摘要：闡述了關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)選型中存在的若干問題和應(yīng)遵循的原則，介紹了變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、功能、通訊網(wǎng)絡(luò)和傳輸規(guī)約等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)了抓好選型工作的重要性。
關(guān)鍵詞：變電站自動化系統(tǒng) 站內(nèi)監(jiān)控功能 通訊規(guī)約
近年來，隨著“兩網(wǎng)”改造的深入和電網(wǎng)運行水平的提高，大量采用遠(yuǎn)方集中控制、操作等自動化技術(shù)的變電站投入運行，既提高了勞動生產(chǎn)率，又減少了人為誤操作的可能。采用變電站自動化技術(shù)是變電站計算機(jī)應(yīng)用的方向，也是電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，值得大力推廣。但工程實際當(dāng)中，部分變電站自動化系統(tǒng)功能不能充分發(fā)揮出來，存在問題較多，無法正常運行。造成這種情況的一個原因就是系統(tǒng)選型的問題。如果一個變電站自動化系統(tǒng)選擇合適的話，不僅可以節(jié)省投資、節(jié)約材料，而且由于系統(tǒng)功能全、質(zhì)量高，其可靠性高、可信度大，更便于運行操作。因此，把好變電站自動化系統(tǒng)的選擇關(guān)意義十分重大�；诟脑旖�(jīng)驗，本文總結(jié)了變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)、功能、通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇方法，同時也分析了該產(chǎn)品目前存在的問題。
1 變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇
目前應(yīng)用較廣泛的變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有集中式、分散與集中相結(jié)合和全分散式三種類型�，F(xiàn)將三種結(jié)構(gòu)形式的特點簡述如下。
1.1 集中式
集中式結(jié)構(gòu)的變電站自動化系統(tǒng)是指采用不同檔次的計算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計算與處理，分別完成微機(jī)控制、微機(jī)保護(hù)和一些自動控制等功能[1]。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可減少占地面積，造價低，適用于對35kV或規(guī)模較小的變電站，但運行可靠性較差，組態(tài)不靈活。
1.2 分散與集中相結(jié)合
分散與集中相結(jié)合的變電站自動化系統(tǒng)是將配電線路的保護(hù)和測控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路和主變壓器保護(hù)裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)形式較常用，它有如下特點：
�。�1）10～35kV 饋線保護(hù)采用分散式結(jié)構(gòu)，就地安裝，可節(jié)約控制電纜，通過現(xiàn)場總線與保護(hù)管理機(jī)交換信息。
�。�2）高壓線路保護(hù)和變壓器保護(hù)采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護(hù)屏安裝在控制室或保護(hù)室中，同樣通過現(xiàn)場總線與保護(hù)管理機(jī)通信，使這些重要的保護(hù)裝置處于比較好的工作環(huán)境，對可靠性較為有利。
（3）其他自動裝置中，備用電源自投控制裝置和電壓、無功綜合控制裝置采用集中組屏結(jié)構(gòu)，安裝于控制室或保護(hù)室中。
1.3 全分散式
全分散式的變電站自動化是以一次主設(shè)備如開關(guān)、變壓器、母線等為安裝單位，將控制、I/O、閉鎖、保護(hù)等單元分散，就地安裝在一次主設(shè)備（屏柜）上。站控單元通過串行口與各一次設(shè)備相連，并與管理機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信。它有如下特點：
�。�1）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。
