國內(nèi)外變電站自動化技術發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(精).doc

國內(nèi)外變電站自動化技術發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作者:指導老師:摘要:根據(jù)有關工作調(diào)研、設計實踐,對國內(nèi)外變電站綜合自動化的現(xiàn)狀和發(fā)展進行了總結(jié)和分析, 并對當前應用變電站綜合自動化技術提出了若干建議。關鍵詞:變電站綜合自動化結(jié)構(gòu)性能Abstract:According to the status and development of related research, design practice , both at home and abroad substation integrated automation Summarized and analyzed, and the current integrated substation automation technology made several recommendations .Keywords:substation integrated automation configuration performance引言:變電站綜合自動化是將變電站的二次設備(包括控制、信號、測量、保護、自動裝置及遠動裝置等應用計算機技術和現(xiàn)代通信技術,經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設計,對變電站實施自動監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào),以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化系統(tǒng)。實現(xiàn)變電站綜合自動化,可提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行水平,減少基建投資,并為推廣變電站無人值班提供了手段。計算機技術、信息技術和網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展,帶動了變電站綜合自動化技術的進步。近年來,隨著數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)(如光電式互感器或電子式互感器、智能電氣設備以及相關通信技術的發(fā)展,變電站綜合自動化系統(tǒng)正朝著數(shù)字化方向邁進。1.國內(nèi)變電站綜合自動化技術發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢我國變電站綜合自動化技術的起步發(fā)展雖比國外晚, 但我國70年代初期便先后研制成電氣集中控制裝置和“四合一”裝置 ( 保護、控制、測量、信號 。如南京電力自動化設備廠制造的 DJK 型集中控制裝置, 長沙湘南電氣設備廠制造的 WJBX 型“四合一”集控臺。這些稱之為集中式的弱電控制、信號、測量系統(tǒng)的研制成功和投運為研制微機化的綜合自動化裝置積累了有益的經(jīng)驗。70年代末80年代初南京電力自動化研究院率先研制成功以 Motorola 芯片為核心的微機 RT U 用于韶山灌區(qū)和鄭州供電網(wǎng), 促進了微機技術在電力系統(tǒng)的廣泛應用。1987年, 清華大學在山東威海望島35kV 變電站用3臺微型計算機實現(xiàn)了全站的微機繼電保護、監(jiān)測和控制功能。之后, 隨著1988年由華北電力學院研制的第1代微機保護 ( OI 型 投入運行, 第 2代微機保護( WXB-11 1990年4月投入運行并于同年12月通過部級鑒定。較遠動裝置采用微機技術滯后且更為復雜的繼電保護全面采用微機技術成為現(xiàn)實。至此,隨著微機保護、微機遠動、微機故障錄波、微機監(jiān)控裝置在電網(wǎng)中的全面推廣應用,人們?nèi)找娓械礁鲗I(yè)在技術上保持相對獨立造成了各行其是, 重復硬件投資, 互連復雜, 甚至影響運行的可靠性。1990年,清華大學在研制鞍山公園變電站綜合自動化系統(tǒng)時, 首先提出了將監(jiān)控系統(tǒng)和 RT U 合而為一的設計思想。1992年5月,電力部組織召開的“全國微機繼電保護可靠性研討會”指出: 微機保護與 RT U, 微機就地監(jiān)控, 微機錄波器的信息傳送, 時鐘、抗干擾接地等問題應統(tǒng)一規(guī)劃并制定統(tǒng)一標準, 微機保護的聯(lián)網(wǎng)勢在必行。由南京電力自動化研究院研制的第1套適用于綜合自動化系統(tǒng)的成套微機保護裝置 ISA 于1993年通過部級鑒定以后, 各地電網(wǎng)逐步開始大量采用變電站綜合自動化系統(tǒng)。1994年中國電機工程學會繼電保護及自動化專委會在珠海召開了“變電站綜合自動化分專業(yè)委員會”的成立大會,這標志著對變電站綜合自動化的深入研究和應用進入了一個新階段。目前, 國內(nèi)有關研制和生產(chǎn)單位推出的變電站自動化系統(tǒng)及產(chǎn)品很多, 根據(jù)該技術的發(fā)展過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點, 歸納起來可分為3種典型類型。