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

國內(nèi)外變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作者:指導(dǎo)老師:摘要:根據(jù)有關(guān)工作調(diào)研、設(shè)計(jì)實(shí)踐,對(duì)國內(nèi)外變電站綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和分析, 并對(duì)當(dāng)前應(yīng)用變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)提出了若干建議。關(guān)鍵詞:變電站綜合自動(dòng)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(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備(包括控制、信號(hào)、測量、保護(hù)、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù),經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)變電站實(shí)施自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化,可提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,帶動(dòng)了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)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(shè)備以及相關(guān)通信技術(shù)的發(fā)展,變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)正朝著數(shù)字化方向邁進(jìn)。1.國內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢我國變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)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(hù)、控制、測量、信號(hào) 。如南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠制造的 DJK 型集中控制裝置, 長沙湘南電氣設(shè)備廠制造的 WJBX 型“四合一”集控臺(tái)。這些稱之為集中式的弱電控制、信號(hào)、測量系統(tǒng)的研制成功和投運(yùn)為研制微機(jī)化的綜合自動(dòng)化裝置積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。70年代末80年代初南京電力自動(dòng)化研究院率先研制成功以 Motorola 芯片為核心的微機(jī) RT U 用于韶山灌區(qū)和鄭州供電網(wǎng), 促進(jìn)了微機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。1987年, 清華大學(xué)在山東威海望島35kV 變電站用3臺(tái)微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了全站的微機(jī)繼電保護(hù)、監(jiān)測和控制功能。之后, 隨著1988年由華北電力學(xué)院研制的第1代微機(jī)保護(hù) ( OI 型 投入運(yùn)行, 第 2代微機(jī)保護(hù)( WXB-11 1990年4月投入運(yùn)行并于同年12月通過部級(jí)鑒定。較遠(yuǎn)動(dòng)裝置采用微機(jī)技術(shù)滯后且更為復(fù)雜的繼電保護(hù)全面采用微機(jī)技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。至此,隨著微機(jī)保護(hù)、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)、微機(jī)故障錄波、微機(jī)監(jiān)控裝置在電網(wǎng)中的全面推廣應(yīng)用,人們?nèi)找娓械礁鲗I(yè)在技術(shù)上保持相對(duì)獨(dú)立造成了各行其是, 重復(fù)硬件投資, 互連復(fù)雜, 甚至影響運(yùn)行的可靠性。1990年,清華大學(xué)在研制鞍山公園變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí), 首先提出了將監(jiān)控系統(tǒng)和 RT U 合而為一的設(shè)計(jì)思想。1992年5月,電力部組織召開的“全國微機(jī)繼電保護(hù)可靠性研討會(huì)”指出: 微機(jī)保護(hù)與 RT U, 微機(jī)就地監(jiān)控, 微機(jī)錄波器的信息傳送, 時(shí)鐘、抗干擾接地等問題應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃并制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn), 微機(jī)保護(hù)的聯(lián)網(wǎng)勢在必行。由南京電力自動(dòng)化研究院研制的第1套適用于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的成套微機(jī)保護(hù)裝置 ISA 于1993年通過部級(jí)鑒定以后, 各地電網(wǎng)逐步開始大量采用變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。1994年中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)繼電保護(hù)及自動(dòng)化專委會(huì)在珠海召開了“變電站綜合自動(dòng)化分專業(yè)委員會(huì)”的成立大會(huì),這標(biāo)志著對(duì)變電站綜合自動(dòng)化的深入研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新階段。目前, 國內(nèi)有關(guān)研制和生產(chǎn)單位推出的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)及產(chǎn)品很多, 根據(jù)該技術(shù)的發(fā)展過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 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(hù)與自動(dòng)裝置等設(shè)備的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng), 一般稱為增強(qiáng)型 RT U 方式, 也稱集中式, 或第1代綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該類系統(tǒng)實(shí)際上是在常規(guī)的繼電保護(hù)及二次接線的基礎(chǔ)上增設(shè) RT U 裝置以實(shí)現(xiàn)“四遙”。