�。�2）減少了施工和設(shè)備安裝工程量。由于安裝在開關(guān)柜的保護(hù)和測控單元在開關(guān)柜出廠前已由廠家安裝和調(diào)試完畢，再加上敷設(shè)電纜的數(shù)量大大減少，因此現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試的工期隨之縮短。
�。�3）簡化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。
�。�4）全分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便，且抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。
上述三種變電站自動化系統(tǒng)的推出，雖有時間先后，但并不存在前后替代的情況，變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)根據(jù)各種系統(tǒng)特點和變電站的實際情況，予以選配。如以RTU為基礎(chǔ)的變電站自動化系統(tǒng)可用于已建變電站的自動化改造，而分散式變電站自動化系統(tǒng)，更適用于新建變電站。
2 變電站自動化系統(tǒng)的主要功能
變電站自動化系統(tǒng)功能很多，在選擇時，除了必須保證所選系統(tǒng)功能滿足變電站的需要之外，而且要求技術(shù)有一定的先進(jìn)性，防止由于功能欠缺影響系統(tǒng)以后的安全運行或很快過時。現(xiàn)將變電站自動化系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能概括如下：
�。�1）站內(nèi)監(jiān)控功能（SCADA功能） 此功能包括站內(nèi)數(shù)據(jù)采集與處理、運行監(jiān)視及報警記錄、設(shè)備檢測與診斷、報表編輯生成修改與打印、人機(jī)交互聯(lián)系及系統(tǒng)維護(hù)管理、計算統(tǒng)計、歷史數(shù)據(jù)記錄、事件順序記錄（SOE）、事故追憶、遠(yuǎn)方通信等常用SCADA功能。
�。�2）控制和調(diào)節(jié) 通過鍵盤在屏幕所顯示的畫面上對各可控設(shè)備進(jìn)行開/合，投/退等控制操作，對各可調(diào)設(shè)備進(jìn)行升/降、定值設(shè)定等調(diào)節(jié)控制�？刂崎_關(guān)時可以按選擇一返校一執(zhí)行的方式實現(xiàn)每次操作一個對象的控制，也可以按批次控制、順序控制的方式一次對多個對象進(jìn)行控制（無論那種控制方式，都要具備完整的控制閉鎖功能）：進(jìn)行調(diào)節(jié)時可以一次調(diào)節(jié)一檔，也可以一次調(diào)節(jié)多檔，但同樣要具備完整的調(diào)節(jié)閉鎖和邊界報警功能。
�。�3）電壓無功控制 對于110kV電壓等級以上變電站，要求變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)分布式站內(nèi)自動電壓無功控制（VQC）。對于35kV變電站，站內(nèi)自動電壓無功控制功能不作要求，但應(yīng)滿足遠(yuǎn)方調(diào)整電壓無功，即通過自動化系統(tǒng)可在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)或調(diào)度端實現(xiàn)遠(yuǎn)方手動調(diào)整變壓器分接頭和投切電容器功能。
�。�4）對時系統(tǒng) 對時要求是變電站自動化系統(tǒng)的最基本要求。110kV樞紐站和220kV站要求系統(tǒng)具有GPS對時功能，要求對變電站層設(shè)備和間隔層IED設(shè)備（包括智能電度表等）均實現(xiàn)GPS對時。并具有時鐘同步網(wǎng)絡(luò)傳輸校正措施。110kV終端站、35kV變電站不要求GPS對時功能，但要求具有一定精度的站內(nèi)系統(tǒng)對時功能，定時完成由系統(tǒng)主機(jī)或由調(diào)度端發(fā)出的對站內(nèi)間隔層設(shè)備的對時功能。
�。�5）故障錄波 故障錄波的數(shù)據(jù)和波形是電網(wǎng)事故運行分析的重要參數(shù)。35kV變電站和一般的110kV終端站可以不要求安裝故障錄波，一些分析信息可從保護(hù)裝置的簡短記錄和SOE中提取。但110kV樞紐站要求具有故障錄波功能。
�。�6）小電流接地選線 該功能要求配備三相CT或?qū)Ｓ昧阈駽T，一般通過IED檢出母線開口三角電壓越限，主站在收到信號后調(diào)該母線各IED在接地瞬間記錄的零序電壓電流資料，匯總分析后作出判斷。對于有35kV和10kV饋電線路的變電站，應(yīng)裝設(shè)分布的通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的小電流接地選線系統(tǒng)。
