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浅析变电站综合自动化技术的应用与发展
摘要 自1990年初以来，随着计算机技术的发展，变电站综合自动化技术发展十分迅速，在电力系统的建设中取得了广泛的应用，保证了电网中发电、输电、配电等各个环节安全、可靠的运行。本文参考了国内外大量参考文献，总结了变电站综合自动化技术的发展历程，介绍了变电站综合自动化技术在国内外的应用现状以及常见的结构类型，最后，对变电站综合自动化技术的发展趋势进行了展望。
关键词：变电站；综合自动化；发展；
概述
变电站综合自动化也称为变电站计算机监控系统，它是指由多台计算机和大规模集成电路组成，用于收集变电站继电保护、测量、控制和信号监控系统、故障录波、远动等设备的运行数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断能力，对变电站的各种设备进行监视和控制，实现优化设计的自动化系统。[1]
随着经济的发展，现代电网结构越来越复杂，而容量不断扩大，电力用户对电网运行可靠性的要求也越来越高。变电站综合自动化系统是电子技术、计算机技术与电力系统结合与发展的产物，它从电力系统全局考虑，采用计算机和由高性能单片机构成的数字智能电子设备取代常规电力系统中数量庞大、功能和结构单一的继电器、仪表、信号灯、自动装置、控制屏等设备，用计算机局域网络替代了大量复杂的连接电缆和二次电缆，从而减少了硬件重复配置，实现信息共享，做到继电保护相对独立和有一定的冗余，简化设备的硬件连接，确保变电站的安全稳定运行，降低维护成本，提高经济效益。近年来，发展和完善变电站综合自动化系统已经成为电力系统发展的新趋势。
变电站自动化技术的发展
变电站自动化技术的发展历程可归纳为三个阶段：
1)自动装置阶段
这一阶段研发的自动化系统主要采用模拟电路，采用电子管、继电器等分立原件组成，硬件体积庞大，且无需编写软件，所有信息、数据的收集和判断均由硬件电路完成，具有独立运行能力，智能化程度较低，但是，由于系统无法提供自诊断故障功能，也无法提供故障报警信息，当分立元件出现故障时，常常会影响到电网运行的安全，维护成本较高。
2）智能自动装置阶段
随着数字化大规模集成电路和微处理器技术的发展，这一阶段的变电站自动化系统的主要特点是以微处理器芯片为核心，大量运用大规模集成电路作为外围电路，取代了过去数量庞大的继电器、晶体管等分立元件。智能自动装置仍然是各自独立运行，所不同的是采用了统一的数字信号电平，装置的体积也大大减小，具有较强的故障自诊断能力，大大提高了系统可靠性、准确性和数据传输速度，但其缺点是不具有相互之间的通信功能，无法实现资源共享。
3）变电站综合自动化阶段
随着半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术的飞速发展，自动化技术在电力系统中全面推广应用，变电站综合自动化系统应运而生，第一套变电站综合自动化系统由测控系统、保护系统和开关闭锁系统三部分组成，并具有全分散式和局部分散式两种结构。随后，变电站综合自动化技术飞速发展，系统结构逐渐发展出集中式、分散式和分层分布式三种结构，其中分层分布式综合自动化系统已成为综合自动化技术发展的主流趋势。[2]
变电站综合自动化系统的结构类型
当前，变电站综合自动化系统的结构类型主要有以下三种：
1）集中式系统结构
集中式综合自动化系统一般采用功能较强的计算机作为前置管理计算机，并扩展其I/O接口，在原有的继电保护及二次接线的基础上增加远程终端装置。利用前置计算机集中对变电站的模拟量和数量等信息进行采集、计算和处理，处理结果经过变送器变换后送给远程终端，完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。这类系统由于成本低廉，在国内应用仍然较多，但由于前置管理计算机任务繁重，硬件接线复杂，大大降低了系统整体的可靠性，同时软件复杂，增加了维护工作量。
