發展自動化變電所的新理念論文
摘要：隨著科學技術的高速發展，變電所自動化技術也受到深刻影響，日趨成熟起來。本文從變電所自動化系統的特點，結構進行分析，指出當時存在的問題，提出自動化變電所發展的新理念。
關鍵詞：自動化；特點；系統；發展
當前在變電所自動化領域中，智慧化電氣裝置的發展，特別是智慧開關、光電式互感器等機電一體化裝置的出現，變電所自動化技術即將進入數字化新階段。科學技術的發展是沒有止境的，隨著智慧開關、光電式電流電壓互感器、一次執行裝置線上狀態檢測、變電所執行操作培訓模擬等技術日趨成熟，以及計算機高速網路在實時系統中的開發應用，勢必對已有的變電所自動化技術產生深刻的影響，全數字化的變電所自動化系統在不遠的將來將成為現實。
一、變電所自動化系統的特點
（一）一次裝置被檢測的訊號迴路和被控制的操作驅動迴路採用微處理器和光電技術設計，簡化了常規機電式繼電器及控制迴路的結構，數字程控器及數字公共訊號網路取代傳統的導線連線。換句話說，變電所二次迴路中常規的繼電器及其邏輯迴路被可程式設計序所代替，常規的強電模擬訊號和控制電纜被光電數字和光纖替代。
（二）變電所內常規的二次裝置，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發展中的線上狀態檢測裝置等全部基於標準化、模組化的微處理機設計製造，裝置之間的連線全部採用高速的網路通訊，二次裝置不再出現常規功能裝置重複的I/O現場介面，透過網路真正實現資料共享、資源其享，常規的功能裝置在這裡變成了邏輯的功能模組。
（三）變電所執行管理自動化系統應包括電力生產執行資料、狀態記錄統計無紙化。資料資訊分層化、分流交換自動化。變電所執行發生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見。系統能自動發出變電所裝置檢修報告，即常規的變電所裝置“定期檢修”改變為“狀態檢修”。
二、變電所自動化系統的結構
在高壓或超高壓變電所中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作迴路等將割列出來作為智慧化一次裝置的一部分。反言之，智慧化一次裝置的數字化感測器、數字化控制迴路代替了常規繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分。而在中低壓變電所則將保護、監控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關櫃上，實現了變電所機電一體化設計。
數字化變電所自動化系統的結構在物理上可分為兩類，即智慧化的一次裝置和網路化的二次裝置。在邏輯結構上可分為三個層次，根據IEC6185A通訊協議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“所控層”。
1、過程層：該層是一次裝置與二次裝置的結合面，或者說過程層是指智慧化電氣裝置的智慧化部分。過程層的主要功能分三類：
（1）電力執行實時的電氣量檢測。
（2）執行裝置的狀態引數檢測。
（3）操作控制執行與驅動。
（1）電力執行的實時電氣量檢測。
它是與傳統的功能一樣，主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可透過間隔層的裝置運算得出。與常規方式相比所不同的是傳統的電磁式電流互感器、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代。採集傳統模擬量被直接採集數字量所取代，這樣做的優點是抗干擾性能強，絕緣和抗飽和特性好，開關裝置實現了小型化、緊湊化。
（2）執行裝置的狀態引數線上檢測與統計。
變電所需要進行狀態引數檢測的裝置主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統。線上檢測的內容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以和工作狀態等資料。
（3）操作控制的執行與驅動。
操作控制的執行與驅動包括變壓器分接頭調節控制，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。過程層的控制執行與驅動大部分是被動的，即按上層控制指令而動作，比如接到間隔層保護裝置的跳閘指令、電壓無功控制的投切命令、對斷路器的遙控開合命令等。在執行控制命令時具有智慧性，能判別命令的真偽及其合理性，還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斷路器的關合和開斷，要求操作時間限制在規定的引數內。例如對真空開關的同步操作要求能做到開關觸頭在零電壓時關合，在零電流時分斷等。
2、間隔層：其主要功能是：
（1）彙總本間隔過程層實時資料資訊。
（2）實施對一次裝置保護控制功能。
（3）實施本間隔操作閉鎖功能。
（4）實施操作同期及其他控制功能。
（5）對資料採集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制。
（6）承上啟下的通訊功能，即同時高速完成與過程層及所控層的網路通訊功能。
必要時，上下網路介面具備雙口全雙工方式，以提高資訊通道的冗餘度，保證網路通訊的可靠性。
3、所控層：其主要任務是：
（1）透過兩級高速網路彙總全所的'實時資料資訊，不斷重新整理實時資料庫，按時登入歷史資料庫。
（2）按既定規約將有關資料資訊送向排程或控制中心。
（3）接收排程或控制中心有關控制命令並轉間隔層、過程層執行。
（4）具有線上可程式設計的全所操作閉鎖控制功能。
（5）具有所內當地監控，人機聯絡功能，如顯示、操作、列印、報警，甚至影象，聲音等多媒體功能。
（6）具有對間隔層、過程層諸裝置的線上維護、線上組態，線上修改引數的功能。
（7）具有變電所故障自動分析和操作培訓功能。
三、變電所自動化系統中的網路選型
網路系統是數字化變電所自動化系統的命脈，它的可靠性與資訊傳輸的快速性決定了系統的可用性。常規變電所自動化系統中單套保護裝置的資訊採集與保護演算法的執行一般是在同一個CPU控制下進行的，使得同步取樣、A/D轉換，運算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數字化的系統中資訊的取樣、保護演算法與控制命令的形成是由網路上多個CPU協同完成的，如何控制好取樣的同步和保護命令的快速輸出是一個複雜問題，其最基本的條件是網路的適應性，關鍵技術是網路通訊速度的提高和合適的通訊協議的制定。
如果採用通常的現場匯流排技術可能不能勝任數字化變電所自動化的技術要求。目前網際網路異軍突起，已經進入工業自動化過程控制領域，固化OSI七層協議，速率達到100MHz的嵌入式乙太網控制與介面晶片已大量出現，數字化變電所自動化系統的兩級網路全部採用100MHz乙太網技術是可行的。
四、變電所自動化系統發展中的主要問題
主要存在的問題是：
（1）研究開發過程中專業協作需要加強，比如智慧化電器的研究至少存在機、電、光三個專業協同攻關。
（2）材料器件方面的缺陷及改進。
（3）試驗裝置、測試方法、檢驗標準，特別是EMC（電磁干擾與相容）控制與試驗還是薄弱環節。
五、結束語
以上本人粗淺的談了一下數字化變電所綜合自動化系統的特徵、結構及其發展。數字化變電所自動化是一個系統工程，要實現全部數字化變電所自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決，我相信在不遠的將來數字化的變電所自動化系統，將會有一個蓬勃的發展時代。
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