（7）五防閉鎖 五防閉鎖功能是自動化必須考慮的主要問題之一。目前國內(nèi)大多數(shù)變電站自動化沒有實現(xiàn)隔離開關(guān)的自動控制，電動隔離開關(guān)機(jī)械轉(zhuǎn)動的不可靠性是原因之一。這種由于一次設(shè)備帶來的不完善的自動化系統(tǒng)，不僅給運行維護(hù)管理帶來了麻煩，而且使得自動化系統(tǒng)的五防閉鎖必須和一些廠家的現(xiàn)場智能鑰匙（智能鎖控器）扯在一起，目前還沒有比較好的解決方案。隨著一次設(shè)備的工藝質(zhì)量提高，一些廠站電動隔離開關(guān)使用情況基本沒有問題。隔離開關(guān)采用電動操作，自動化系統(tǒng)的五防閉鎖方案是比較完善和可靠的，用戶可根據(jù)自己的情況加以選擇。
�。�8）繼電保護(hù) 保護(hù)裝置作為系統(tǒng)的有機(jī)部分要求和自動化系統(tǒng)保持相對獨立，一般要求保證電磁兼容指標(biāo)，設(shè)置專用熔斷器（35kV電壓等級以上）電源回路，保護(hù)CT與測量CT分開，A/D轉(zhuǎn)換14位，可遠(yuǎn)方投退壓板和控制字，在線修改定值，帶簡短的事故采樣數(shù)據(jù)和動作記錄。
（9）同期 由于實現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián)是必然趨勢，故負(fù)責(zé)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線聯(lián)絡(luò)變壓器的樞紐變電站仍需配待自動同期裝置，使待并列的兩個系統(tǒng)在電壓、頻率、相位角都能滿足條件的情況下對進(jìn)行并列操作，這部分功能也應(yīng)納入自動化系統(tǒng)。
�。�10）消防、保衛(wèi) 由于值班人員的減少和自動化系統(tǒng)功能的完善，消防、保衛(wèi)自動監(jiān)視設(shè)備也應(yīng)納入變電站自動化系統(tǒng)一并考慮，要求能及時將煙霧、溫度、案情等報警信息傳送給值班人員或上級調(diào)度中心。對于按無人值班設(shè)計的變電站，更應(yīng)該重視這部分功能的實現(xiàn)。
3 內(nèi)部局域通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇
數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是構(gòu)成變電站自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化是使變電站自動化邁向標(biāo)準(zhǔn)化難點之一，很難達(dá)成一致。
3.1 變電站通信網(wǎng)絡(luò)
變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時間應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求：設(shè)備層和間隔層之間、間隔內(nèi)各個設(shè)備之間、間隔層各間隔單元之間為1～100ms；間隔層和變電站層之間為10～1000ms；變電站層各個設(shè)備之間、變電站和控制中心之間≥1000ms[2]。RS422和RS485串口傳輸速率指標(biāo)都是不錯的，可在1000m內(nèi)傳輸速率100kbps，短距離速率可到10Mbps；RS422串口為全雙工，RS485串口為半雙工，媒介訪問方式為主從問答式，屬總線結(jié)構(gòu)。這兩個網(wǎng)絡(luò)的不足在于節(jié)點數(shù)目比較少，無法實現(xiàn)多主冗余，有“瓶頸”問題，在35kV變電站和110kV終端變電站等小中型變電站，RS422和RS485可作為主要網(wǎng)絡(luò)采用。
中型樞紐110kV站接點數(shù)一般在40個左右，多主冗余要求、節(jié)點數(shù)量增加使RS422和RS485難以勝任�，F(xiàn)場總線網(wǎng)可以方便的增減節(jié)點，具有點對點、一點對多點和全網(wǎng)廣播傳送數(shù)據(jù)的功能，常用的有Lonworks網(wǎng)，CAN網(wǎng)。Lonworks網(wǎng)上的所有節(jié)點是平等的，CAN網(wǎng)可以方便的構(gòu)成多主機(jī)構(gòu)，不存在“瓶頸”問題。據(jù)近年國內(nèi)數(shù)百個站的經(jīng)驗，CAN網(wǎng)和Lonworks網(wǎng)可作為目前一般中型的110kV樞紐變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)采用。
