摘要：电力工业是国民经济的基础，它是重要的支柱产业，随着我国经济的发展和现代工业的崛起，对电能的质量和可靠性也有了新的要求。随着科学技术的不断发展和计算机的普遍应用，先进的技术手段大大促进了电力行业的发展，我国的变电站也随之而改变，变电站电气自动化的实现必须有一个完整的电气系统作为保障，这样才能为自动化运行创造有力的条件。变电站电气自动化的实现还离不开各种电气设备的操作，每个设备都能为变电站处理电压提供帮助。下文就从控制系统的控制方式、变电设备接地的设计、控制途径和管理上来分别对变电站电气自动化控制系统加以分析。
关键词：变电站；电气自动化；控制方式；应用
引言：变电站的自动化是目前电网调度自动化的一个主要的应用。随着计算机技术的提高，设备的集成化、网络化和数字化程度的提高，将传统的电力信号电缆替换为计算机电缆或光缆，就可基本实现变电站的自动化。电气自动化技术在变电站自动化方面的应用，使得计算机能够实时管理和记录变电站的运行数据，并将这些数据显示在屏幕上供调度人员参考，又可利用这种自动化技术实现监视和操控，使得电网调度的自动化程度显著提高。这种技术的应用食欲变电站的运行操作任务相互适应的。下面我们对变电站电气自动化控制系统进行具体的分析，并对其应用进行简单的介绍。
一、变电站自动化控制系统
1.1变电站自动化控制系统的含义
由于我国计算机信息技术的迅速发展，计算机技术已经广泛应用于各行各业，同时也给我国电力系统带来了一场革命。从技术层面上看，变电站自动化控制技术也是计算机信息技术发展的产物，计算机应用功能的不断发展和分布式RTU的出现，为变电站自动化控制技术的全面应用奠定了坚实的基础。我们所说的变电站自动化控制系统，包括传统的自动化监控系统、继电保护、自动装置等设备，是集保护、测量、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。它取消了传统的控制屏、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。
1.2变电站自动化控制的内容
变电站自动化控制的内容主要包括：电气量的采集和电气设备状态的监视、控制和调节，实现变电站正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全；在发生事故时，采集瞬态电气量、实施监视和控制，迅速切除故障，完成事故后变电站恢复正常运行的操作；高压电气设备本身的监视信息。随着对计算机技术、网络技术及通信技术的应用，根据变电站的实际情况，各类分散分布式变电站自动化系统将各现场输入输出单元部件分别安装在中低压断路器柜或高压一次设备附近，现场单元部件或是保护和监控功能的二合一装置，用以处理各开关单元的继电保护和监控功能；或是使现场的微机保护和监控部件分别保持相对独立。在变电站控制室内设置计算机系统，对各现场单元部件进行通信联系，通信方式通常采用串行口。
二、控制系统的几种控制方式
2.1集中控制
目前，我国的变电站属于电力行业的主要变电装置，主要负责完成转换线路电压的重要工作，电压值的大小转变都是由变电站来完成的。对变电站实行集中控制，这不仅能够协调好每个设备之间的运行，还能创造系统的变电站自动化结构控制体系。为我国变电站电气化控制系统提供了一个基础结构。
2.2远程监控
就是利用网络的作用，采取远程监控。远程控制技术可以实现远距离的数据传输，并且能够准确的将变电站中的信号实时显示出来，从而帮助操作人员能够对变电站进行控制。这可以对实行变电站自动化控制的物质基础进行控制，如可以减少电缆、节约材料等。作业人员通过对远程监控上传输的数据，能够很清晰的分析出变电的不足并及时对变电计划加以调整。
2.3线路监控
电气自动化控制的实现最终离不开不同的线路发挥的作用，因为线路是把所有变电设备连接起来的载体。每条线路根据不同的作用它的连接方法也是大不一样的，这就需要工作人员在自动化设计时充分考虑线路的连接方式。如：断路器的连锁和隔离开关的闭锁操作均采用同一种的线路连接方式则容易引起误操作，相关的设计技术人员对变电站电气自动化系统线路设计时应当注意相关问题。
2.4现场监控
对变电站生成进行现场监控这是电气自动化的一个重要内容。因为现场监控可以很全面的去查看电气自动化的生成，有效的减少环网柜、端子柜、隔离设备、I/O端口等设备的数量，能够节约变电站的空间，使得整个变电站的功能更加的全面。还有及时发现生成过程中的问题并及时采取补救措施，规范了整体的生产作业程序，促进了变电站电气自动化的优化改进。
三、变电站设备系统的硬件配置
系统由电源及继电器模件、交流采样模件、CPU及开入量模件、总线模件、人机接口模件等组成。CPU采用DSP芯片，断路器操作模件代替了原来开关柜的全部操作。
各装置设有独立箱体，液晶显示屏、按键、运行指示灯、断路器位置指示灯、电源指示灯均装于面板上便于操作、观察。NPS-600系统采用模块化设计，即由相同的硬件构成不同种保护。
