变电站综合自动化保护系统应用研究

摘 要：随着社会经济的不断进步与发展，科学技术的不断改革创新，越来越多的电力企业开始重视和关注变电站综合自动化系统的运用。变电站综合自动化系统作为企业电力系统中的重中之重，是一个必不可缺的关键组成部分，打破了传统变电站的工作模式。变电站综合自动化装置主要分为实时监控和微机保护两部分，其中变电站综合保护系统有效保障了变电站的稳定安全运行，降低了电力企业的维修成本，为企业创造了更多的经济效益。该文将进一步的对变电站综合自动化保护系统应用展开分析和探讨。

关键词：变电站 综合自动化 保护系统 电力系统

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0034-02

当前是一个科技信息时代，我国电力工业的发展要与时俱进，跟上时代发展的脚步，要积极应用变电站综合自动化系统，不断提高电力生产的质量和效率，保证变电站运行的安全可靠性。通过变电站的综合自动化保护系统，实现变电站高可靠性工作，不断提高电力生产过程的安全性。

1 常规变电站的状况

1.1 变电站的传统监控系统工作模式

传统监控系统的组成不包括计算机设备，变电站的二次设备通常由继电保护、监控系统、自动装置以及远动装置构成[1]，其中信息处理系统的主要工作是对系统内的所有重要数据信息进行收集、处理，功能实现过程则是系统对变电站各项设备的控制、监视、保护以及调节[2]。通过以上功能可以实现系统以及设备运行的稳定可靠性。

图1为变电站传统监控系统组成环节及其设备状态的信息图。传统监控室内的工作人员通过对测量仪表以及继电器的转换数据进行处理分析后，手动的对整个系统进行操作和控制，形成了一个闭合信息的系统[3]。控制室内的工作人员必须无时无刻的观察、监视着系统现场的数据信息变化情况，增大了他们的工作量。传统监控系统和自动化监控系统最大的不同就是，前者的信息处理工作要以人为核心。

1.2 传统监控系统存在的弊端

传统监控系统中存在的弊端主要分为以下几点。

（1）传统监控系统中运用的设备过于落后，其中系统数据信息的转换监测完全依靠继电器、电磁测量仪表等模拟式设备，从而导致测量数据的误差偏大，无法准确的登记事件发生的顺序以及具体时间；与此同时电磁测量仪表和继电器的占用空间体积过大，消耗大量的电力，导致必须不断扩大系统控制室的面积。不利于控制室工作人员的监控和管理。

（2）对于系统采集来的数据信息，完全要依赖于工作人员的直觉来判断处理，是否存在故障的可能性，在这个过程中势必会造成一定的误差，毕竟单独靠人的大脑直觉去判断处理信息是有一定的局限性的。面对系统内不断更新的大量信息数据，控制室的工作人员如果只凭感官和大脑去反应处理信息，会导致关键信息的遗漏处理或者处理出现失误，从而降低了系统运行的可靠安全性。

（3）由于传统监控系统使用强电流进行传输，具备良好的抗干扰性，然而传输过程中消耗的功率较大，容易产生较大的误差，同时传输的距离有限制范围，一般情况下是低于1000 m，而且传输通道中运用的电缆截面积较大，数量众多，增大了变电站的投入资金成本。

（4）传统监控系统水平落后，在二次系统中的通信和信息交换能力偏低，系统中的数据资源不能得到有效的运用[4]，无法第一时间显示出处理的信息结果，完全不能充分发挥出监控系统的重要作用，虽然随着时间的不断推移，技术不断的改善，传统监控系统解决了信息传输功耗大、设备占地面积大的等等弊端，但是仍然无法改变传统工作模式的落后性。所以，要想完全打破传统监控系统的弊端，就必须从根本上解决问题，积极应用变电站的微机监控和保护，全面完成变电站综合自动化的转变，不断提高变电站的生产质量和效率。

2 变电站综合自动化系统

2.1 变电站综合自动化系统的概况

变电站综合自动化作为电力企业变电站的二次设备，其中涵盖的设备主要有信号系统、测量仪表、继电保护、远动装置以及自动装置等[5]，通过对设备功能的组合和优化设计，运用最新的网络通信技术、计算机技术以及信号处理技术，从而达成对电力企业整个电站运行状态的实时自动化监控以及微机装置的保护。变电站综合自动化系统通过运用数台先进的计算机设备以及超大规模的集成电路。实现它的自动化功能，打破传统变电站的工作模式，工作人员不用定期的对信息数据进行记录、抄表等工作，各种信号会自动传输到主控制室内，控制室内的工作人员只需要认真观看屏幕，获取重要的信息数据，真个变电站是否处在正常的运行状态。变电站综合自动化系统在运行过程中，能不断采集到众多完成的数据信息，利用先进的网络计算机设备全程监控着变电站内的所有设备运行状况，有力的保障了变电站安全稳定的持续运行。