220～500kV變電站節(jié)點數(shù)據(jù)多，站內(nèi)分布成百上千個CPU，大量數(shù)據(jù)信息流的涌動和對速率指標(biāo)要求高的分布母線保護(hù)的采用（要求速率130kB/s），Lonworks網(wǎng)絡(luò)的實時性、帶寬和時間同步指標(biāo)會力不從心。應(yīng)考慮采用Ethernet網(wǎng)。
3.2 系統(tǒng)傳輸規(guī)約的現(xiàn)狀
國內(nèi)變電站自動化系統(tǒng)的傳輸規(guī)約使用較為混亂，無論是在站內(nèi)不同廠家設(shè)備之間還是在和遠(yuǎn)方調(diào)度的連接中，由規(guī)約轉(zhuǎn)換問題而引發(fā)的軟件編程成為實際工程調(diào)試量最大的項目，必須加以統(tǒng)一。目前各個地方情況不一，現(xiàn)場大多采用各形式CDT、SC－1801、U4f、DNP3.0等一些規(guī)約，
1995年IEC為了在兼容的設(shè)備之間達(dá)到互換目的，頒布了IEC60870－5－101傳輸規(guī)約，1997年原電力工業(yè)部頒布了國際101規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T634－1997。該規(guī)約為調(diào)度端和站端之間的信息傳輸制定了標(biāo)準(zhǔn)，建議今后變電站自動化設(shè)備的遠(yuǎn)方調(diào)度傳輸協(xié)議上應(yīng)采用101規(guī)約。
對于站內(nèi)通信規(guī)約，各生產(chǎn)廠家基本是各作各的，造成不同廠家設(shè)備通信連接的困難和以后維護(hù)的隱患。IEC在1997年頒布了IEC60870－5－103規(guī)約，國家經(jīng)貿(mào)委在1999年頒布了103規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T667－1997。103規(guī)約為繼電保護(hù)和間隔層（IED）設(shè)備與變電站層設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信傳輸規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，建議今后的變電站自動化站內(nèi)協(xié)議采用103規(guī)約。
4 設(shè)備選型中的幾個問題
4.1 生產(chǎn)廠家的問題
目前在變電站自動化系統(tǒng)選型當(dāng)中存在著如所選系統(tǒng)功能不夠全面，產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)不到要求等情況。主要有以下問題：由于我國市場經(jīng)濟(jì)體制不成熟，廠家過分重視經(jīng)濟(jì)利益，用戶過分追求技術(shù)含量，不重視產(chǎn)品的性能，因而一批技術(shù)含量雖較高，但產(chǎn)品并不過關(guān)，甚至結(jié)構(gòu)、可靠性很差的所謂高技術(shù)產(chǎn)品仍能不斷使用。廠家只要有人買就生產(chǎn)，改進(jìn)的積極性也就不高，甚至有些產(chǎn)品生產(chǎn)過程中缺乏起碼的質(zhì)量保證措施，有些外購件的生產(chǎn)更是缺乏管理，因而導(dǎo)致部分投產(chǎn)的變電站問題百出。還有一種情況，有些廠家就某產(chǎn)品只組織技術(shù)鑒定，沒搞產(chǎn)品鑒定。另外，生產(chǎn)廠家對變電站自動化系統(tǒng)的功能、作用、結(jié)構(gòu)及各項技術(shù)性能指標(biāo)宣傳和介紹不夠，導(dǎo)致電力企業(yè)內(nèi)部專業(yè)人員對系統(tǒng)認(rèn)識不透徹，造成設(shè)計漏洞較多。
4.2 不同產(chǎn)品的接口問題
接口是自動化系統(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與通信控制器、保護(hù)與通訊控制器、小電流接地裝置與通訊控制器、故障錄波與通訊控制器、無功裝置與通訊控制器、通訊控制器與主站、通訊控制器與模擬盤等設(shè)備之間的通訊。這些不同廠家的產(chǎn)品要在數(shù)據(jù)接口方面溝通，需花費軟件人員很大精力去協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)格式、通訊規(guī)約等問題。當(dāng)不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時，問題會很嚴(yán)重。如果所有廠家的自動化產(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)品的特點進(jìn)行選擇，以滿足自身的使用要求。
