摘要(Abstract) 回忆了国际变电站自动化技术开展的进程，剖析了国际变电站自动化零碎现状和开展趋向，强调了继电维护和监控在技术和管理上的一体式开展，数字化变电站的开展，以及IEC61850规范使用的趋向。
关键词(Keywords) 变电站自动化 现状与开展 分层散布式构造 集成化 数字化
1、 引言
“变电站自动化零碎”(Substation Automation System-SAS)名词，国际电工委员会解释为“在变电站内提供包括通讯根底设备在内的自动化零碎(SAS-Substation Automation System： The SAS provides Automation in a Substation including the Communication infrastructure)”。在国际，我们所说的变电站自动化零碎，包括传统的自动化监控零碎，继电维护、自动安装等设备，是集维护、测量、控制、远传等功用为一体，经过数字通讯及网络技术来完成信息共享的一套微机化的二次设备及零碎。自20世纪90年代以来，变电站自动化技术不断是我国电力行业的热点技术之一。目前全国已投入运转的35~500kV变电站约20000座(不包括用户变)，而且每年新增变电站的数量约为3percent~5percent，也就是说每年都有千百座新建变电站投入电网运转，新建变电站根本上都采用了自动化零碎形式，同时每年还有许多老变电站的技术改造，也根本上以自动化零碎形式为主。在已采用自动化技术的变电站中，晚期采用较多的国外商品有：如ABB、Siemens、GE等公司的商品。但随着国际厂家的商品技术含量、工艺程度的进步以及国度产业政策的支持，目前220kV及以下电压等级变电站的自动化大都采用了国产商品，330kV及以上电压等级变电站也少量运用了国产商品。目前，国产商品厂家次要有：南瑞集团、北京四方、许继电气、国电南自等。
2、变电站自动化技术现状
2.1、 我国变电站自动化开展阶段
变电站二次局部传统按功用分为四大类商品：继电维护、毛病录波、外地监控和远动。按零碎形式呈现顺序可将变电站自动化开展分为三个阶段：
(1) 一阶段：面向功用设计的集中式RTU加惯例维护形式
80年代及以前，是以RTU为根底的远动安装及外地监控为代表。该类零碎实践上是在惯例的继电维护及二次接线的根底上增设RTU安装，功用次要为与远方调度通讯完成“二遥”或“四遥”(遥测、遥信、遥控、遥调);与继电维护及平安自动安装的联合经过硬接点接入或串行口通讯较多。此类零碎称为集中RTU形式，目前在一些老站改造中仍有大批运用，此阶段为自动化的初级阶段。
(2) 二阶段：面向功用设计的散布式测控安装加微机维护形式
二阶段始于90年代初期，单元式微机维护及按功用设计的分散式微机测控安装得以普遍使用，维护与测控安装独立，经过通讯管理单元可以将各自信息送到后台或调度端计算机。特点是继电维护(包括平安自动安装)按功用划分的测控安装独立运转，使用了现场总线和网络技术，经过数据通讯停止信息交流。此零碎电缆互联仍较多，扩展性功用不强。
(3) 第三阶段：面向距离、面向对象(Object-Oriented)设计的分层散布式构造形式
第三阶段始于90年代中期，随着计算机技术、网络及通讯技术的飞速开展，采用按距离为对象设计维护测控单元，采用分层散布式的零碎构造，构成意义上的分层散布式自动化零碎。目前国际外主流厂家均采用了此类构造形式。110kV以下电压等级变电站，维护测控安装要求一体式、110kV几以上电压等级维护测控大多按距离辨别设计，对高压变电站的规模比拟大的零碎，为增加两头环节，防止通讯瓶颈，要求安装间接上以太网与监控后台通讯，甚至要求维护和监控网络独立组网，由于采用了先进的网络通讯技术和面向对象设计，零碎配置灵敏、扩展方便。
2.2、 分层散布式技术成为潮流
若按变电站自动化零碎二次设备散布现状可纵向分为三层：变电站层、网络层、距离层;也有厂家或学者将网络层归入变电站层停止描绘，即纵向分为变电站层、距离层二层。
(1) 变电站层横向按功用散布为外地监控、维护信息管理及远方通讯。变电站层功用散布的方式取决于网络层的构造、变电站电压等级以及用户的实践需求。
外地监控功用作为外地运转人员的人机交互窗口，以图形显示、报表打印、语音报警等各种方式完成外地的“四遥”。经过“五防”零碎联锁控制开关及刀闸的跳合，并对断路器合闸操作自动检同期， 按VQC原理变压器档位或投切电容器组，以及与MIS零碎平安联接完成信息共享。
