智能变电站自动化系统技术分析

智能变电站自动化系统技术分析

作者：樊凡 宋延

来源：《数字化用户》2013年第27期

【摘 要】变电站自动化系统是电网信息处理的基础，与能量系统直接耦合。本文首先描述了变电站自动化技术的演变过程：集中式变电站自动化系统、分散式变电站自动化系统、智能变电站，说明了不同时期变电站自动化系统的各自特征。重点介绍了智能变电站的关键技术，并将常规变电站与智能变电站进行对比分析，阐述了智能变电站的优越性。接着，探讨了智能变电站自动化系统三层两网的组织形式。最后，对智能变电站自动化系统的发展前景进行了展望。

【关键词】智能电网；智能变电站；自动化系统；DL/T860

传统变电站存在多套系统，信息共享困难、设备之间互操作性差、系统可扩展型差、系统可靠性受二次电缆的影响等诸多不足[1]，严重制约了变电站可靠性、实时性、经济性的进一步提升。随着国家电网公司提出建设坚强智能电网的战略构想[2]，将传统变电站改造成先进的智能化变电站就作为智能电网建设环节的重要一环。一次设备智能化、电子式互感器与数字化采样、一次设备状态监测、实时系统中高速的计算机网络等技术的发展与成熟， 使得全站信息采集、传输、处理和输出等过程完全数字化。未来变电站的建设将朝着综合自动化、数字化的方向发展。

一、变电站自动化技术的演变

自20世纪90年代起，随着信息技术、电子技术、网络通信技术的快速提升，促进了变电站综合自动化系统的快速发展[3]，先后经历了集中式变电站综合自动化系统、分散变电站综合自动化系统、智能变电站三种形式。变电站自动化系统通信发展主要体现在：智能电子设备（IED）越来越分散，过程层通信逐步以数字通信取代模拟电缆，功能逐渐软件化等方面。此外，随着硬件水平的提高，二次设备的安装位置逐步发展到开关柜和小室，取代了原来集中布置的控制室。

（一）集中式系统结构

如图1所示，集中式变电站自动化系统一般具有大量输入/输出接口的远方终端单元（RTU），将变电站一次设备的模拟、开关量等信息进行集中采集，并对采集到的信息进行数据分析与处理，同时将信息向上传送。调度中心通过监控计算机与RTU组成监视控制和数据采集（SCADA）系统，实现对变电设备的自动控制和继电保护等功能。作为集中式系统运行平台的计算机一般具有较强的功能，其中前置计算机的功能有：信息传输、监测、控制及保护，后台计算机的功能有：数据显示、处理、打印及上传。集中式系统的组织形式不灵活，对于不同的变电站，其规模及主接线往往不同，软硬件都必须重新设计。

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图1 集中式结构的变电站自动化系统 （二）分布式系统结构

图2所示的分布式变电站自动化系统按系统功能或监控对象划分，由多个分散的二次装置采用网络技术构成统一的自动化系统，不同装置之间既可独立工作又能相互协调，在通信规约一致的条件下实现对变电站监视及控制。 图2 分布式结构的变电站自动化系统

分散分布式结构以一次主设备，如变压器、断路器、隔离开关等为安装单位，将数据采集、控制、保护等单元就地分散安装在一次设备本体上或其附近，不同单元间相互独立。变电站级测控单元通过网络与各一次设备通信，并利用以太网与上位机及调度中心通信。分散分布式的自动化系统具有灵活多样化的突出优点，光纤通信技术及光电传感器的不断发展也为其研究及应用提供了保障。可以预测，未来智能变电站将朝着分散分布式结构方向发展。 （三）智能变电站 1.智能变电站的技术特征

（1）全站信息数字化。对一次设备和二次设备的控制更加便捷高效，其间的通信可同时交互进行，通过电力信息网进行管理，整个变电站设备信息的采集、传输、处理、输出过程完全实现了数字化。

（2）通信平台网络化。通信平台采用了基于国际IEC61850的标准化规约在我国转换后的DL/T860电力行业标准[4]，实现了全站信息的网络化传输、设备间的无缝连接。变电站网络拓扑结构、过程层组网方案等需按实际需要灵活选择。