4.3 變電站自動化系統(tǒng)的抗干擾問題和采取的措施
關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)的抗干擾問題，亦即所謂的電磁兼容問題，是一個非常重要然而卻常常被忽視的方面。傳統(tǒng)上的變電站自動化設(shè)備出廠抗干擾試驗手段相當(dāng)原始，僅僅做一些開關(guān)電焊機(jī)、風(fēng)扇、手提電話等定性實驗，到現(xiàn)場后往往也只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標(biāo)，這是一個極大的隱患。變電站自動化系統(tǒng)的抗干擾措施是保證變電站自動化系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定地運行的基礎(chǔ)，選擇時應(yīng)注意，合格的變電站自動化產(chǎn)品，除滿足一般檢驗項目外，主要還應(yīng)通過高低溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試驗、動模試驗，而且還要重點通過四項電磁兼容試驗，分別是：1MHz脈沖干擾試驗；靜電放電干擾試驗；輻射電磁場干擾試驗；快速瞬變干擾試驗。
4.4 設(shè)備選型應(yīng)遵循的原則
近些年來，變電站自動化方面的工作，既有經(jīng)驗也有教訓(xùn)。但實踐證明，只要堅持按照“運行可靠、功能實用、技術(shù)先進(jìn)、價格合理、維護(hù)方便、易于推廣”的選型原則去實施，便會成效顯著，偏離了這個原則，就收不到應(yīng)有的效果。
運行可靠體現(xiàn)在：（1）本身各模塊能穩(wěn)定協(xié)調(diào)地工作；（2）關(guān)鍵部分一定要有冗余、備份等措施，不因單個模塊的故障而影響整個系統(tǒng)的正常運行；（3）抗干擾能力強(qiáng)。功能實用體現(xiàn)在：（1）基本功能、日常操作所需的功能必須完備、簡明；（2）信息分流，哪一層需要的信息才送往哪一層。
技術(shù)先進(jìn)體現(xiàn)在：（1）采用當(dāng)前的主流技術(shù)；（2）符合開放、分布分散分層的標(biāo)準(zhǔn)。一定要改變可靠的必然在技術(shù)上落后、技術(shù)先進(jìn)的必然不可靠的觀念。如果能夠把握好設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)制造、安裝投運的各個環(huán)節(jié)，是可以做到先進(jìn)性與可靠性相統(tǒng)一的。
價格合理、維護(hù)方便、推廣容易也都是非常重要的因素，與以上幾個方面是相輔相成的。
另外，各電力公司所擁有的變電站自動化系統(tǒng)型號數(shù)量不宜過多，各電壓等級的自動化系統(tǒng)不宜超過3種，否則不利于運行人員掌握和維護(hù)。
5 結(jié)束語
由于微處理器和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，變電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平有了很大的提高，結(jié)構(gòu)體系不斷完善，全分布式自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)為變電站自動化系統(tǒng)的選型提供了一個更廣闊的選擇余地。伴隨著變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用的增多，無論是新建、擴(kuò)建或技改工程，變電站自動化系統(tǒng)的選型都應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行國電公司下發(fā)的有關(guān)選型規(guī)定，力求做到選型規(guī)范化。經(jīng)選用的變電站自動化系統(tǒng)不僅技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能價格比高，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和適用性要好，而且要求生產(chǎn)廠家具有相當(dāng)技術(shù)實力，有一定運行業(yè)績和完整的質(zhì)量保證體系、完善的售后服務(wù)體系。
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