摘要：根據(jù)浙江省500 kV變電所自動化調(diào)研和雙龍變的工程試點，探討了500 kV變電所自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過對比，明確了分散式變電所自動化系統(tǒng)較集中式系統(tǒng)有更多的優(yōu)越性。隨著信息技術(shù)、通信技術(shù)的迅速發(fā)展，變電所自動化系統(tǒng)中各組成部分的可靠性和性能都有較大提高，為簡化變電所自動化系統(tǒng)奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)雙龍變的變電所自動化系統(tǒng)實施情況，提出了簡化所級計算機系統(tǒng)、站級計算機網(wǎng)絡(luò)采用單以太網(wǎng)、取消（減少）保護管理機、采用網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、在低壓系統(tǒng)采用一體化裝置等優(yōu)化變電所自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的建議。 關(guān)鍵詞：變電所自動化系統(tǒng)；分散式變電所自動化系統(tǒng)；集 中式變電所自動化系統(tǒng) 1　引言 　　隨著浙江省電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，500 kV系統(tǒng)逐步將成為浙江省的主網(wǎng)。為了提高500 kV變電所的安全經(jīng)濟運行水平，根據(jù)現(xiàn)代微機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，浙江省積極探討500 kV變電所自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并在雙龍變進行了工程試點。 　　浙江省的500 kV變電所已有十多年的運行歷史，從第一座500 kV瓶窯變開始，在二次系統(tǒng)的設(shè)計上，就比原有220 kV變電所提高了一個技術(shù)檔次，如蘭亭變引進了先進的RTU設(shè)備，并以此為基礎(chǔ)，利用計算機數(shù)據(jù)接口，設(shè)置了當?shù)乇O(jiān)視功能，為變電所的安全運行和調(diào)度員及時了解系統(tǒng)運行情況，提供了有力的幫助。 　　但這種常規(guī)的監(jiān)控系統(tǒng)加上以增強型RTU設(shè)備為主構(gòu)成的計算機監(jiān)測系統(tǒng)，在運行中也暴露了一些不足之處： 　　（1）正常運行時的操作控制以常規(guī)的監(jiān)控系統(tǒng)為主，計算機監(jiān)測系統(tǒng)只是作為輔助的監(jiān)視手段； 　?。?）采集的信息按調(diào)度需要為準，采集的信息偏少，難以滿足變電所運行監(jiān)視的需要； 　?。?）限于當時的技術(shù)水平，系統(tǒng)未能很好地解決遙信誤發(fā)的問題； 　?。?）缺乏必要的控制功能，限制了變電所自動化功能的綜合，如電壓自動調(diào)節(jié)功能需外部裝置實現(xiàn)，變電所的電氣操作聯(lián)鎖需要外部接線實現(xiàn)。 　　隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以增強型RTU設(shè)備為主構(gòu)成的計算機監(jiān)測系統(tǒng)增加了對一次設(shè)備的控制功能，在綜合部分變電所自動化有關(guān)功能后，也能構(gòu)成變電所自動化系統(tǒng)（簡稱集中式系統(tǒng)）。同時，國內(nèi)外也推出了按電氣間隔布置的分散分布式結(jié)構(gòu)的變電所自動化系統(tǒng)（分散式系統(tǒng)）。　　 集中式系統(tǒng)是從增強型RTU發(fā)展起來的，為節(jié)約硬件成本，將模件按四遙功能分，并把整個變電所作為監(jiān)控對象。比較典型的做法是模件按功能分為開關(guān)量輸入板、開關(guān)量輸出板、模擬量輸入板等。 以開關(guān)量輸入板為例，在一塊模件上，集成16甚至32個輸入點，將全所的開關(guān)量統(tǒng)一安排，雖然投資較省，但卻給擴建和日常維護帶來一定困難，集中式系統(tǒng)和分散式系統(tǒng)的比較如表1所示。 　 　　應該說，分散式系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)越性是明顯的，這也是某些傳統(tǒng)的RTU生產(chǎn)廠家推出分散式系統(tǒng)的原因。在雙龍變建設(shè)期間，由于取消了常規(guī)的RTU設(shè)備、操作繼電器屏、操作閉鎖設(shè)備，節(jié)約電纜等原因，節(jié)約費用約605萬元；雙龍變采用分散式系統(tǒng)后，對變電所實現(xiàn)了全面的監(jiān)控，成為變電所實時監(jiān)測和控制的有效手段，在設(shè)備異常告警和事故分析等方面表現(xiàn)突出，得到了運行單位的肯定。 2　雙龍變電所自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn) 　　雙龍變自動化系統(tǒng)如圖1所示，就地的狀態(tài)信號、告警信號和交流量輸入各間隔的輸入／輸出單元，經(jīng)串行通信送到本小室的主單元（部分信號直接接入主單元），通過規(guī)約轉(zhuǎn)換器送到站級以太網(wǎng)，經(jīng)主機數(shù)據(jù)處理后，在人機工作站上顯示有關(guān)信息，部分信息經(jīng)主備通信機送三級調(diào)度；微機型保護有關(guān)信息經(jīng)保護管理機送到站級系統(tǒng)；采用相對獨立的硬件完成電氣聯(lián)鎖。 