维护信息管理功用作为外地继保人员的人机交互窗口，也可以图形显示、报表打印、语音报警等各种方式对继电维护及平安自动安装的运转情况如安装能否毛病、定值能否改动、采样能否准确等停止实时监视，依据运转需求决议维护投退和定值修正，毛病发作后经过毛病录涉及维护举措信息停止毛病剖析和诊断。
远方通讯功用是将外地监控和维护信息管理功用经过通讯在远方完成，是变电站完成无人值班的前提条件。远方监控和维护信息管理功用异样可以各自独立刻经过不同的通道和规约辨别接至调度和维护信息管理主站，也可以合二为一即经过同一通道接至远方主站。
(2) 网络层完成信息传递和零碎对时等功用。经过信息交流，完成信息共享，减化变电站的设备配置，从全体上进步变电站自动化零碎的平安性和经济性。目前国际外商品盛行两种网络层构造：即双层网和单层网构造。 目前采用的现场总线有：Lonworks、Canbus、WorldFIP、Profibus等，速率为1~12Mbps;以太网通讯方式，速率大多为10Mbps/100Mbps自顺应。现场总线具有运用方便、复杂、经济的特点，以太网具有网络规范、开放性好、高速率、传输容量大的特点。但目前由于以太网在功能和使用特点上仍不能完全替代现场总线， 面向实时控制的工业以太网技术及规范正处于研讨和制定进程中， 所以现场总线将会和以太网并存相当长工夫。
(3) 距离层次要是继保、监控设备层。可集中组屏也可散布在各继电维护小间内或装置在开关柜上。继保、监控既可以各自独立也可以合二为一。它对相关一次设备停止维护、测量和控制，呼应就地层、变电站层、远方主站的操作要求，对采集的信息停止处置上送，并在变电站层、远方主站控制生效的状况下仍能完成维护、测量和控制功用。
三层之间的关系。变电站层、网络层、距离层既互相独立又互相联络。变电站层功用的完成依赖于网络层和距离层的残缺性;但是距离层功用的完成，特别是继电维护及平安自动安装的功用的完成决不能依赖于网络层和变电站层;远方主站监控功用的完成应不依赖于变电站层设备。
2.3 、运转管理形式与变电站综合自动化
(1) 维护和远动管理形式对变电站综合自动化技术开展的影响
由于变电站综合自动化零碎源于传统的“四遥”并在微机维护、远动根底上开展起来的，维护和远动分属不同的部门，运转管理是分开的，随着变电站自动化技术的开展，特别是近阶段，在中高压站曾经采用维护和测控合一的综合安装， 许多厂家在研制高压站的安装时，曾经思索将维护、测控、毛病录波等功用综合在一个安装内。因而，各自独立运转的管理、思想方式曾经不能顺应变电站综合自动化技术开展要求 (2) 无人值班的运转管理形式与变电站自动化技术的关系
目前已完成无人值班的变电站，并不都是采用所谓的综合自动化零碎。但是应该看到，自动化技术的开展，为无人值班或少人值班变电站提供了更先进的技术支持，使变电站设计愈加合理，布局紧凑，运转愈加牢靠，更利于无人值班的管理，新建的变电站甚至国际一个750kV变电站都将按无人值班的形式设计。
(3) 维护信息管理零碎的呈现是变电站以后运转管理的需求
随着微机维护、毛病录波器在电网中的普遍运用，在电力零碎发作毛病时使维护和毛病录波用具备了以数据方式向电网调度传输毛病信息的能够。为了贯彻《国度电力公司电网二次零碎“十五”规划》的要求，实在进步电网平安运转的调度零碎信息化、智能化程度，在电网发作毛病时能为调度提供实时毛病信息，无效地疾速恢复零碎，电机工程学会继电维护运转技术分专委会特制定了《继电维护、平安自动安装和毛病录波器信息处置零碎》技术标准，已有多个变电站自动化零碎消费厂家研制出该类零碎并投入电网运用。该零碎是专为维护管理部门设计的，当维护和毛病录波安装在毛病时，由于信息量较大原因此采用独自组网形式。
2.4、 继电维护技术的开展
谈到变电站自动化，需关注继电维护技术的开展，关注维护与监控以后及今后在自动化技术开展中的互相交融关系。
(1) 继电维护技术的开展史
从90年代初至今，不同原理、不同机型的微机线路和主设备维护各具特征，为电力零碎提供了一批功能杰出、功用完全、任务牢靠的继电维护安装。随着微机维护安装的深化研讨，在微机维护软件、算法等方面也获得了很多实际效果。微机维护已成为电力零碎维护、监控、通讯、调度自动化零碎的重要组成局部。
(2) 继电维护的现状
目前，国际继电维护的开展已到达甚至超越国外同行业的程度。在维护硬件构成方面，国际的微机维护阅历了8位CPU、16位CPU等几个阶段，以后已开展到应用DSP停止信号处置、32位CPU冗余设计、高精度模数变换、安装内采用网络通讯技术、硬件模块化设计等先进程度阶段。在电磁兼容设计方面均有独到之处，具有很高牢靠性。
