浅谈变电站综合自动化系统的现状和发展趋势

张华 鲍正迪

【摘 要】本文简要介绍了变电站综合自动化系统的应用现状，对目前广泛应用的常规变电站和智能变电站综合自动化系统进行了比较，并对将来作为自动化发展趋势的智能变电站系统结构、能实现的高级应用功能及其优势和发展前景进行了阐述。

【关键词】变电站综合自动化系统 智能变电站

1 引言

电网的二次设备如变电站综合自动化系统、继电保护、故障录波以及在线监测等设备的运行，其实质是为一次设备的安全稳定运行服务的，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。变电站综合自动化是提高变电站运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术的飞速发展和广泛应用，目前综合自动化系统已经基本取代了传统的变电站二次系统。同时，自动化系统和继电保护设备的自诊断、事件记录、运行监视和控制管理等功能也得到了极大的提升。随着近几年IEC61850通讯规约的广泛应用以及智能变电站建设的大规模推广，智能变电站站综合自动化系统已经成为现在新一代变电站的发展趋势以及智能电网的重要组成部分。

2 常规变电站综自系统简析

目前主流的常规变电站综合自动化系统均采用分层分布式结构，按变电站被监控对象或系统功能分布式布置，并连接到能共享资源的网络上实现分布式处理以及信息共享。分层分布式结构方便了系统的扩展和维护，局部故障不会影响到其他模块的正常运行。目前常用的分层分布式常规变电站综自系统网络结构如如下图1所示，有站控层和间隔层构成。该型系统在安装上110kV及以上电压等级的保护控制设备主要采用集中组屏结构，低压保测一体化装置则一般分散安装在各个低压开关柜上。在通讯方式上，目前主流系统均采用以太网通讯方式，但各厂家各自使用自己的网络通讯规约，规约之间存在较大的差异，无法实现直接互联互通，一般通过规约转换来实现数据和信息的共享。

目前还有部分尚未改造的常规变电站综自系统采用的是集中式系统结构或现场总线的通讯模式。集中式综自系统一般采用功能较强的计算机或RTU并扩展其I/O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，完成微机监控和自动控制等功能。通常由前置机完成数据的输入输出，实现监测控制等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。这种系统结构一旦前置机出线问题，当地变电站和远方调度都将完全失去监控功能，对于变电站设备的安全稳定是极为不利的。现场总线式综自系统的通讯速度较快，不过在稳定性、可靠性方面却存在诸多问题，一旦其中一台装置的通讯端口出现问题，将影响到整条总线特别是串接在本装置之后的所有装置的正常通讯，导致部分甚至全部设备失去监控，对于变电站设备的安全稳定也是极为不利的。上述两种方式的综自系统目前均在逐步进行升级改造为主流的以太网通讯方式的分层分布式综自系统。

3 智能变电站综自系统简析

智能变电站综自系统也采用分层分布式结构，由过程层、间隔层和站控层构成，采用IEC61850通讯规约，智能变电站综自系统的网络结构如如下图2所示。

过程层设备包含一次设备智能组件、合并单元和智能终端装置，完成对变电站一次设备的测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。智能组件是灵活配置的物理设备，可包含测量单元、控制单元、保护单元、计量单元、状态监测单元中的一个或几个。

间隔层设备包含继电保护装置、测控装置、故障录波等二次设备，实现采集一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，间隔层设备的数据主要来源于过程层的合并单元，相关控制功能通过过程层的智能终端作用于现场一次设备。测控类、辅助类间隔层设备和过程层设备之间通过以太网连接；根据国网相关导则、规范的要求，保护装置则应直接采样，对于单间隔的保护应直接跳闸，涉及多间隔的保护（母线保护）宜直接跳闸。

站控层设备包含监控后台、站域控制系统、远动系统和对时系统等子系统，实现面向全站设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。智能变电站监控后台能实现智能告警、顺序控制、一体化五防、一次设备状态可视化等诸多高级应用功能，对于提高变电站的自动化和智能化水平起到了十分重要的作用。

智能变电站是智能电网的重要组成部分，目前已进入全面推广建设阶段，智能变电站综合自动化系统的广泛应用对于智能电网的建设将起到很好的基础作用。

与常规变电站综自系统相比，智能变电站综自系统的主要优势在于：

（1）全站采用IEC61850标准，统一规约，各厂家设备之间实现了互联互通和互操作，信息可以充分共享。

（2）应用了电子式互感器、合并单元智能终端等新装置，广泛使用光纤代替常规电缆，设计、安装、调试都变得相对简单规范。

（3）过程层设备采用就地化布置方式，大大节省了电缆的使用，降低了工程建设成本。间隔层模拟量输入回路和開关量输入输出回路全部使用通信网络取代二次电缆，二次设备硬件系统大为简化。

（4）智能告警、顺序控制、一次设备状态可视化等诸多高级功能得到广泛应用，大大提高了变电站运行的自动化和智能化。

4 结语

智能变电站综自系统利用先进的通信、信息和控制技术，构建成以信息化、自动化、数字化和互动化为特征的智能化变电站，较传统的常规变电站和数字化变电站更加适应现代化智能电网建设的需求，具有巨大的优势与发展潜力，已成为目前智能电网建设的发展趋势并得到广泛应用。智能变电站能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着一次设备和二次设备技术的日趋完善，它的优越性必将得到进一步体现。

参考文献：

[1] 覃剑，智能变电站技术与实践 中国电力出版社 2012.1

[2] 丁书文，变电站综合自动化现场技术 中国电力出版社 2008.6