硬件组成：
NPS-600型微机保护测控装置由下列模件组成:交流采样模件，CPU及开入量模件，电源及继电器模件，总线模件，液晶显示模件，全封闭金属机箱。各模件之间有金属屏蔽板，减少电磁干扰的影响。
各模件功能简述如下：
1、电源及继电器模件:提供装置各种工作电源，直流或交流185-265V输入，输出±5V，+24V。二组电压均不共地，且采用浮地方式，同外壳不相连。
+5V用于CPU及外围芯片
+24V用于驱动继电器
同时此模件安装出口继电器及中央信号继电器，用于断路器控制和中央信号报警。
2、交流采样模件:将交流电压、电流转变为弱电信号，以便模数转换。保护CT与测量CT分开，保证保护要求的抗饱和特性与测量精度。交流模件共可以装13路交流输入回路，据用户所要求的保护功能及测量功能而配备。
3、CPU及开入量模件:该模件是整个装置的核心部分，完成模拟量、开关量的采集、处理，各种保护判据的运算，判断，然后产生相应的控制出口，发信号及通讯传输等。
同时，此模件可接入开入量，所有接入微机保护的开入量，可将开入量的一端作为公共端短接后接入微机保护的公共端，另外一端作为信号输入接到对应编号的端子上，所提供的开入量均做无源接点接入即可，保护装置内部已经提供了公共端电源。
4、总线模件:各模件之间用可靠得接插件与总线板相连接，通过总线板相互传递数据。
5、人机接口模件:人机接口模件装有大屏幕液晶显示器、键盘和指示灯，完成人机之间的对话，例如显示电压电流、保护事件，修改定值等。
四、变电站自动化系统的功能实现
1、微机保护:是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护应具有下列功能：
1)故障记录
2)存储多套定值
3)显示和当地修改定值
4)与监控系统通信。
根据监控系统命令发送故障信息，动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。
2、数据采集及处理功能
包括状态数据，模拟数据和脉冲数据 1)状态量采集 状态量包括:断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号、事故跳闸总信号、预告信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。 2)模拟量采集 常规变电站采集的典型模拟量包括:各段母线电压、线路电压，电流和有功、无功功率值。馈线电流，电压和有功、无功功率值。
3、事件记录和故障录波测距
事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。 变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
4、控制和操作功能
操作人员可通过后台机屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。
6、系统的自诊断功能
系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能，方便维护与维修，可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置。
五、变电站电气自动化系统的发展趋势
5.1整个系统的数字化、集成化、规范化
当前变电站自动化的发展趋势将会不断朝着高集成化、数字化、标准化方向发展。随着集成电路和计算机技术的飞速发展，各种新型的大规模集成电路将会进一步应用在继电保护和测控装置上，这些新器件的应用将使保护和测控装置的电路板更加小型集成化。高集成化可以使装置通信、数据存储及处理能力更强，降低成本，减少故障率，有利于实现统一的运行管理。
数字化是指变电站自动化系统的整体数字化、信息化以及与电力整体的协调操作。随着变电站一次设备的智能化，如智能开关设备、光电式电压和电流互感器和各类智能电子装置的出现和应用，变电站自动化将进人数字化阶段，有利于改进和优化现有的保护和控制功能。
变电站自动化系统将逐步向产品标准化方向发展。具体表现在:产品基本功能设计和要求的标准化及产品的对外接口和通讯协议的标准化，变电站内不同厂家的设备可以做到互换互连，"即插即用"增加了用户选择变电站内各类设备和更换设备的自由度，同时不满足标准化设计的厂商将被逐步淘汰，使变电站自动化专业逐步走向良性的发展。
5.2从集中控制、功能分散型向分层分布式网络型发展