2.2 变电站综合自动化的构成

当前变电站综合自动化的构成主要分为三种结构，分别是分布式结构、分层分布式结构以及集中式结构。

2.2.1 分布式系统结构

分布式系统的工作原理是通过将变电站的所有监控单位或者系统功能分布的众多计算机单功能设备，将它们进行网络连接，从而实现能分享变电站资源的一种分布式处理[6]。分布式系统结构最明显的特征就是通过利用数台计算机设备去实现变电站自动化系统的各项功能，而不是单一的通过一台主机去进行处理工作。分布式系统结构的设计必须根据功能的不同而改变，主要通过运用主从CPU系统的工作方法，多CPU系统不断提高了解决并行多发事件的能力，从而实现了CPU的高效运行处理。分布式系统结构有利于变电站自动化系统的维护和扩展，就算某个区域发生故障也不会导致其他模块停止运行。分布式结构模式在安装上能形成两种不同的系统组态结构，一种是分层组屏系统组态结构，另一种则是集中组屏系统组态结构，他们普遍被运用于中低压变电站中。分布式变电站综合自动化系统在时间推移下，逐渐体现出了它不同于其他结构系统的优势，然而它在发展过程中还存在着信息传输路径单一，抗电磁干扰能力偏低的弊端。

2.2.2 集中式系统结构

变电站集中式系统主要通过运用功能强大的计算机，与此同时扩展它的I/O接口，统一收集变电站的数据量以及模拟量等相关信息，集中的对这这些信息进行处理和计算，从而实现变电站的微机保护、微机监控以及自动控制等功能[7]。集中式系统主要通过前置计算机实现数据信息的输入和输出、控制、保护以及检测等功能，而后台计算机则实现对系统数据的处理分析、呈现、远方通信以及打印等功能。集中式系统结构受到了众多电力企业在变电站自动化上的运用，但是这种结构还是存在三个明显的弊端：一是由于前置计算机所要管理的数据信息众多，任务过于繁重、引线偏多，从而无法保证整个变电站系统运行的安全稳定性，一旦前置机出现了故障，会直接导致系统无法完成信息的输出、输入以及控制等功能；二是系统软件众多，操作起来繁琐复杂，直接加大了修改的工作量；三是系统组态不具备灵活性，软硬件的设计必须随着变电站的规模以及主接线的变化而改变，加大了之间的工作量，对于变电站自动化的操作功能提出了更大的要求。

2.2.3 分层分布式结构

分层分布式自动化系统结构可以分为三层，一层是通信层，一层是变电站层，最后一层为间隔层。分层分布式结构相对于集中式结构的自动化系统，具备以下明显的优势。

（1）具备较高的运行可靠性。当系统局部发生故障时，不会影响其他模块的继续运行，会将故障所带来的危险分散开。如果系统出现网络故障时，它只会导致监控部分受到一定的破坏，而系统的最主要的控制以及保护功能会保持持续的稳定运行。

（2）分层分布式结构具备更高的开放性和扩展性，有助于工程的应用和设计。

（3）分层分布式自动化系统中的二次设备降低了电缆的使用，为电力企业节约了大量的成本，同时减少了电缆日常调试维护的工作量。

2.3 变电站综合自动化系统的功能和特点

变电站综合自动化系统的功能和特点主要包括了以下几点。

（1）在线运行具备较高的稳定可靠性。相比较常规的自动装置，变电站综合自动化系统中的自动装置具备故障自诊断功能，例如微机自动装置以及微机保护装置，都能在故障出现的第一时间诊断出故障原因。

（2）变电站综合自动化系统的通信功能。变电站综合自动化的微机保护装置的运行前提就是要保证通信接口的设置，必须在系统中设置RS-422/485、RS-232等标准接口。可是一旦变电站的规模变大，系统的数据容量变大，这些接口还不足以胜任任务繁重的工作，通过应用以太网，就能解决这个通信难题。

（3）变电站综合自动化系统的远方整定功能。当系统具备了远方整定功能，就能不断提高变电站供电的稳定性以及持续性，因为在远方整定的作业过程中，自动化系统的保护装置只要没有收到修改的确认命令，就会始终按照原定值持续的运行。一旦接收到修改确认命令，就会将改至新的定值，按照新的定值进行运行。

