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［摘 要］介紹變電站綜合自動化的概念和發展現狀，分析比較了變電站綜合自動化的特點以及實現綜合自動化所面臨的問題，提出相應的措施。
［關鍵詞］變電站；綜合；自動化；集中式；分散式；可靠性
變電站綜合自動化是將變電站二次設備（包括測量儀表、信號系統、繼電保護、自動裝置和運動裝置等）經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸、配線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護。變電站綜合自動化系統可以采集比較齊全的數據和信息，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷能力，可方便監視和控制變電站內各種設備的運行和操作，具有功能綜合化、結構微機化、操作監視屏幕化、運行管理智能化等特征［1］。
變電站綜合自動化一直是我國電力行業的熱點之一。目前我國投入電網運行的35～110 kV 變電站約20 000座（不含用戶變），220 kV變電站約1 000座，500 kV變電站約60座。而且每年變電站的數量以3%～5%的速度增長，同時根據電網要求，又有不少變電站進行技術改造，以提高自動化水平。
1變電站綜合自動化技術的發展歷程
1.1傳統的變電站運行方式
20世紀80年代早期，變電站的保護設備還是以晶體管、集成電路為主。變電站二次設備均按傳統方式布置：控制屏實現站內監控，保護屏實現電力設備保護，遠動設備實現實時數據采集。它們各司其職、互不相聯。
1.2遠動RTU方式
20世紀80年代中、后期，隨著微處理器和通信技術的發展，利用微型機構成的遠動裝置［簡稱RTU］的功能和性能有很大提高，該方式在原常規有人值班變電站的基礎上在RTU中增加了遙控、遙調功能，站內仍保留傳統的控制屏、指示儀表、光字牌等設備。所有信號由RTU集中采集，遙控、遙調指令通過RTU裝置硬接點輸出，由控制電纜引入控制回路，與數字保護不能交換信息，保護動作信號仍需通過繼電器接點采集。采用這種方式使二次設備增加，二次回路更復雜，它適用于已建變電站的自動化改造。如桂林的舊雉山變電站等。
1.3綜合自動化方式
1.3.1集中式自動化系統
20世紀90年代數字保護技術（即是微機保護）的廣泛應用，使變電站自動化取得實質性的進展。20世紀90年代初研制出的變電站自動化系統是在變電站控制室內設置計算機系統作為變電站自動化的心臟，另設置一數據采集和控制部件用以采集數據和發出控制命令。微機保護柜除保護部件外，每個柜有一個管理單元，其串行口和變電站自動化系統的數據采集和控制部件相連，傳送保護裝置的各種信息和參數，整定和顯示保護定值，投/停保護裝置。此類集中式變電站自動化系統結構緊湊、體積小、造價低，尤其適合35 kV或規模較小的變電站，如柳州箭盤變電站等。
1.3.2分散式自動化系統
由于集中式結構存在軟件復雜，系統調試麻煩、精度低，維護工作量大，易受干擾，擴容靈活性差等不足;隨著計算機技術、網絡技術及通信技術的飛躍發展，同時結合變電站的實際情況，各類分散式變電站自動化系統紛紛研制成功和投入運行。分散式系統的特點是各現場輸入輸出單元部件分別安裝在中低壓開關柜或高壓一次設備附近，現場單元部件可以是保護和監控功能的二合一裝置，用以處理各開關單元的繼電保護和監控功能，也可以是現場的微機保護和監控部件分別保持其獨立單元部件進行通信聯系。通信方式大多數通過RS—422/RS—485通信接口相連。但近年來推出的分散式變電站自動化系統更多地采用了網絡技術，如LON WORKS和CAN等現場總線型網。至于變電站自動化的功能，如遙測、遙信、采集及處理，遙控命令執行和繼電保護功能等均由現場單元部件獨立完成，并將這些信息通過網絡送至后臺主計算機,而變電站自動化的綜合功能均由后臺主計算機系統承擔。分散式面向對象的變電站綜合自動化系統由于大大縮小了主控室的面積，可靠性高，組態靈活，檢修方便，降低總投資，目前已成為發展趨勢［2］。
如河池市六墟變電站是1998年9月13日投運的廣西第一座220 kV老站改建的綜合自動化系統站。它采用南京自動化設備廠四方公司提供的美國Hath-away公司研制開發的CSC2000變電站綜合自動化系統,其特點是完全分層分布式系統結構。變電站內所有二次設備從計算機網絡方面看都是網絡的節點,所有節點通過總線型網絡(lonworks)連在一起,各節點之間地位平等,按功能分成兩層,間隔層和變電站層。間隔層按一次設備組織,變電站層分成就地監控主站、工程師站及遠方接口站。整個網絡數據共享,命令和數據通過網絡傳輸。六墟變電站綜合自動化系統的投運提高了運行可靠性, 加快了事故處理的速度；使潮流走向、負荷轉移都方便、直觀；提高了勞動生產率及電網調度自動化的程度［3］。