系統(tǒng)主要存在以下不足： 　?。?）信息上送的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較多，一定程度上影響了信息上送的實時性； 　　（2）鑒于當時的技術(shù)水平，同期裝置和開關(guān)操作聯(lián)鎖系統(tǒng)均為獨立的裝置，系統(tǒng)采用的設(shè)備較多，價格較高； （3）未采用分散數(shù)據(jù)庫； （4）間隔層輸入／輸出單元的信號輸入點數(shù)比較少，不少信號只能接入主單元； （5）站級計算機系統(tǒng)過于復雜。 3　分層分散式自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的探討 　　隨著變電所自動化系統(tǒng)技術(shù)和相關(guān)計算機技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，已有解決上述問題的可能性。間隔層的輸入／輸出單元的容量已大大增加，能滿足一個電氣單元對輸入／輸出量的要求，不少輸入／輸出單元提供了大液晶屏作為就地的操作界面，裝置整合了可編程邏輯功能（PLC）功能，能實現(xiàn)電氣操作聯(lián)鎖，同期功能也能在輸入／輸出單元的內(nèi)部實現(xiàn)。筆者建議的變電所自動化系統(tǒng)如圖2所示。在間隔層，按電氣間隔配置輸入／輸出單元，各單元通過（LON）網(wǎng)等現(xiàn)場總線接入就地數(shù)據(jù)處理機，就地數(shù)據(jù)處理機既作為分層數(shù)據(jù)處理，完成不同電壓等級間隔層設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，同時又作為現(xiàn)場總線和站級以太網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，保證間隔層設(shè)備的相對獨立性。此自動化系統(tǒng)與雙龍變的主要不同點如下： （1）站級計算機網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)，而不采用雙網(wǎng) 站級以太網(wǎng)采用雙網(wǎng)，主要是為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和系統(tǒng)的可用率，并不能提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬和效率，從雙龍變的運行實踐來看，網(wǎng)絡(luò)的可靠性是很高的，運行至今，雙網(wǎng)沒有發(fā)生過網(wǎng)絡(luò)切換，也沒有出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常，但雙網(wǎng)的管理占用了一定的系統(tǒng)資源，反而給系統(tǒng)運行帶來不穩(wěn)定，并造成初期投資較高。雙網(wǎng)可以有限提高系統(tǒng)的可用率，但網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，除了光纜，更換都比較方便，因此采用單網(wǎng)時，可以在施工階段，預留長光纜，便于光纜故障時，緊急更換，即可保證系統(tǒng)的可用率。 （2）調(diào)整站級計算機功能，減少站級計算機總量 在變電所內(nèi)，離線的管理功能占用主機資源是不合理的，雙龍變在調(diào)試階段，發(fā)生過由于過多的管理進程打開后，沒有及時關(guān)閉，致使主機資源被占用過多，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為此，在建議的站級計算機系統(tǒng)中，僅保留實時的監(jiān)視和控制功能，將離線的管理功能從實時系統(tǒng)中隔離出去，在變電所的信息管理系統(tǒng)（MIS）中統(tǒng)一考慮，信息通過新增的網(wǎng)關(guān)／工程師工作站傳輸?shù)組IS，網(wǎng)關(guān)／工程師工作站負責信息轉(zhuǎn)發(fā)和系統(tǒng)維護，并在站級以太網(wǎng)上，預留維護接口，在需要的時候（如自動化設(shè)備定期校驗），可以外接筆記本計算機以用于系統(tǒng)的檢修維護，而不必占用運行人員的人機工作站。這樣，主機的主要工作是完成全站的協(xié)調(diào)工作和部分自動化功能，如電壓無功自動調(diào)整，就降低了主機的負荷，可以將主機和人機工作站合并，以減少站級計算機數(shù)量。同時，取消保護管理計算機，取消小室的規(guī)約轉(zhuǎn)換器，采用就地數(shù)據(jù)處理機，負責數(shù)據(jù)的前處理和數(shù)據(jù)的分流傳輸，從而減少了站級計算機數(shù)量。 　　（3）保護與輸入／輸出單元的串口直接通信或獨立組網(wǎng)，取消（減少）保護管理機對于500kV變電所，國內(nèi)的慣例是保護和自動化系統(tǒng)分別招標，一般來說，保護和自動化系統(tǒng)不是同一廠家的，造成保護和自動化系統(tǒng)之間通信接口的困難，為了解決此問題，雙龍變采用保護管理機通過RS232口與保護通信，并進行保護通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換，將保護信息接入站級計算機系統(tǒng)。