（4）变电站综合自动化系统保护功能的切除以及远方投入。它的功能等同于常规保护所设立的连接片。软连接片就是系统软件开关的另一种称呼，它与常规连接片的连接方式为串联。只要软连接片被应用于微机保护装置后，就能是系统的保护程序变得更加标准化[8]。

（5）变电站运行管理具备较高的自动化水平。由于变电站的运行管理变成了自动化，因此系统内的各项工作都可以通过计算机设备自动运行，例如信息数据的记录、测量、抄表、监视等工作，监控室内的工作人员只要负责观察CRT屏幕，及时发现各项设备以及所有电路运行过程中是否存在问题，一旦出现问题，就及时通知维护人员进行抢修。

（6）变电站综合自动化系统维护调试方便简捷。在变电站综合自动化系统中，微机保护装置都具备故障自诊断能力，一旦自动化系统内部发生故障，就能在第一时间进行诊断，发现故障的根源处，发出警报通知维护人员进行维修，大大减少了维修时间，避免了造成严重的系统故障，给企业带来不必要的经济损失。同时，微机保护与自动装置的定值能够在线读出检查，大大缩短了定期核对定值的时间。

（7）有利于变电站为人值班模式的实现。变电站综合自动化系统能够采集到众多可靠的信息数据，具备先进的计算机能力以及逻辑判断功能，能够轻松的对整个变电所所有设备进行监控管理。例如，监控室的工作人员不用定期的进行监控系统记录和抄表，系统会自动化的完成这些工作，从而降低了企业的人力成本。与此同时，如果变电所还配置了与上级调度的通信功能，就能直接实现“三遥”功能，即遥信、遥控以及遥测。

3 变电站综合自动化保护系统的结构设计

变电站综合自动化保护系统打破了传统继电保护的弊端，它不但具备能实现继电保护功能的硬件电路，还具备着保护和管理系统功能的相关软件。它在变电站重要的应用功能有：

（1）信息采集系统。微机保护系统中的微机CPU主要功能是处理分析数字信号，只有数字信号才能被传输到微机的CPU 中，必须存在一个系统能将各种模拟信号转换为相对应的数字信号，从而实现信息的采集系统功能。

（2）微型的计算机系统。变电站综合自动化系统中微机保护装置的关键核心就是微机计算机系统。

（3）变电站综合自动化保护系统的输入/输出接口电路。它作为系统微机保护与外部设备的连接电路，由于系统输入和输出的信号大部分都是开关闭的信号，因此可以称输入输出接口电路为开关量的输入输出电路。把不同的开关量信号通过光电耦合电路传输到系统的CPU中，CPU的处理成果必须通过开光亮输出电路。

（4）通信接口电路。变电站综合自动化保护系统的所有保护装置都安装了标准的通信接口电路，例如RS-422/485、RS-232、CAN以及Lon-Work等不同的通信网络接口电路。

（5）人机接口电路。人机接口电路连接的设备多种多样，例如系统中的键盘、显示、不同的面板开关、报警以及打印等等，它的主要作用就是去调试、改变与整定定值，工作人员对各项装置的干预等。

（6）供电电源。供电电源作为变电站综合自动化系统中微机保护装置的核心组成部份，直接关系到保护装置运行的安全稳定性，一旦供电电源出现故障无法及时进行维护，将会导致整个系统停止运行，造成电力企业严重的经济损失。

4 结语

综上所诉，变电站综合自动化保护系统作为电力企业系统的重要组成部分，必须得到领导的高度重视和关注，积极的运用自动化保护系统，提高电网的安全性和稳定性，不断生产出高质量的电力，促进电力行业不断的稳定发展。

参考文献

[1]刘晓玲，李勇.变电站综合自动化系统探讨[J].科技资讯，2012（3）.

[2]冯春松，段春华.变电所综合自动化系统的安全可靠运行[J].黑龙江科技信息，2010（4）：55-56.

[3]仝玮，高文.浅谈电力系统中综合自动化监控系统应用及发展[J].科技创新与应用，2013（34）：131.

[4]孔祥伦.简述变电站综合自动化系统关键技术及发展趋势[J].通讯世界，2014（8）：77-78.

[5]孟祥忠，王玉彬，张秀娟.变电站微机监控与保护技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[6]杨新民，杨隽琳.电力系统微机保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009：44-50.

[7]丁毓山，南俊星.微机保护与综合自动化系统[M].北京：中国水利水电出版社，2008：67-73.

[8]李小军.变电站综合自动化系统的应用与改造[J].中国科技投资，2013（22）.