2實現變電站綜合自動化的基本過程
2.1數字量的輸入與輸出
在變電站綜合自動化系統中，需采集的信息很多，但從它們的性質來分，可分為模擬量、開關量、脈沖量和廣義讀表數等4大類。一般來說，針對計算機而言，處理的都是數字量，對模擬量的處理，也是必須先轉換成數字量才能處理。
2．2模擬量的輸入與輸出
變電站的電流、電壓、溫度等均屬模擬量，這些模擬量都是隨時間連續變化的物理量，由于計算機只能識別數字量。因此，模擬信號必須通過模擬量輸入通道，轉換為相應的數字信號才能輸入到計算機中進行處理。另一方面，為了實現對生產過程的控制，有時還需要輸出模擬信號，通過模擬量輸出通道去驅動模擬調節執行機構工作。這就涉及到模擬量輸入/輸出通道的組成、數/模轉換器、模/數轉換器、多路轉換器、采樣保持器、高集成度的數據采集系統、采樣方式等。
2．3交流采樣常用算法分析
微機保護和微機監控的基本原理類似，都是把經過電流互感器TA和電壓互感器TV變換后的電流、電壓等模擬信號轉化為數字信號，然后通過數學運算得到所需的電流、電壓的有效值和相位以及有功功率、無功功率等量，或者算出它們的序分量，或者線路和元件的視在阻抗，或者某次諧波的大小和相位等。交流采樣是指直接對經過裝置內部小TA、小TV轉換后形成的交流電壓信號進行采樣、保持和A/D轉換，然后在軟件中通過各種算法計算出所需要的電量。交流采樣常用算法有基于正弦函數模型、周期函數模型、隨機函數模型的算法和解微分方程算法等。面對種類繁多的算法，具體如何選擇，不僅要考慮裝置所需要完成的具體功能，還必須考慮到裝置的硬件配置。
2.4數據通信
變電站綜合自動化系統是由多臺微機組成的分級分布式控制系統，包括微機監控、微機保護、電能質量自動控制等多個子系統。在各子系統中，往往又由多個智能模塊組成。如微機保護子系統中，有變壓器保護、電容器保護和各種線路保護等。因此，在綜合自動化系統內部，必須通過內部數據通信，實現各子系統內部和各子系統之間的信息交換和實現信息共享，以減少變電站二次設備的重復配置和簡化各子系統間的互連。另一方面，變電站是電力系統中電能傳輸、交換、分配的重要環節，它集中了變壓器、開關、無功補償等昂貴設備，所以說對變電站綜合自動化系統的可行性、抗干擾性、工作靈活性和可擴展性要求很高。因此，變電站綜合自動化系統的數據通信包括兩方面的內容：一是綜合自動化系統內部各子系統或各種功能模塊間的信息交換；二是變電站與控制中心間的通信。
3提高變電站綜合自動化系統可靠性的措施
變電站綜合自動化系統具有功能強、自動化水平高、縮短維修周期及可實現無人值班等優越性，但由于它是高技術在變電站的應用，目前不少工作在變電站第一線的技術人員與運行人員，對它的技術和系統結構還不了解，對其可靠性問題還比較擔心；另一方面，變電站綜合自動化系統內部各個子系統都為低電平的弱電系統，但它們的工作環境是電磁干擾極其嚴重的強電場所，確實會影響到各個元器件的正常工作［1］。
3.1抑制干擾源的影響
外部干擾源是變電站綜合自動化系統外部產生的，無法消除。但這些干擾往往是通過連接導線由端子串入自動化系統的。因此，可采取屏蔽措施及減少強電回路的感應耦合等方法。
3.2接地和減少共阻抗耦合
接地是變電站綜合自動化系統抑制干擾的主要方法。在變電站設計和施工過程中，把接地和屏蔽很好地結合起來，可以解決大部分干擾問題。行之有效的接地有一次系統接地、二次系統接地、變電站綜合自動化系統的工作接地等。
3.3隔離措施
采取良好的隔離和接地措施，可以減小干擾傳導侵入。在變電站綜合自動化系統中行之有效的隔離措施有模擬量的隔離、開關量輸入、輸出的隔離及其它隔離措施。
3.4濾波
濾波是抑制自動化系統模擬量輸入通道傳導干擾的主要手段之一。模擬量輸入通道受到的干擾有差模干擾和共模干擾兩種。對于串入信號回路的差模干擾，采用濾波的方法可以有效地濾除；對于共模干擾可采用雙端對稱輸入來抑制。
3.5計算機供電電源的抗干擾措施
大多數綜合自動化系統的監控機或管理機的供電電源常采用交流220 V，一般取自站用變壓器，這種情況下，電網的沖擊，電壓和頻率的波動將直接影響到微機系統運行的可靠性和穩定性，甚至會造成死機。對計算機交流供電系統可采用隔離變壓器隔離、電源濾波器、不間斷電源UPS及氧化鋅壓敏電阻等抗干擾措施。
4結語
變電站綜合自動化在一些新建變電站的運行中表明其技術先進、結構簡單、功能齊全、安全可靠，隨著計算機技術、通信技術、信號采集和信號處理技術及新的分析計算技術的發展，尤其是一次電氣設備的結構、被控程度和性能的提高，變電站綜合自動化的技術應用將有更廣闊的發展前景。
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