第1種類型為基于 RT U、變送器及繼電保護與自動裝置等設備的變電站綜合自動化系統(tǒng), 一般稱為增強型 RT U 方式, 也稱集中式, 或第1代綜合自動化系統(tǒng)。該類系統(tǒng)實際上是在常規(guī)的繼電保護及二次接線的基礎上增設 RT U 裝置以實現(xiàn)“四遙”。結(jié)構(gòu)上僅是站級概念, 有關重要信息通過硬接點送給 RT U 裝置, 變電所的監(jiān)測量一般經(jīng)變送器變換后送給 RT U 。開關監(jiān)測量是直接引至 RT U , RT U 的控制輸出一般經(jīng)遙控執(zhí)行柜發(fā)出控制命令。該類系統(tǒng)的特點是: 系統(tǒng)功能不強, 硬件設備重復, 整體性能指標低, 系統(tǒng)聯(lián)接復雜, 可靠性低, 但其成本低, 特別適合于老站的改造。實際上該類系統(tǒng)僅為變電站綜合自動化的初級形式, 尚不能稱為綜合自動化系統(tǒng)。第2種類型為從硬件結(jié)構(gòu)上按功能對裝置進行了劃分, 摒棄了集中式單 CP U 結(jié)構(gòu)而走向分散, 系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元,主機單元、遙控執(zhí)行單元、保護單元組成。各功能單元通過通信網(wǎng)絡等手段實現(xiàn)有機結(jié)合, 構(gòu)成系統(tǒng)。該類系統(tǒng)可替代常規(guī)的保護屏、控制屏、中央信號屏、遠動屏、測量儀表等。它具有較強的在線功能。各種功能比較完善, 且人機界面較好。但系統(tǒng)仍然比較復雜, 聯(lián)結(jié)電纜較多, 系統(tǒng)可靠性不太高。這類系統(tǒng)雖然做到了一定程度上的分散,但沒有從整體上來考慮變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu), 一般僅是監(jiān)控系統(tǒng)和保護系統(tǒng)簡單的相加。由于我國保護和遠動分屬不同的部門和專業(yè)。故我國目前的大多數(shù)綜合自動化系統(tǒng)均屬此類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般稱為分散式系統(tǒng)或第2代綜合自動化系統(tǒng), 是一種過渡方案。第3種類型系統(tǒng)是采用國際上成熟的先進設計思想, 引入了站控級和間隔級概念, 系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。設備分變電站層設備 ( 站控級 和間隔層設備 ( 間隔級 。間隔層設備原則上按一次設備組織, 例如1條線路、1臺主變壓器。每一間隔層設備包括保護、控制、測量、通信、錄波等所有功能。設計的原則是: 凡是可以在本間隔層設備完成的功能, 盡量由間隔層設備就地獨立處理, 不依賴于通信網(wǎng)和變電站層設備。變電站層設備是通過間隔層設備了解和掌握整個變電站實時運行情況, 并通過間隔層設備實現(xiàn)變電站控制, 它還負責站內(nèi)信息收集、分析、存儲以及與遠方調(diào)度中心的聯(lián)系, 這類系統(tǒng)實現(xiàn)了信息資源的共享以及保護、監(jiān)控功能的綜合化,大大簡化了站內(nèi)二次回路, 它完全消除了設備之間錯綜復雜的二次電纜。由于間隔層設備可放在開關柜上或放置在一次設備附近, 從而可大大縮小主控制室面積, 節(jié)省控制電纜, 減少 CT 負擔。同時大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性、可擴展性, 是綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。該類系統(tǒng)一般稱為分層分布式系統(tǒng), 也稱為第3代變電站綜合自動化系統(tǒng)。第1種技術觀點認為: 變電站綜合自動化系統(tǒng)主要考慮“四遙量”的采集, 以點為對象, 面向“功能設計”, 故變電站綜合自動化系統(tǒng)應以傳統(tǒng) RT U 裝置或在其基礎上發(fā)展起來的數(shù)據(jù)采集裝置、主控單元、遙控執(zhí)行等裝置組成的監(jiān)控為基礎組成, 它與微機保護的聯(lián)系只要通過裝置上的串行口收集信息即可, 并且特別強調(diào)保護的獨立性, 即兩者不能有任何硬件上的融合。由于變電站綜合自動化系統(tǒng)源于傳統(tǒng)的“四遙”并且是在微機遠動、微機保護基礎上發(fā)展起來的, 且保護和遠動分屬不同的部門和專業(yè), 故這種技術觀點曾一度流行。而第2種技術觀點認為: 綜合自動化技術是以先進可靠的微機保護為核心, 以成熟的網(wǎng)絡通信技術將測量控制與繼電保護融為一體, 共享數(shù)據(jù)資源, 并十分強調(diào)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)是以對應的一次設備為對象, 面向“對象設計”。當然它也強調(diào)保護的相對獨立性, 主張在決不降低保護可靠性和功能的前提下, 目前至少可以在低壓上采用保護與測控合一的綜合裝置。第2種技術觀點是在微機保護技術成熟并向網(wǎng)絡化多功能方向發(fā)展的基礎上形成的。因此, 第2種技術觀點正逐步成為大家的共識, 它也成為了目前綜合自動化技術發(fā)展的趨勢和潮流。