传统的保护、远动和站级监控、故障录波等设备是按功能分散考虑的。趋势是从一个功能模块管理多个间隔单元，向一个模块管理一个间隔单元发展，实现地理位置上的高度分散。这样发生故障时对系统的影响可大大减小，功能模块的独立性、适应性更强。通信接口的发展也是日新月异，早期的串行通信到现场总线，从现场总线再到工业以太网通信，工业以太网技术取得了飞速的发展，带宽的提高和交换技术等新技术的发展，使通信实时性得到了保障。在网络化的IEC61850 数字化变电站系统中，基于上述技术的交换式以太网，解决了基于HUB的共享式以太网冲突检测机制造成的丢包问题和交换式以太网的实时性不确定问题，以太网交换机除了用于构建各种网络架构和传输各种控制命令和监测数据以外，还通过网络传输间隔设备之间的跳闸命令和闭锁信号。因此，对工业以太网交换机在IEC61850 系统中的应用提出更高的要求，它已经成为组成变电站综自系统其中极为重要的设备。已有的实际工程应用中，这些交换机还存在着部分问题，如电源损坏率高，部分严酷情况下会出现丢包现象等，在设计中必须考虑采用符合IEC61850-3 标准的产品，应满足与安装在变电站间隔层就地的保护测控装置一样的环境、机械以及电磁兼容的要求。通信容量更大、实时性更高、可靠性更高的需求影响着未来通信技术的发展方向。
5.3遥视系统的应用
遥视系统在综合自动化变电站内已广泛使用，它将变电站内采用摄像机拍摄的视频图象远距离传输到调度中心或集控站(主站)，使主站的运行、管理人员可以借此对变电站电气设备的运行环境进行监控，以保证无人值班变电站的安全运行。遥视系统的视频图象监视在本质上还属于图象获取系统，将计算机视觉技术运用到图象信息的分析与理解中，可以实现变电站系统图象信息的智能处理。计算机视觉技术在变电站领域已成功应用的例子有指针式仪表表示值的自动检定、移动物体的自动识别报警和跟踪运行人员的操作过程。随着与计算机视觉相关的一些技术的不断发展应用，其在变电站领域显示出了良好的应用前景。
六、变电站电气自动化控制的应用分析
经过一段时间的发展，我国变电站电气自动化控制的应用已经变得非常的广泛，其具体的应用主要表现在以下的几个方面。
6.1电气管理方面的融合应用
在电气管理方面的融合应用，通过运用电气自动化技术，在电气管理中采用编程调试方法，有效的采集和分析处理了变电站中流量电流、电压、公路等数据信息，有效确保了电气管理与控制的稳定性和精确性。电气自动化技术在电气管理中应用，不但促进了电气管理中新技术的更新和发展，而且在实践应用中有效的避免了变电站人工操作过程中出现失误的问题，充分展现出电气自动化控制对于变电站的重要性。
6.2在电网调度的融合应用
在电网调度的融合应用，电气自动化技术在电网调度融合应用中，将变电站终端、发电厂与其下级调度中心有效的衔接起来，确保各流程之间实现自动化操作。在电网调度中应用电气自动化控制，既可以实现对电气系统运行状态的实时监控，并对监控数据信息进行正确的预测分析，也可以有利于电气工程整体持续、安全、稳定的运行，让变电站自动控制能够更加高效的运转。
6.3在变电站自身自动化分析上的应用
在变电站自身自动化分析方面，融入电气自动化控制技术既可以有利于变电站监控水平的提升，又对于实现变电站自动化操作和自动化监视具有积极作用，进而降低了变电站工人成本。在变电站电气自动化技术的应用中，以电磁装置设备技术为典型代表，其实现了全微机化控制模式，进而在进行数据信息的传输时尽可能的减少计算机电缆的使用。因此，电气自动化控制技术在变电站的应用，有效的促进了变电站科学管理模式和自动控制模式的实现。
6.4变电站电气自动化控制系统在事故处理中的应用
为了对各类事故进行追忆和记录，可以采用电气自动化技术，电气自动化技术能够对事故进行正确判断并作出及时的处理。同时，在系统发生故障时，自动化系统能够及时的记录和系统故障有关的开关量、动作量等信息，以便工作人员能及时对事故进行正确的分析和处理。
6.5变电站电气自动化控制系统在测控系统中的应用
随着信息技术的飞速发展，为了实现对变电站的电气设备进行在线监测，可以通过通信技术和传感技术的有机融合，这样可以降低每年因定期检修所带来的巨大人力、物力浪费以及由此带来的供电损失。
6.6变电站电气自动化控制系统在自行诊断中的应用
为了对变电站中各电气设备的运行状态进行实时掌握，同时对比历史数据和给定参考量，一般采用电气自动化技术。通过计算机分析后发出控制命令进行处理，从而可以迅速找出故障的源头，并帮助系统进行自我恢复。
结束语：
能源是社会生产力的重要基础，随着生成的发展人类对能源的需求不仅仅停留在数量上，在构成和管理上的要求也越来越大。电力是能源的核心工业的基础，在人民生活工业中都发挥着重要的作用，为了满足国民经济的发展，电力必须超前发展进行改革。变电站是我国电力行业的重要组成部分，在电力的传输中转变电压的大小过程中发辉着重要的作用。面对电力的改革，我们必须坚持在科技的道路上实现电气自动化系统的运用，以此来促进我国电力事业的发展。
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论文作者:唐云凤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/7
标签：变电站论文; 电气自动化论文; 电气论文; 技术论文; 设备论文; 系统论文; 操作论文; 《电力设备》2018年第12期论文;