2）分散式系统结构
分散式综合自动化系统的设计理念是将变电站被监控对象或系统功能划分为各功能单元，由多台计算机进行处理，一般由数据采集单元、主机单元、遥控执行单元、保护单元等组成，并通过通信网络实现资源共享。这类系统由于采用多台计算机，具有实时处理处理并行多发事件的能力，一般应用于中、低压变电站，但是系统连接电缆仍然较复杂，尽管对各功能模块进行了划分，但没有从整体上考虑变电站综合自动化系统的结构，系统可靠性较低。
3）分层分布式结构
这类系统结构上将变电站的控制对象分别设置为变电站层设备和间隔层设备。间隔层设备具有就地独立处理保护、控制、测量、通信、录播等功能的能力，如1台主变压器、1条线路等。变电站层设备通过收集、分析、存储间隔层设备的信息，掌握整个变电站的实时运行情况，并与远方调度中心联系，实现信息资源的共享以及保护、监控功能的综合化，大大简化了设备之间的电缆连接，同时，由于间隔层设备可放在开关柜上或放置在一次设备附近, 大大减小主控制室的面积，具有可靠性高、可扩展性高、维护方便等优点。目前，分层分布式综合自动化系统已成为综合自动化技术发展的主流趋势，南京自动化变电站自动化公司等国内知名企业也已成功研发和投运分层分布式综合自动化系统。
变电站综合自动化技术的应用现状
发达国家自1970年代末就已开展了对变电站综合自动化技术的试验和研究工作。美国西屋电气公司、通用电气公司、法国阿尔斯通公司、日本三菱公司, 德国西门子公司、瑞土ABB 公司等世界各大电力设备制造公司研制的变电站综合自动化系统均已成功投入商业应用。如美国西屋电气公司和美国电力科学研究院联合研制的SPCS 变电站保护和控制综合自动化系统,日本关西电力公司与三菱电气公司共同研制的SDS-Ⅰ、Ⅱ保护和控制综合自动化系统等。国外变电站综合自动化系统广泛采用分层分布式结构，系统由站控级和元件/间隔级组成, 站控级和元件/间隔级之间的通信一般采用星形光纤连接，系统运行抗干扰能力强、可靠性高。
国内对变电站综合自动化技术的研究工作可追溯到1970年代初，由南京电力自动化设备厂和长沙湘南电气设备厂先后成功研制了我国第一套电气集中控制装置和保护、控制、测量和信号“四合一”集控台，随后，80年代中期，南京电力自动化研究院、清华大学、华北电力学院等先后将来计算机技术成功应用于继电保护、远动、故障录波、监控装置中，但是，由于仍然在各专业技术上保持相对独立，造成硬件连接复杂，硬件重复投资，对电网运行的可靠性也造成了很大的影响。1993年，南京电力自动化研究院成功研制出第1套适用于综合自动化系统的成套微机保护装置，随后，变电站综合自动化系统飞速发展，应用范围覆盖电力系统的主干网、城市供电网、农村供电网以及企业供电网等各类型电力网络，电压等级范围从0.4V至500kV，几乎覆盖了全部的供电网络，提高了我国城乡电网建设的现代化水平。但是，由于国内应用中的变电站综合自动化系统常采用以太网通讯方式，这种通讯方式尽管满足了大多数系统对通信的需求，但当系统容量较大时，通讯速度较缓慢。同时，国内变电站综合自动化技术还存在着设计规范不统一、专业管理水平较低等诸多问题。[3]
总结
本文介绍了变电站综合自动化技术的发展历程以及国内外应用现状，变电站综合自动化技术的推广应用，使得继电保护、远动、计量、变电运行等各专业相互渗透，大大提高了变电站运行安全性、稳定性和可靠性，降低了维护成本，提高了经济效益。随着通信技术和计算机技术的发展，变电站综合自动化技术在电网中的应用将更加广泛而深入，朝着网络化、智能化和多媒体化的方向发展。同时，也对电网管理方式产生了深远的影响。因此，相关管理人员一定要遵循科学、严谨的工作原则，加强自身综合素质的提升，确保电网运行的安全性和经济性。
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