（3）信息共享标准化。在信息一体化系统下，全站的数据按照统一格式、统一编号存放在一起，应用时按照统一检索方式、统一存取机制进行，避免了不同功能应用时对相同信息的重复建设。

（4）高级应用互动化。一体化信息平台覆盖了变电站内所有信息资源，通过标准规范的信息采集渠道，变电站各子系统可进行信息采集共享，信息的利用率和互动性得到了提高，系统的集成性和可靠性也得到了提高。 2.智能变电站的优越性

图3为智能变电站与常规变电站的结构对比。从图中可知智能变电站的优越性主要体现在以下几点：

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（1）一次设备智能化。通过采用电子式互感器配置合并单元、一次设备配置智能终端，实现一次设备的测量数字化、采样值信息就地数字化、控制网络化；通过传感器与设备的一体化安装，实现设备状态可视化；通过各类状态监测后台的集成，建立了一次设备状态监测系统。

（2）采用电子式互感器。电子式互感器具有常规互感器的全部功能，且具有绝缘结构简单、无磁饱和、暂态相应范围大、体积小等优点[5]，在电力系统中有广泛的应用潜力。 （3）光缆取代电缆。少量光缆替代大量电缆，不但从根本上解决抗干扰问题，提高了传输可靠性，而且间接使得继电器小室的数量减少，优化了设备布置和建筑结构。

（4）通信规约标准化。智能变电站采用了DL/T860电力行业标准，由此建立的智能设备信息模型与通信接口，使常规变电站不同设备间无需进行规约转换，实现了全站设备间的无缝连接，信息完全共享。变电站信息采集、传输和执行等不同功能的系统无需重复建设，变电站建设的成本减少了，建设的复杂性也降低了。

（5）精简场地配置，优化场地布置。智能变电站应以先进技术、安全稳定运行、合理投资为前提，遵循资源节约、环境友好的技术原则进行部署，结合新设备、新技术的使用条件，实现建筑物布置和配电装置场地优化。 二、智能变电站自动化网络结构

变电站自动化系统基于DL/T860标准，采取如图4所示的开放式分层分布结构，三层两网设计。其中“三层”指站控层、间隔层、过程层；“两网”指站控层/间隔层网络、过程层网络。 过程层由智能设备、合并单元和智能终端构成，实现了一次设备的数字化接口，完成电气量的采集和检测、设备运行状态监测、操作控制命令执行等与一次设备相关的功能。 间隔层由继电保护、测控、计量、故障录波、网络记录分析、相量测量等若干二次设备构成，在网络出现故障的情况下，也能独立完成一次设备保护控制、本间隔层闭锁控制、汇总实时数据信息等监控功能。站控层由主机兼操作员站、远动通信装置、继电保护故障信息系统子站、一体化信息平台、智能设备接口及网络打印机等设备构成。站控层通信基于互联互操作的DL/T860标准，功能高度集成，能够提供变电站运行的人机联系界面，记录变电站内的所有信息，形成变电站监控管理中心，还可与远方监控调度中心通信。 三、结语

变电站综合自动化技术深化了电力系统自动化水平，提高电网稳定性和可靠性，将现代电网运行管理及维护提高到新的水平。随着国家电网公司对智能电网的建设步伐不断推进，特高压电网的分布面积日益增加，电网的结构和运行方式将愈加复杂[6]，对自动化程度的要求愈

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加提高，同时也促使变电站自动化技术的不断发展。总之，随着智能电网通信体系的建立，智能化程度的不断深入，未来变电站可实现更多、更复杂的功能，自动化水平也将不断深化。 参考文献：

[1]王宗山.智能变电站若干关键技术研究与应用[D]. 上海：上海交通大学， 2012. [2]余贻鑫，栾文鹏.智能电网述评[J]. 中国电机工程学报，2009，29（34）：1-7. [3]曹楠，李刚，王冬青. 智能变电站关键技术及其构建方式的探讨[J]. 电力系统保护与控制，2011，39（5）：63-67.

[4]DL/T 860-2006，变电站通信网络和系统[S]. 2006.

[5]方琼，张会建，付艳华等. 电子式互感器概述及工程应用分析[J]. 华北电力技术，2008，（11）：22-27.

[6]杜至刚，牛林，赵建国. 发展特高压交流输电，建设坚强的国家电网[J]. 电力自动化设备，2007，27（5）：1-5.