǒng)、故障錄波、遠動等設備的運行數(shù)據(jù)和信息，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷能力，對變電站的各種設備進行監(jiān)視和控制，實現(xiàn)優(yōu)化設計的自動化系統(tǒng)。[1]

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復雜，而容量不斷擴大，電力用戶對電網(wǎng)運行可靠性的要求也越來越高。變電站綜合自動化系統(tǒng)是電子技術(shù)、計算機技術(shù)與電力系統(tǒng)結(jié)合與發(fā)展的產(chǎn)物，它從電力系統(tǒng)全局考慮，采用計算機和由高性能單片機構(gòu)成的數(shù)字智能電子設備取代常規(guī)電力系統(tǒng)中數(shù)量龐大、功能和結(jié)構(gòu)單一的繼電器、儀表、信號燈、自動裝置、控制屏等設備，用計算機局域網(wǎng)絡替代了大量復雜的連接電纜和二次電纜，從而減少了硬件重復配置，實現(xiàn)信息共享，做到繼電保護相對獨立和有一定的冗余，簡化設備的硬件連接，確保變電站的安全穩(wěn)定運行，降低維護成本，提高經(jīng)濟效益。近年來，發(fā)展和完善變電站綜合自動化系統(tǒng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。

變電站自動化技術(shù)的發(fā)展

變電站自動化技術(shù)的發(fā)展歷程可歸納為三個階段：

1)自動裝置階段

這一階段研發(fā)的自動化系統(tǒng)主要采用模擬電路，采用電子管、繼電器等分立原件組成，硬件體積龐大，且無需編寫軟件，所有信息、數(shù)據(jù)的收集和判斷均由硬件電路完成，具有獨立運行能力，智能化程度較低，但是，由于系統(tǒng)無法提供自診斷故障功能，也無法提供故障報警信息，當分立元件出現(xiàn)故障時，常常會影響到電網(wǎng)運行的安全，維護成本較高。

2）智能自動裝置階段

隨著數(shù)字化大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展，這一階段的變電站自動化系統(tǒng)的主要特點是以微處理器芯片為核心，大量運用大規(guī)模集成電路作為外圍電路，取代了過去數(shù)量龐大的繼電器、晶體管等分立元件。智能自動裝置仍然是各自獨立運行，所不同的是采用了統(tǒng)一的數(shù)字信號電平，裝置的體積也大大減小，具有較強的故障自診斷能力，大大提高了系統(tǒng)可靠性、準確性和數(shù)據(jù)傳輸速度，但其缺點是不具有相互之間的通信功能，無法實現(xiàn)資源共享。

3）變電站綜合自動化階段

隨著半導體芯片技術(shù)、通信技術(shù)以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中全面推廣應用，變電站綜合自動化系統(tǒng)應運而生，第一套變電站綜合自動化系統(tǒng)由測控系統(tǒng)、保護系統(tǒng)和開關(guān)閉鎖系統(tǒng)三部分組成，并具有全分散式和局部分散式兩種結(jié)構(gòu)。隨后，變電站綜合自動化技術(shù)飛速發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展出集中式、分散式和分層分布式三種結(jié)構(gòu)，其中分層分布式綜合自動化系統(tǒng)已成為綜合自動化技術(shù)發(fā)展的主流趨勢。[2]

變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型

當前，變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型主要有以下三種：

1）集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中式綜合自動化系統(tǒng)一般采用功能較強的計算機作為前置管理計算機，并擴展其I/O接口，在原有的繼電保護及二次接線的基礎(chǔ)上增加遠程終端裝置。利用前置計算機集中對變電站的模擬量和數(shù)量等信息進行采集、計算和處理，處理結(jié)果經(jīng)過變送器變換后送給遠程終端，完成微機監(jiān)控、微機保護和自動控制等功能。這類系統(tǒng)由于成本低廉，在國內(nèi)應用仍然較多，但由于前置管理計算機任務繁重，硬件接線復雜，大大降低了系統(tǒng)整體的可靠性，同時軟件復雜，增加了維護工作量。

2）分散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分散式綜合自動化系統(tǒng)的設計理念是將變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能劃分為各功能單元，由多臺計算機進行處理，一般由數(shù)據(jù)采集單元、主機單元、遙控執(zhí)行單元、保護單元等組成，并通過通信網(wǎng)絡實現(xiàn)資源共享。這類系統(tǒng)由于采用多臺計算機，具有實時處理處理并行多發(fā)事件的能力，一般應用于中、低壓變電站，但是系統(tǒng)連接電纜仍然較復雜，盡管對各功能模塊進行了劃分，但沒有從整體上考慮變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可靠性較低。

