220kV变电所综合自动化系统设计
张涛
摘 要：220kV老旧变电站已不能跟上现代电力系统的发展，逐步对其进行综合自动化改造是必然的趋势。文章从变电站综合自动化的背景出发，介绍了变电站综合自动化的基本概念、优点、及我国变电站建设中存在的问题；阐述了变电站综合自动化系统应用中应遵守的基本原则，并设计了一种典型的变电站综合自动化系统结构形式。
关键词：变电站；综合自动化；改造
前言
变电站是电网的枢纽，是电力系统中最为关键的中间设施，它最重要的功能是完成电压转化。随着社会经济的高速发展，220kV传统变电站已跟不上现代化电网的发展。因此，在大力建设新变电站的同时，另一项重要的任务就是对220kV传统变电站进行综合自动化改造，以促进我国电网系统的安全、稳定和经济运行。
1 传统变电站存在的问题
变电站在电力系统中起着电能转换和分配的关键作用。220kV变电站是目前我国数量最多用途最广泛的变电站。随着大容量发电机组以及超高压大电网的应用，传统变电站的人工抄表、手动记录、工人操作等落后的管理方式已经完全不能满足现代电力系统的管理要求[1]。传统的变电站设备逐渐老化，技术逐步落后，其存在的问题可以总结如下：
（1）安全可靠性差、维护困难。传统220kV变电站中存在大量的常规设备，特别是继电保护和自动装置、远动装置等关键二次设备多为老旧的电磁型或晶体管式设备[2]，这些设备由于年代局限，其结构复杂、检修困难、安全性和可靠性都较低。
（2）供电质量低。传统220kV变电站一般没有调压装置，对于谐波污染等问题并没有相应的处理，在电能质量评价上也没有可参考的标准，供电质量非常低下，无法适应电力市场的新需求。
（3）结构复杂、浪费空间。由于传统变电站中有许多电磁式和晶体管式的二次设备，集成度低，占用空间非常严重。这不但不符合美观要求，也很大程度上挤占了人类有限的生存空间。
（4）自动化程度低。在经济社会的发展背景下，我国变电站数量越来越多，结构越来越复杂，其维护和管理要求越来越高。而传统变电站的老旧设备一般不具备实现全自动化的条件，因而无法实现现代电力系统的实时监测与控制要求[3]。
2 综合自动化的基本概念
综合自动化并没有完全权威的定义，但是从功能和特点等方面来看，可以将其定义为：通过综合应用现代通信电子技术对变电站二次设备的传统功能进行优化组合和设计，从而实现变电站设备的实时监测和控制的一种自动化系统。在综合自动化系统的调协下，变电站可以很方便地实现设备互连和数据共享，使其运行更加安全稳定，维护更加方便，效益更加显著。变电站综合自功化系统具有供电质量高、功能丰富、安全稳定、运行可靠、管理方便、占地面积小、结构紧凑、成本低廉、易于维护、智能程度高等优点。
3 220kV变电站综合自动化系统设计
3.1 系统设计原则
220kV变电站综合自动化系统的设计与实施是一项复杂的综合性系统工程，必须遵循一定的设计原则，才能达到提高性能的目标。首先，变电站综合自动化是电网调度系统的一部分，必须与电网调度系统的总体要求保持兼容，应提供人机接口和远程通信平台，以实现变电站运行状况的实时监控；其次，系统应采用分层分布结构，引入现场总线和工业以太网，考虑冗余配置，实现网络通信的高效性；最后，变电站继电保护功能是相互独立的，互不干涉，但应实现集中管理。同时应具备操作权限分级和防误操作闭锁等功能，提高系统的可靠性。
3.2 系统功能设计
220kV变电站综合自动化系统最关键的功能是通过先进的计算机自动监控系统取代传统的模拟仪表系统，实现全自动化的站内监测。从系统功能上看，具体应包括的功能有：数据采集（包括模拟量、开关量和电能量）、事件顺序记录、故障录波和测距、谐波分析、异常记录、远程控制、实时监视、人机交互、参数修改、微机保护、故障自诊断、自闭锁和自恢复、数据处理（包括存储、统计、显示和打印）。从系统性能上看，应满足快速性、灵敏性和可靠性等要求。
3.3 系统结构设计
变电站综合自动化系统从纵向看分为间隔层和站控层，从横向看则包括了各种电压等级的输电线路、母線设备和主变等一次设备。系统的概要设计遵从面向对象的设计思想，把各模块的二次功能分隔到间隔层中，从而使其功能独立、性能并发，通过计算机系统实现无人值守的管理模式，实现变电站的全面监测和运行管理。
系统总体结构如图1所示。系统总体上采用了分层分布式的结构形式，分为管理级、站控级和现场级三个层次。现场级的设计依据是一次设备，可以分散控制和故障，精简系统结构；现场级设备与站控级设备以现场总线相连，通过站控计算机与管理级相连。系统硬件主要有工作站、测控装置、路由器、智能网关、规约转换转换器和GPS接收装置。为了保证系统可靠性和开放性、网络使用了双以太网组网，信息的传输方式、通信协议和接口要求与主站保持一致。为了实现站内设备的时钟一致性，系统中安装了GPS对时装置，可以完成继电保护、自动装置、故障录波器、测控装置的时钟对时。全站配置了1台高性能工控机，运行Windows 7操作系统。测控设备采用RCS-9700系列测控装置，该系列产品具有很强的电磁兼容和抗干扰性能，能在极端环境下稳定工作。通讯控制器采用RCS-9698D远动通信仪。整个系统性能大大提升。
4 结束语
220kV传统变电站数量众多，其老旧的设备及人工管理方式已无法满足现代电力系统的要求，存在着可靠性差、维护困难、供电质量低、结构复杂、浪费空间、自动化程序低等严重问题。通过现代电力电子技术的综合应用，可对变电站进行优化组合和设计，从而实现综合自动化。通过引入先进的计算机自动监控系统取代传统的模拟仪表系统，采用分层分布模式对220kV变电站综合自动化系统进行了优化设计，系统功能丰富、通信效率高、运行可靠性强，同时具有良好的扩展性。综合自动化系统的应用使变电站运行更加安全稳定，维护更加方便，经济效益更加显著，适应了新时期电力电网系统的发展需求。
参考文献
[1]吴添鹰.变电站综合自动化系统的发展与展望[J].中国设备工程，2017（04）：145-146.
[2]吴芳.220kV传统变电站综合自动化技术的运用[J].自动化应用，2015（11）：103-104.
[3]王霞，李银平，王帅斌，等.变电站综合自动化系统存在的问题[J].电气制造，2013（11）：71-73.