結(jié)構(gòu)上僅是站級(jí)概念, 有關(guān)重要信息通過硬接點(diǎn)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(guān)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(diǎn)是: 系統(tǒng)功能不強(qiáng), 硬件設(shè)備重復(fù), 整體性能指標(biāo)低, 系統(tǒng)聯(lián)接復(fù)雜, 可靠性低, 但其成本低, 特別適合于老站的改造。實(shí)際上該類系統(tǒng)僅為變電站綜合自動(dòng)化的初級(jí)形式, 尚不能稱為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。第2種類型為從硬件結(jié)構(gòu)上按功能對(duì)裝置進(jìn)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(jī)單元、遙控執(zhí)行單元、保護(hù)單元組成。各功能單元通過通信網(wǎng)絡(luò)等手段實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合, 構(gòu)成系統(tǒng)。該類系統(tǒng)可替代常規(guī)的保護(hù)屏、控制屏、中央信號(hào)屏、遠(yuǎn)動(dòng)屏、測量儀表等。它具有較強(qiáng)的在線功能。各種功能比較完善, 且人機(jī)界面較好。但系統(tǒng)仍然比較復(fù)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(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu), 一般僅是監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)簡單的相加。由于我國保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jìn)設(shè)計(jì)思想, 引入了站控級(jí)和間隔級(jí)概念, 系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。設(shè)備分變電站層設(shè)備 ( 站控級(jí) 和間隔層設(shè)備 ( 間隔級(jí) 。間隔層設(shè)備原則上按一次設(shè)備組織, 例如1條線路、1臺(tái)主變壓器。每一間隔層設(shè)備包括保護(hù)、控制、測量、通信、錄波等所有功能。設(shè)計(jì)的原則是: 凡是可以在本間隔層設(shè)備完成的功能, 盡量由間隔層設(shè)備就地獨(dú)立處理, 不依賴于通信網(wǎng)和變電站層設(shè)備。變電站層設(shè)備是通過間隔層設(shè)備了解和掌握整個(gè)變電站實(shí)時(shí)運(yùn)行情況, 并通過間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)變電站控制, 它還負(fù)責(zé)站內(nèi)信息收集、分析、存儲(chǔ)以及與遠(yuǎn)方調(diào)度中心的聯(lián)系, 這類系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息資源的共享以及保護(hù)、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(shè)備之間錯(cuò)綜復(fù)雜的二次電纜。由于間隔層設(shè)備可放在開關(guān)柜上或放置在一次設(shè)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(fù)擔(dān)。同時(shí)大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性, 是綜合自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)。第1種技術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為: 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要考慮“四遙量”的采集, 以點(diǎn)為對(duì)象, 面向“功能設(shè)計(jì)”, 故變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)以傳統(tǒng) RT U 裝置或在其基礎(chǔ)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(chǔ)組成, 它與微機(jī)保護(hù)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(qiáng)調(diào)保護(hù)的獨(dú)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(dòng)化系統(tǒng)源于傳統(tǒng)的“四遙”并且是在微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)、微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 且保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)分屬不同的部門和專業(yè), 故這種技術(shù)觀點(diǎn)曾一度流行。而第2種技術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為: 綜合自動(dòng)化技術(shù)是以先進(jìn)可靠的微機(jī)保護(hù)為核心, 以成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將測量控制與繼電保護(hù)融為一體, 共享數(shù)據(jù)資源, 并十分強(qiáng)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(duì)應(yīng)的一次設(shè)備為對(duì)象, 面向“對(duì)象設(shè)計(jì)”。當(dāng)然它也強(qiáng)調(diào)保護(hù)的相對(duì)獨(dú)立性, 主張?jiān)跊Q不降低保護(hù)可靠性和功能的前提下, 目前至少可以在低壓上采用保護(hù)與測控合一的綜合裝置。第2種技術(shù)觀點(diǎn)是在微機(jī)保護(hù)技術(shù)成熟并向網(wǎng)絡(luò)化多功能方向發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的。因此, 第2種技術(shù)觀點(diǎn)正逐步成為大家的共識(shí), 它也成為了目前綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢和潮流。綜觀目前國內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)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(jìn)設(shè)計(jì)思想, 采用分層分布式結(jié)構(gòu), 并采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng) ( L AN , 通信規(guī)約向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏; 通信媒介普遍采用光纖, 因?yàn)楣饫w具有抗電磁干擾的突出優(yōu)點(diǎn); c. 