摘要：根據浙江省500 kV變電所自動化調研和雙龍變的工程試點，探討了500 kV變電所自動化系統的結構，通過對比，明確了分散式變電所自動化系統較集中式系統有更多的優越性。隨著信息技術、通信技術的迅速發展，變電所自動化系統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奠定了良好的技術基礎。根據雙龍變的變電所自動化系統實施情況，提出了簡化所級計算機系統、站級計算機網絡采用單以太網、取消（減少）保護管理機、采用網絡新技術、在低壓系統采用一體化裝置等優化變電所自動化系統結構的建議。 關鍵詞：變電所自動化系統；分散式變電所自動化系統；集 中式變電所自動化系統 1　引言 　　隨著浙江省電力系統的迅速發展，500 kV系統逐步將成為浙江省的主網。為了提高500 kV變電所的安全經濟運行水平，根據現代微機技術和網絡通信技術的發展，浙江省積極探討500 kV變電所自動化系統的結構，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，在二次系統的設計上，就比原有220 kV變電所提高了一個技術檔次，如蘭亭變引進了先進的RTU設備，并以此為基礎，利用計算機數據接口，設置了當地監視功能，為變電所的安全運行和調度員及時了解系統運行情況，提供了有力的幫助。 　　但這種常規的監控系統加上以增強型RTU設備為主構成的計算機監測系統，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的監控系統為主，計算機監測系統只是作為輔助的監視手段； 　　（2）采集的信息按調度需要為準，采集的信息偏少，難以滿足變電所運行監視的需要； 　　（3）限于當時的技術水平，系統未能很好地解決遙信誤發的問題； 　　（4）缺乏必要的控制功能，限制了變電所自動化功能的綜合，如電壓自動調節功能需外部裝置實現，變電所的電氣操作聯鎖需要外部接線實現。 　　隨著計算機技術和通信技術的發展，以增強型RTU設備為主構成的計算機監測系統增加了對一次設備的控制功能，在綜合部分變電所自動化有關功能后，也能構成變電所自動化系統（簡稱集中式系統）。同時，國內外也推出了按電氣間隔布置的分散分布式結構的變電所自動化系統（分散式系統）。　　 集中式系統是從增強型RTU發展起來的，為節約硬件成本，將模件按四遙功能分，并把整個變電所作為監控對象。比較典型的做法是模件按功能分為開關量輸入板、開關量輸出板、模擬量輸入板等。 以開關量輸入板為例，在一塊模件上，集成16甚至32個輸入點，將全所的開關量統一安排，雖然投資較省，但卻給擴建和日常維護帶來一定困難，集中式系統和分散式系統的比較如表1所示。 　 　　應該說，分散式系統的技術優越性是明顯的，這也是某些傳統的RTU生產廠家推出分散式系統的原因。在雙龍變建設期間，由于取消了常規的RTU設備、操作繼電器屏、操作閉鎖設備，節約電纜等原因，節約費用約605萬元；雙龍變采用分散式系統后，對變電所實現了全面的監控，成為變電所實時監測和控制的有效手段，在設備異常告警和事故分析等方面表現突出，得到了運行單位的肯定。 2　雙龍變電所自動化系統結構的實現 　　雙龍變自動化系統如圖1所示，就地的狀態信號、告警信號和交流量輸入各間隔的輸入／輸出單元，經串行通信送到本小室的主單元（部分信號直接接入主單元），通過規約轉換器送到站級以太網，經主機數據處理后，在人機工作站上顯示有關信息，部分信息經主備通信機送三級調度；微機型保護有關信息經保護管理機送到站級系統；采用相對獨立的硬件完成電氣聯鎖。 系統主要存在以下不足： 　　（1）信息上送的轉換環節較多，一定程度上影響了信息上送的實時性； 　　（2）鑒于當時的技術水平，同期裝置和開關操作聯鎖系統均為獨立的裝置，系統采用的設備較多，價格較高； （3）未采用分散數據庫； （4）間隔層輸入／輸出單元的信號輸入點數比較少，不少信號只能接入主單元； （5）站級計算機系統過于復雜。 3　分層分散式自動化系統結構的探討 　　隨著變電所自動化系統技術和相關計算機技術、通信技術的發展，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，能實現電氣操作聯鎖，同期功能也能在輸入／輸出單元的內部實現。筆者建議的變電所自動化系統如圖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）網等現場總線接入就地數據處理機，就地數據處理機既作為分層數據處理，完成不同電壓等級間隔層設備的數據交換，同時又作為現場總線和站級以太網的協議轉換，保證間隔層設備的相對獨立性。此自動化系統與雙龍變的主要不同點如下： （1）站級計算機網絡采用單網，而不采用雙網 站級以太網采用雙網，主要是為了提高網絡的可靠性和系統的可用率，并不能提高網絡的傳輸帶寬和效率，從雙龍變的運行實踐來看，網絡的可靠性是很高的，運行至今，雙網沒有發生過網絡切換，也沒有出現網絡異常，但雙網的管理占用了一定的系統資源，反而給系統運行帶來不穩定，并造成初期投資較高。