在维护的原理方面，国际微机维护的程度很多方面已抢先于国外的同类商品。尤其在高压线路维护方面，经多年研讨，微机维护的功能比拟完善，可以顺应复杂的运转及毛病条件。由于通讯通道技术的限制，晚期的全线速动纵联维护次要由公用闭锁式或允许式纵联方向维护和纵联间隔维护构成。随着通讯技术的开展，分相式光纤电流纵联差动维护由于原理复杂牢靠而普遍使用。主设备维护方面，与线路微机维护相比，虽然起步较晚，经过多年的研讨已克制了晚期的元件微机型维护牢靠性不高，灵敏度低，举措速度慢，TA饱和影响较大等缺陷。
在110kV及以下电压等级的变电站综合自动化零碎中，主变后备维护、线路(馈线)维护、电容器维护等继电维护安装普遍采用维护测控一体式技术，即所谓的四合一安装。每个四合一安装不但可完成继电维护功用，而且还可完成测量、控制、数据通讯功用，成为整个电力零碎计算机网络上的一个智能设备。
3 变电站自动化技术开展趋向
3.1 、IEC61850规范的推行使用
IEC 61850是国际电工委员会TC57制定的《变电站通讯网络和零碎》系列规范，为基于网络通讯平台的变电站自动化零碎独一国际规范，也是国度电力行业相关规范的根底。IEC 61850制定的思绪是：
(1) 进步互操作性，工程完成方便;
(2) 面向对象，即面向设备;
(3) 满足使用技术迅猛开展要求;
(4) 应对通讯技术和网络技术开展的应战。
指点任务方向为：顺应古代技术程度的通讯体系，完成完全的互操作，体系向下兼容，基于古代技术程度的规范信息和通讯技术平台， 经过规范化数据交流接口完成开放式零碎，例如该规范使用于一切类型的散布式SCADA零碎。IEC 61850不只用于变电站内通讯，而且可用于变电站和控制通讯。
IEC 61850规范经过多年的酝酿和讨论，至2003年已正式发布大部分外容。IEC 61850规范是全世界独一的变电站网络通讯规范，也将能够成为电力零碎中从调度到变电站、变电站内、配电自动化无缝通讯规范，还可望成为通用网络通讯平台的工业控制通讯规范。以后， 消费相关商品的国际外各大公司都在围绕IEC 61850 展开任务，并提出IEC 61850的开展方向是完成“即插即用”，在工业控制通讯上完成“一个世界、一种技术、一个规范”。
为顺应将来数字化变电站开展的趋向，IEC61850规范按通讯体系及设备功用将变电站自动化零碎分为3层：变电站层、距离层、进程层。变电站层设备由带数据库的计算机、操作员任务台、远方通讯接口等组成;距离层设备由每个距离的控制、维护或监视单元组成;进程层设备典型的为远方I/O、智能传感器和执行器等。
3.2、 变电站自动化零碎向高集成化、数字化、规范一致化方向开展
随着集成电路和计算机技术的飞速开展，各种新型的大规模集成电路将会进一步使用在继电维护和测控安装上，如32位CPU、数字信号处置芯片DSP、高速数据采集零碎、嵌入式实时操作零碎、大容量Flash、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。这些新器件的使用将使维护和测控安装的电路板愈加小型集成化，安装通讯、数据存储及处置才能更强。将距离的控制、维护、毛病录波、事情记载和运转支持零碎的数据处置等功用，经过模块化设计集成在一个一致的多功用数字安装内是可行的，距离外部和距离间以及距离同站级间的通讯可一致用一层网即光纤以太网来完成。高集成化零碎的开展，无疑能降低本钱，进步零碎牢靠性，有利于完成一致的运转管理。目前在许多中高压站已完成。
变电站自动化零碎向数字化开展，指的是智能化电气的开展，如智能开关设备、光电式电压和电流互感器、智能电子安装(IED)等的呈现，使变电站自动化技术进入了数字化阶段。智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路逐步取代传统的一次回路， 使变电站层、距离层、进程层用网络联接起来，并完成一致的通讯规范。
4 、完毕语
总之，变电站自动化技术是随同着古代科技技术开展，尤其是网络技术、计算机软、硬件技术及超大规模集成电路技术的开展而不时提高， 自动化零碎以按对象设计的全分层散布式为潮流， 朝着二次设备功用集成化，一次设备智能数字化方向开展;运转管理朝着各协调一致和站内无人值班形式开展。同时经济性和牢靠性也是变电站自动化技术开展所要思索的实践成绩。IEC61850规范的施行使用，电能质量监测管理，一次设备的在线监测，网络平安技术，数字式视频图像监控技术，基于同步相量测量安装的电力零碎实时静态监测， 以及如何融入变电站自动化零碎， 都是变电站自动化技术开展所要研讨的课题。
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