隨著國際組織標準化工作的開展，保護已經(jīng)有了標準的通信規(guī)約，如IEC870－5－103，這樣，就可以將保護直接接入相應電氣間隔的輸入／輸出單元。保護直接接入對應間隔的輸入／輸出單元，可以取消保護管理機，簡化了站級計算機系統(tǒng)，電氣間隔的概念也更清楚。 　　對于支持組網(wǎng)的保護裝置，也可以單獨組網(wǎng)，全站統(tǒng)一配置保護管理機，而不是按照小室配置，減少保護管理機的數(shù)量。 　　如果保護裝置和自動化系統(tǒng)的輸入／輸出單元能考慮統(tǒng)一組屏，更能節(jié)省電纜和屏位，簡化部分二次回路設(shè)計，降低工程造價。 　?。?）35kV采用保護和輸入／輸出單元一體化裝置 　　實踐證明在低壓系統(tǒng)采用保護和自動化一體化裝置是切實可行的，500kV變電所的35kV系統(tǒng)，只配置了電容和電抗器，保護是簡單的電壓電流保護，采用保護和自動化一體化裝置，在技術(shù)上是完全可行的，也可以節(jié)約投資。 （5）電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)的簡化和改進 　　雙龍變采用獨立的硬件實現(xiàn)全站的電氣聯(lián)鎖，保證了雙龍變的操作安全和可靠，但由于操作方式限制，對于手動操作的220kV系統(tǒng)的接地刀閘，只能采用硬線邏輯實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖。隨著變電所自動化系統(tǒng)的發(fā)展，不少廠家在輸入／輸出單元中整合了PLC功能，直接利用輸入／輸出單元實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖?！　? 從電氣聯(lián)鎖實現(xiàn)的一次設(shè)備狀態(tài)相關(guān)性來看，本電氣間隔的一次設(shè)備的狀態(tài)關(guān)聯(lián)程度最大，其次是同電壓等級的電氣單元的一次設(shè)備的狀態(tài)，對于主變間隔，主變?nèi)齻?cè)的接地刀閘狀態(tài)需要互送。根據(jù)上述信息流量，建議同電壓等級的輸入／輸出單元用現(xiàn)場總線互聯(lián)，這樣同電壓等級的電壓閉鎖可以完換信息，數(shù)據(jù)處理機不宜按小室配置。由于主變?nèi)齻?cè)與電氣聯(lián)鎖有關(guān)的狀態(tài)量的數(shù)量不多，也可以利用輸入／輸出單元的輸入點接入，后者操作的獨立性更強，有其優(yōu)點。利用PLC，可以方便地輸出允許式接點，利用電磁鎖實現(xiàn)手動操作的一次設(shè)備的操作聯(lián)鎖；還可以利用輸入／輸出單元的線路電壓輸入，來實現(xiàn)線路無壓檢查，整合到電氣聯(lián)鎖邏輯中有其優(yōu)越性。 （6）采用網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)提高系統(tǒng)的實時性　　 從數(shù)據(jù)流向看，由于采用了就地數(shù)據(jù)處理機，到變電所內(nèi)的數(shù)據(jù)和到調(diào)度的數(shù)據(jù)可以在此分流。利用同一個所級以太網(wǎng)，主要目的是降低投資，特別是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，100MB／s的快速以太網(wǎng)技術(shù)提供了10倍于常規(guī)以太網(wǎng)的帶寬；常規(guī)以太網(wǎng)，對于每個接點而言，有效帶寬遠達不到10MB／s，新的交換式以太網(wǎng)技術(shù)為網(wǎng)上每個接點提供了10MB／s帶寬。采用虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以在同一個物理網(wǎng)上，構(gòu)造幾個虛擬的邏輯網(wǎng)，將所內(nèi)信息和調(diào)度信息分流，提高網(wǎng)絡(luò)效率。綜合采用上述網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，雖然從物理上看，只是一個以太網(wǎng)，但實際的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率可大大超過常規(guī)以太網(wǎng)，可提高系統(tǒng)的實時性。 　　按照建議的結(jié)構(gòu)，就調(diào)度通信這一功能，對于就地數(shù)據(jù)處理機而言，面對的是一個調(diào)度，由主備通信機根據(jù)三級調(diào)度的不同要求，將數(shù)據(jù)加工后送往三級調(diào)度。當然，也可以從就地數(shù)據(jù)處理機直接用串口與調(diào)度通信。 　　總之，在保證變電所安全運行的基礎(chǔ)上，應盡量簡化變電所自動化系統(tǒng)，以降低造價，增加系統(tǒng)運行的可靠性。 4　結(jié)語 　　從現(xiàn)有的技術(shù)條件來看，建議的變電所自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是能實現(xiàn)的。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單清楚，能保證變電所的安全、可靠運行。但變電所自動化系統(tǒng)的建設(shè)并不僅僅是一個技術(shù)問題，由于系統(tǒng)涉及變電所內(nèi)的方方面面，需綜合考慮各方面的要求，才能得到可供實施的方案。