3）分層分布式結(jié)構(gòu)

這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上將變電站的控制對象分別設置為變電站層設備和間隔層設備。間隔層設備具有就地獨立處理保護、控制、測量、通信、錄播等功能的能力，如1臺主變壓器、1條線路等。變電站層設備通過收集、分析、存儲間隔層設備的信息，掌握整個變電站的實時運行情況，并與遠方調(diào)度中心聯(lián)系，實現(xiàn)信息資源的共享以及保護、監(jiān)控功能的綜合化，大大簡化了設備之間的電纜連接，同時，由于間隔層設備可放在開關(guān)柜上或放置在一次設備附近, 大大減小主控制室的面積，具有可靠性高、可擴展性高、維護方便等優(yōu)點。目前，分層分布式綜合自動化系統(tǒng)已成為綜合自動化技術(shù)發(fā)展的主流趨勢，南京自動化變電站自動化公司等國內(nèi)知名企業(yè)也已成功研發(fā)和投運分層分布式綜合自動化系統(tǒng)。

變電站綜合自動化技術(shù)的應用現(xiàn)狀

發(fā)達國家自1970年代末就已開展了對變電站綜合自動化技術(shù)的試驗和研究工作。美國西屋電氣公司、通用電氣公司、法國阿爾斯通公司、日本三菱公司, 德國西門子公司、瑞土ABB 公司等世界各大電力設備制造公司研制的變電站綜合自動化系統(tǒng)均已成功投入商業(yè)應用。如美國西屋電氣公司和美國電力科學研究院聯(lián)合研制的SPCS 變電站保護和控制綜合自動化系統(tǒng),日本關(guān)西電力公司與三菱電氣公司共同研制的SDS-Ⅰ、Ⅱ保護和控制綜合自動化系統(tǒng)等。國外變電站綜合自動化系統(tǒng)廣泛采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由站控級和元件/間隔級組成, 站控級和元件/間隔級之間的通信一般采用星形光纖連接，系統(tǒng)運行抗干擾能力強、可靠性高。

國內(nèi)對變電站綜合自動化技術(shù)的研究工作可追溯到1970年代初，由南京電力自動化設備廠和長沙湘南電氣設備廠先后成功研制了我國第一套電氣集中控制裝置和保護、控制、測量和信號“四合一”集控臺，隨后，80年代中期，南京電力自動化研究院、清華大學、華北電力學院等先后將來計算機技術(shù)成功應用于繼電保護、遠動、故障錄波、監(jiān)控裝置中，但是，由于仍然在各專業(yè)技術(shù)上保持相對獨立，造成硬件連接復雜，硬件重復投資，對電網(wǎng)運行的可靠性也造成了很大的影響。1993年，南京電力自動化研究院成功研制出第1套適用于綜合自動化系統(tǒng)的成套微機保護裝置，隨后，變電站綜合自動化系統(tǒng)飛速發(fā)展，應用范圍覆蓋電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)、城市供電網(wǎng)、農(nóng)村供電網(wǎng)以及企業(yè)供電網(wǎng)等各類型電力網(wǎng)絡，電壓等級范圍從0.4V至500kV，幾乎覆蓋了全部的供電網(wǎng)絡，提高了我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設的現(xiàn)代化水平。但是，由于國內(nèi)應用中的變電站綜合自動化系統(tǒng)常采用以太網(wǎng)通訊方式，這種通訊方式盡管滿足了大多數(shù)系統(tǒng)對通信的需求，但當系統(tǒng)容量較大時，通訊速度較緩慢。同時，國內(nèi)變電站綜合自動化技術(shù)還存在著設計規(guī)范不統(tǒng)一、專業(yè)管理水平較低等諸多問題。[3]

總結(jié)

本文介紹了變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展歷程以及國內(nèi)外應用現(xiàn)狀，變電站綜合自動化技術(shù)的推廣應用，使得繼電保護、遠動、計量、變電運行等各專業(yè)相互滲透，大大提高了變電站運行安全性、穩(wěn)定性和可靠性，降低了維護成本，提高了經(jīng)濟效益。隨著通信技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)在電網(wǎng)中的應用將更加廣泛而深入，朝著網(wǎng)絡化、智能化和多媒體化的方向發(fā)展。同時，也對電網(wǎng)管理方式產(chǎn)生了深遠的影響。因此，相關(guān)管理人員一定要遵循科學、嚴謹?shù)墓ぷ髟瓌t，加強自身綜合素質(zhì)的提升，確保電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性。