綜觀目前國內(nèi)變電站綜合自動化技術的發(fā)展軌跡, 我們可以看出如下發(fā)展趨勢:在總體結(jié)構(gòu)上引入國際上成熟的先進設計思想, 采用分層分布式結(jié)構(gòu), 并采用計算機局域網(wǎng) ( L AN , 通信規(guī)約向國際標準靠攏; 通信媒介普遍采用光纖, 因為光纖具有抗電磁干擾的突出優(yōu)點; c. 間隔層設備逐步采用保護與測控合一的綜合裝置, 對于配電線直接安裝在開關柜上。2.國外變電站綜合自動化技術發(fā)展概況國外從70年代末、80年代初就開始進行保護和控制綜合自動化系統(tǒng)的新技術開發(fā)研究工作。其主要特點為: 系統(tǒng)一般采用分層分布式, 系統(tǒng)由站控級和元件/ 間隔級組成, 大部分系統(tǒng)在站控級和元件/ 間隔級的通信采用星形光纖連接,繼電保護裝置下放到就地, 主控制室與各級電壓配電裝置之間僅有光纜聯(lián)系, 沒有強電控制電纜進入主控制室, 這樣節(jié)約了大量控制電纜, 大大減少對主控制室內(nèi)計算機系統(tǒng)及其他電子元件器的干擾,提高了運行水平和安全可靠性。2.1國外在制定變電站綜合自動化技術規(guī)范方面的進展國外變電站綜合自動化系統(tǒng)制造廠商頗多, 但他們彼此之間一開始就十分注意系統(tǒng)的技術規(guī)范和標準的制定及協(xié)調(diào), 以避免各自為政造成的不良后果,以便于這門新技術能夠迅速發(fā)展和廣泛的應用。目前, 許多國際性組織或權威機構(gòu)都在進行這項工作, 如國際電工委員會 ( IEC 、國際大電網(wǎng)會議( CIGRE 、德國電力事業(yè)聯(lián)合會 ( VDEW 和電工供貨商機構(gòu)( ZVEI 、美國電力科學研究院( EP RI 和 IEEE 的電力工程學會 ( IEEE、PES 都正在制訂或已制訂了某些標準。1. 2. 1 德國電力事業(yè)聯(lián)合會 ( VDEW 和電工供貨商機構(gòu)( Z VEI 制定的關于數(shù)字式變電站保護控制系統(tǒng)的推薦草案。該草案于1987年公布, 成為 IECT C57在起草保護與控制之間接口標準的參考。德國的3大電氣公司Siemens、ABB、AEG 基本上是按照這一推薦規(guī)范設計和開發(fā)自己的產(chǎn)品。該草案把變電站的結(jié)構(gòu)規(guī)定為站控級 ( St atio n L evel 和元件/ 間隔級 ( BayL ev el 。對于系統(tǒng)的硬件、軟件、參數(shù)化、資料、測試、驗收和現(xiàn)場調(diào)試等都做出了具體而詳盡的規(guī)定。該推薦草案的公布不僅對德國國內(nèi)變電站綜合自動化的發(fā)展而且對整個歐州地區(qū)都起了一定的促進和規(guī)范作用。2.2美國電力科學研究院關于變電站控制與保護工程的系統(tǒng)規(guī)范該規(guī)范由美國電力科學研究院 ( EPRI 委托西屋電氣公司研究起草, 于1983年8月發(fā)表, 1989年11月對該規(guī)范作了進一步的修改與增補。該規(guī)范定義出了變電站綜合自動化系統(tǒng)的范疇, 同時列出了該系統(tǒng)應具備的功能菜單, 規(guī)定了每一種功能應具備的內(nèi)容及基本要求。它反映了變電站綜合自動化的基本要求, 總共逐個規(guī)定了26種功能。普遍認為, 任何一種裝置的功能都不可能超出上述功能清單之外。3.國內(nèi)變電站自動化技術發(fā)展存在的問題目前變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計還沒有統(tǒng)一標準,因此標準問題,其中包括技術標準、自動化系統(tǒng)模式、管理標準等問題,是當前迫切需要解決的問題。3.1不同產(chǎn)品的接口問題接口是綜合自動化系統(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、保護、小電流接地裝置、故障錄波、無功裝置等與通信控制器、通信控制器與主站、通信控制器與模擬盤等設備之間的通信。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、通信規(guī)約等問題。當不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時,問題會很嚴重。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)接口標準,則上述問題可得到圓滿解決,用戶可以根據(jù)各種產(chǎn)品的特點進行選擇,以滿足自身的使用要求。3.2運行維護人員水平不高的問題解決好現(xiàn)行的變電站綜合自動化系統(tǒng)管理體制和技術標準等問題的同時,還要培養(yǎng)出一批高素質(zhì)的專業(yè)隊伍。目前,變電站綜合自動化系統(tǒng)絕大部分設備的維護依靠廠家,在專業(yè)管理上幾乎沒有專業(yè)隊伍,出了設備缺陷即通知相應的廠家來處理,從而造成缺陷處理不及時等一系列問題。要想維護、管理好變電站綜合自動化系統(tǒng),首先要成立一只專業(yè)化的隊伍,培養(yǎng)出一批能跨學科的復合型人才,加寬相關專業(yè)之間的了解和學習。其次,變電站綜合自動化專業(yè)的劃分應盡快明確,杜絕各基層單位“誰都管但誰都不管”的現(xiàn)