間隔層設(shè)備逐步采用保護(hù)與測控合一的綜合裝置, 對(duì)于配電線直接安裝在開關(guān)柜上。2.國外變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展概況國外從70年代末、80年代初就開始進(jìn)行保護(hù)和控制綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的新技術(shù)開發(fā)研究工作。其主要特點(diǎn)為: 系統(tǒng)一般采用分層分布式, 系統(tǒng)由站控級(jí)和元件/ 間隔級(jí)組成, 大部分系統(tǒng)在站控級(jí)和元件/ 間隔級(jí)的通信采用星形光纖連接,繼電保護(hù)裝置下放到就地, 主控制室與各級(jí)電壓配電裝置之間僅有光纜聯(lián)系, 沒有強(qiáng)電控制電纜進(jìn)入主控制室, 這樣節(jié)約了大量控制電纜, 大大減少對(duì)主控制室內(nèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其他電子元件器的干擾,提高了運(yùn)行水平和安全可靠性。2.1國外在制定變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范方面的進(jìn)展國外變電站綜合自動(dòng)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(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)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(shù)能夠迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。目前, 許多國際性組織或權(quán)威機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行這項(xiàng)工作, 如國際電工委員會(huì) ( IEC 、國際大電網(wǎng)會(huì)議( CIGRE 、德國電力事業(yè)聯(lián)合會(huì) ( VDEW 和電工供貨商機(jī)構(gòu)( ZVEI 、美國電力科學(xué)研究院( EP RI 和 IEEE 的電力工程學(xué)會(huì) ( IEEE、PES 都正在制訂或已制訂了某些標(biāo)準(zhǔn)。1. 2. 1 德國電力事業(yè)聯(lián)合會(huì) ( VDEW 和電工供貨商機(jī)構(gòu)( Z VEI 制定的關(guān)于數(shù)字式變電站保護(hù)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(hù)與控制之間接口標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(jí) ( St atio n L evel 和元件/ 間隔級(jí) ( BayL ev el 。對(duì)于系統(tǒng)的硬件、軟件、參數(shù)化、資料、測試、驗(yàn)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(duì)德國國內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展而且對(duì)整個(gè)歐州地區(qū)都起了一定的促進(jìn)和規(guī)范作用。2.2美國電力科學(xué)研究院關(guān)于變電站控制與保護(hù)工程的系統(tǒng)規(guī)范該規(guī)范由美國電力科學(xué)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(duì)該規(guī)范作了進(jìn)一步的修改與增補(bǔ)。該規(guī)范定義出了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的范疇, 同時(shí)列出了該系統(tǒng)應(yīng)具備的功能菜單, 規(guī)定了每一種功能應(yīng)具備的內(nèi)容及基本要求。它反映了變電站綜合自動(dòng)化的基本要求, 總共逐個(gè)規(guī)定了26種功能。普遍認(rèn)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(dòng)化技術(shù)發(fā)展存在的問題目前變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),因此標(biāo)準(zhǔn)問題,其中包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)化系統(tǒng)模式、管理標(biāo)準(zhǔn)等問題,是當(dāng)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(dòng)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(hù)、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(shè)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(fèi)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(dāng)不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時(shí),問題會(huì)很嚴(yán)重。如果所有廠家的自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn),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(diǎn)進(jìn)行選擇,以滿足自身的使用要求。3.2運(yùn)行維護(hù)人員水平不高的問題解決好現(xiàn)行的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)管理體制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等問題的同時(shí),還要培養(yǎng)出一批高素質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍。目前,變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)絕大部分設(shè)備的維護(hù)依靠廠家,在專業(yè)管理上幾乎沒有專業(yè)隊(duì)伍,出了設(shè)備缺陷即通知相應(yīng)的廠家來處理,從而造成缺陷處理不及時(shí)等一系列問題。要想維護(hù)、管理好變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),首先要成立一只專業(yè)化的隊(duì)伍,培養(yǎng)出一批能跨學(xué)科的復(fù)合型人才,加寬相關(guān)專業(yè)之間的了解和學(xué)習(xí)。其次,變電站綜合自動(dòng)化專業(yè)的劃分應(yīng)盡快明確,杜絕各基層單位“誰都管但誰都不管”的現(xiàn)