雙網可以有限提高系統的可用率，但網絡設備中，除了光纜，更換都比較方便，因此采用單網時，可以在施工階段，預留長光纜，便于光纜故障時，緊急更換，即可保證系統的可用率。 （2）調整站級計算機功能，減少站級計算機總量 在變電所內，離線的管理功能占用主機資源是不合理的，雙龍變在調試階段，發生過由于過多的管理進程打開后，沒有及時關閉，致使主機資源被占用過多，影響了系統的穩定性。為此，在建議的站級計算機系統中，僅保留實時的監視和控制功能，將離線的管理功能從實時系統中隔離出去，在變電所的信息管理系統（MIS）中統一考慮，信息通過新增的網關／工程師工作站傳輸到MIS，網關／工程師工作站負責信息轉發和系統維護，并在站級以太網上，預留維護接口，在需要的時候（如自動化設備定期校驗），可以外接筆記本計算機以用于系統的檢修維護，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調工作和部分自動化功能，如電壓無功自動調整，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量。同時，取消保護管理計算機，取消小室的規約轉換器，采用就地數據處理機，負責數據的前處理和數據的分流傳輸，從而減少了站級計算機數量。 　　（3）保護與輸入／輸出單元的串口直接通信或獨立組網，取消（減少）保護管理機對于500kV變電所，國內的慣例是保護和自動化系統分別招標，一般來說，保護和自動化系統不是同一廠家的，造成保護和自動化系統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，并進行保護通信規約的轉換，將保護信息接入站級計算機系統。隨著國際組織標準化工作的開展，保護已經有了標準的通信規約，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，電氣間隔的概念也更清楚。 　　對于支持組網的保護裝置，也可以單獨組網，全站統一配置保護管理機，而不是按照小室配置，減少保護管理機的數量。 　　如果保護裝置和自動化系統的輸入／輸出單元能考慮統一組屏，更能節省電纜和屏位，簡化部分二次回路設計，降低工程造價。 　　（4）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，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，在技術上是完全可行的，也可以節約投資。 （5）電氣聯鎖系統的簡化和改進 　　雙龍變采用獨立的硬件實現全站的電氣聯鎖，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系統的接地刀閘，只能采用硬線邏輯實現電氣聯鎖。隨著變電所自動化系統的發展，不少廠家在輸入／輸出單元中整合了PLC功能，直接利用輸入／輸出單元實現電氣聯鎖。　　 從電氣聯鎖實現的一次設備狀態相關性來看，本電氣間隔的一次設備的狀態關聯程度最大，其次是同電壓等級的電氣單元的一次設備的狀態，對于主變間隔，主變三側的接地刀閘狀態需要互送。根據上述信息流量，建議同電壓等級的輸入／輸出單元用現場總線互聯，這樣同電壓等級的電壓閉鎖可以完換信息，數據處理機不宜按小室配置。由于主變三側與電氣聯鎖有關的狀態量的數量不多，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，有其優點。利用PLC，可以方便地輸出允許式接點，利用電磁鎖實現手動操作的一次設備的操作聯鎖；還可以利用輸入／輸出單元的線路電壓輸入，來實現線路無壓檢查，整合到電氣聯鎖邏輯中有其優越性。 （6）采用網絡新技術提高系統的實時性　　 從數據流向看，由于采用了就地數據處理機，到變電所內的數據和到調度的數據可以在此分流。利用同一個所級以太網，主要目的是降低投資，特別是隨著網絡技術的發展，100MB／s的快速以太網技術提供了10倍于常規以太網的帶寬；常規以太網，對于每個接點而言，有效帶寬遠達不到10MB／s，新的交換式以太網技術為網上每個接點提供了10MB／s帶寬。采用虛擬網絡技術，可以在同一個物理網上，構造幾個虛擬的邏輯網，將所內信息和調度信息分流，提高網絡效率。綜合采用上述網絡新技術，雖然從物理上看，只是一個以太網，但實際的網絡傳輸效率可大大超過常規以太網，可提高系統的實時性。 　　按照建議的結構，就調度通信這一功能，對于就地數據處理機而言，面對的是一個調度，由主備通信機根據三級調度的不同要求，將數據加工后送往三級調度。當然，也可以從就地數據處理機直接用串口與調度通信。 　　總之，在保證變電所安全運行的基礎上，應盡量簡化變電所自動化系統，以降低造價，增加系統運行的可靠性。 4　結語 　　從現有的技術條件來看，建議的變電所自動化系統的結構是能實現的。該系統結構簡單清楚，能保證變電所的安全、可靠運行。但變電所自動化系統的建設并不僅僅是一個技術問題，由于系統涉及變電所內的方方面面，需綜合考慮各方面的要求，才能得到可供實施的方案。