一、发展变电站综合自动化的必要性

煤矿企业变电站综合自动化技术的发展曹翾（平项山工业职业技术学院河南平项山467001)摘要：变电站综合自动化技术涉及到自动控制、远动、通信、继电保护、测量、计量、在线监测、信号及控制等二次系统；涉及到自动化、继电保护、变电运行等专业，是由现代科学技术进步而催生的一门新型交叉学科，是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。关键词:煤矿企业变电站综合自动化技术发展引言发电厂通过发电机将机械能转变为电能，经变压器及不同电压等级的线路输送给用户。变电站作为整个电网中的一个重要环节，担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务，变电站继电保护、监控自动化系统是保证上述任务完成的基础。在电网统一指挥和协调下，电网各环节(如变电站、发电厂)具体实施和保障电网的安全、稳定、可靠运行。1、变电站应确保能够实现以下功能(1)检测电网故障，尽快隔离故障部分。(2)采集变电站运行实时信息，进行监视、计量和控制。(3)采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考。(4)实现当地后备控制和紧急控制。(5)确保通信要求。2、传统变电站二次设备及系统存在以下诸多缺点，难以满足上述功能。(1)传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集成电路，缺乏自检和自诊断能力。(2)二次设备主要依赖大量电缆，通过触点、模拟信号来交换信息，信息量小、灵活性差、可靠性低。(3)传统二次设备体积大、笨重，主控室、继保室占地面积大，征地投资大，电压互感器、电流互感器负担重，二次设备冗余配置多。(4)不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。(5)电磁型或小规模集成电路调试和维护工作量大，不能远方修改保护及自动装置的定值和检查其工作状态。(6)供电质量缺乏科学的保证。(7)传统的二次设备按功能配置，彼此相关性甚少，相互间协调困难，需要值班人员比较多的干预，难于适应现代化电网的控制要求。唯有变电站实现微机综合自动化才能满足以上要求，并能克服传统变电站存在的不足。发展变电站综合自动化是现代科学技术发展的必要结果。3、变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷，利用综合自动化系统采集数据和信息，经高速计算和逻辑判断以及系统内各设备间相互交换信息、数据共享，实现监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。4、变电站综合自动化系统的发展过程煤矿企业现有的变电站有三种形式：第一种:是传统的变电站；第二种:是部分实现微机管理、具有一定自动化水平的变电站；第三种:是全面微机化的综合自动化变电站。从变电站自动化的发展过程来看，可分为以下几个阶段：1)变电站分立元件的自动装置阶段为保证电力系统的正常运行，长期以来陆续研制出各种功能的自动装置，例如：自动重合闸装置、低频自动减负荷装置、备用电源自投和各种继电保护装置等。但这些自动装置，相互之间独立运行，互不相干，而且缺乏智能，没有故障自诊断能力，在运行中若自身出现故障，不能提供告警信息，有的甚至会影响电网运行的安全2)微处理器为核心的智能自动装置阶段在变电站自动化方面，首先将原来由晶体管等分立元件组成的自动装置逐步由大规模集成电路或微处理机代替，由于采用了数字式电路，统一数字信号电平，缩小了体积，明显地显示出优越性，特别是由微处理器构成的自动装置，利用微处理器的智能和计算能力，可以应用和发展新的算法，提高了测量的准确度和控制的可靠性，还扩充了新的功能，尤其是装置本身的故障自诊断能力，对提高自动装置自身的可靠性和缩短维修时间意义重大。3)变电站综合自动化系统的发展范围目前变电站综合自动化技术在我国的应用范围，由电力系统的主干网、城市供电网、农村供电网扩展到企业供电网；其电压等级，由当初的35～110kV变电站，向上扩展到220—500kV变电站，向下延伸到10kV乃至0．4kV配电网络，几乎覆盖到全部供电网络。5、变电站综合自动化系统的体系结构和配置几十年来，变电站综合自动化技术已得到了突飞猛进的发展，其结构体系也在不断的完善。1)变电站综合自动化的体系结构变电站综合自动化采用自动控制和计算机技术实现变电站二次系统的部分或全部功能。变电站综合自动化系统体系结构如图1—1所示。图中“数据采集和控制”、“继电保护”、“直流电源系统”三大块构成变电站自动化基础。“通信控制管理”是桥梁，连接变电站内部各部分、变电站与调度控制中心，负责数据和命令的传递。“变电站主计算机系统”对整个综合自动化系统进行协调、管理和控制，向运行人员提供各种数据、接线图、表格等画面，代替过去由人工完成的简单、重复、繁琐工作，如收集、处理、记录、统计变电站运行数据和变电站运行过程中所发生的保护动作、断路器分/合闸等重要事件，使运行人员可远方控制断路器操作，还提供运行和维护人员对自动化系统进行监控和干预的手段，可按运行人员的操作命令或预先设定执行各种复杂的工作。2)变电站综合自动化的结构模式常见的结构模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式三种。(一)集中式结构集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／0接口，集中采集变电站的模拟量和数字量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能是由不同的微型计算机完成的。调度控制中心变电站主计算机系统通信控制管理直流电源系统数据采集与控制电气计量自动装置继电保护辅助设施系统电量和非电量检测开关量信号采集操作控制线路保护主变压器和电容器保护母线保护图1－1　变电站综合自动化结构图显示器打印机计算机计算机调度控制中心直（交）流采样开关信号输入控制输出.........变送器开关位置设备状态开关控制图1－2集中式系统结构框图(二)集中分布式结构该系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。计算机打印机通信控制器调度控制中心交流采样处理机开关信号处理机操作控制处理机保护控制处理机保护单元控制输出开关信号输入交流采样交流采样开关信号输入控制输出保护单元............图1－3分布集中式系统框图变送器开关位置设备状态开关控制TV控制TATV控制TA(三)分布分散(层)式结构分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层(站级测控单元)和间隔层(间隔单元)。也可分为三层，即变电站层（主站层或上位机系统）、通信层和间隔层（现场保护测控层）。打印机运行工作站......电网调度中心操作控制中心通信控制器测控单元1＃测控单元n＃公用信号单元保护单元1＃保护单元N＃以太网现场总线GPS图1－4　分布分散式系统框图6、变电站综合自动化系统的特点变电站综合自动化系统具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。同传统变电站二次系统不同的是：各个保护、测控单元既保持相对独立，又通过计算机通信的形式，相互交换信息，实现数据共享，协调配合工作，减少了电缆和设备配置，增加了新的功能，提高了变电站整体运行控制的安全性和可靠性。7、变电站综合自动化系统的功能变电站综合自动化是多专业性的综合技术，它以微计算机为基础，实现了对变电站传统的继电保护、控制方式、测量手段、通信和管理模式的全面技术改造，实现了电网运行管理的一次变革。变电站自动化功能归纳为以下几种功能组：①控制、监视功能；②自动控制功能；③测量表计功能；④继电保护功能；⑤与继电保护有关功能；⑥接口功能；⑦系统功能。除上述功能外还具有：时钟同步、防误闭锁、同步、系统自诊断与恢复以及与其他设备接口等功能。第一作者简介：曹翾（1966—），女，河南新野人，毕业于中国矿业大学，平顶山工业职业技术学院教师，主要从事电器设备的研究与教学工作。（联系电话：[phone]）地址:河南省平顶山市水库路3号院,平顶山工业职业技术学院自动化系.