摘要：本文通过分析传统变电站的二次部分所存在的缺陷，将无法满足用户对于供电质量及可靠性日益增长的需求，指出了变电站综合自动化是电力市场发展及经济建设的必然结果，是当今我国电力建设的重点。
关键词：变电站；二次系统；综合自动化；可靠性
引言：目前我国配电网存在的主要问题是：配电网薄弱，难以满足用户对供电质量及供电可靠性愈来愈高的要求。因此，近几年来，随着市场观念的转变和电力的发展要求，供电企业已经将配电网的自动化作为十分紧迫的任务，并明确提出了电网建设与改造必须依靠科技的进步，采用先进的技术和现代化的管理手段来建设和改造城市电力网（简称城网）和农村电力网（简称农网）。实现配电网自动化是电网建设与改造中现代化管理的重要手段。变电站在配电网中的地位十分重要，所以其自动化是配电网自动化的基础和重点。变电站综合自动化是微计算机技术、数字信号处理技术、大规模集成电路技术和通信技术等高科技在变电站的集中应用，给传统的变电站二次系统带来一场重大的变革。那么这场变革改变了传统变电站二次的哪些部分，传统变电站的二次部分又是怎样的呢，笔者下面就传统变电站的二次部分作一下分析，并希望通过分析出其存在的缺点，从而对促进变电站综合自动化的改造步伐起到一点推波助澜的作用。
一、传统变电站的二次回路
变电站的二次设备组成的回路称之为二次回路[1]。如按照二次设备的用途来分，则可分为继电保护二次回路、自动装置二次回路、控制系统的二次回路、测量仪表二次回路、信号装置二次回路、直流操作电源二次回路等。
由于传统变电站的二次设备都采用电磁型或晶体管式，结构复杂、可靠性不高，本身又没有故障自诊断的能力，只能靠一年一度的整定值的校验发现问题，才进行调整与检修或必须等到保护装置发生拒动或误动后才能发现问题[2]。
故要实现上面说到的二次回路的功能，不仅需要众多的设备，而且有成百上千根导线需要互相连接起来。这对设计、安装、调试都很复杂，其安全性、可靠性是不能满足现代电力系统的高可靠性的要求。
二、传统变电站的监控系统
对于全站主要设备（变压器、电容器、全部输配电线路）的电压、电流、有功功率、无功功率、主变压器温度的测量监视，传统的装置多采用误差较大的电磁型指针式仪表，复杂的机械操作机构及生硬死板的模拟盘，容易出故障的告警、报警、中央信号、标示牌信号装置等；自动化不高的自动装置和远动装置（有不少电站没有自动装置和远动装置）等等。由这些机器件组成的监控系统的装置不仅维护工作量大，而且设备可靠性差。不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。
电力系统要做到优质、安全、经济运行，必须及时掌握系统的运行状况，才能采取一系列的自动控制和调节手段[3]。由于传统的变电站是要依靠人工抄表、记录以及操作的，所以不能满足向调度中心及时提供运行参数的要求；一次系统的实际运行情况，由于远动功能不全，一些遥测、遥信无法定时送到调度中心；而且参数采集不齐，不准确，变电站本身又缺乏自动控制和调控手段，因此没法进行实时控制，不利于电力系统的安全稳定运行。
三、传统变电站的保护系统
继电保护装置是电力系统密不可分的一部分，是保障电力设备安全和防止、限制电力系统大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段[4]。国内外实践证明继电保护一旦发生不正确动作，往往会扩大事故，酿成严重后果。随着我国电力工业和电力系统的发展，对变电站的安全、经济运行要求越来越高，传统的继电保护装置越来越表露出它的缺点了[5]。
（一）灵活性差。由于常规的保护装置都是采用电磁型、感应型、电动型或晶体管型等物理元件组成，根据有关保护原理，通过不同的逻辑组合来实现各种保护的，所以其结构复杂，要想实现多种功能于同一套保护是很难做到的[6]。比如三段式电流保护、重合闸和后加速跳闸等功能，用常规的继电器是很难实现的，但可通过微机保护做到，而且相当的容易，这是因为不同原理的继电保护的硬件可以一样，只需调节一下软件换换程序就简单地改变继电器的功能了。
（二）综合判断能力差。由于在常规继电保护中，当碰到要考虑的因素太多时，用模拟电路是很难实现的。
（三）性能不稳定，可靠性低。这是由于晶体管的保护装置，其工作点易受环境温度的影响，器械式的继电器运动机构可能失灵，触点性能不良，接触不好等。对于常规的保护装置这是致命的缺点。
（四）没有记忆功能，灵敏性不高，如传统的功率方向元件存在电压死区。
（五）常规的继电器本身没有自诊断功能，只能靠定期的整定值校验发现问题，才进行调整或必须等到保护装置发生拒动或误动后才能发现问题。
（六）由于常规的二次设备多采用电磁型或晶体管式，体积大、笨重。因此，主控室、继电保护室占地面积大。这对于人口众多的我国，特别是对人口密度很大的城市来说，是一个不可忽视的问题。如果变电站实现综合自动化，则会大大减少占地面积，这对国家眼前和长远的利益都是很有意义的。
（七）维护工作量大，现场调试不方便。线修改或检查保护整定值时，需停电校验定值。
四、传统变电站的电压、无功控制
电压是衡量电能质量的一个重要指标，保证用户的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一[7]。发、变电设备和各种用电设备都是按额定电压设计的，电压过高或过低，偏离合格范围，都会影响这些设备的寿命和效率。因此，电压能否维持在合格的范围内，不仅影响电力工业本身的安全，而且关系到千家万户。同时，改善电压质量是节能的重要措施之一，也是防止系统电压崩溃，提高安全稳定运行水平的重要条件。另一方面，系统的无功功率对电压水平影响极大，维持电网正常运行下的无功潮流的合理平衡，对提高供电质量，保证系统安全，可靠经济运行有着重要的意义。因此，2001年国家电力公司以国电发〔２００１〕１８９号文，就印发《国家电力公司创建国际一流电力公司考核标准（试行）》发出的通知中，明确提出一流电力公司必备条件之一是：
综合电压合格率１００％
其中：居民端电压合格率≥９８％
电网线损率 ［Ｋ考核＝Ｋ标（１－０.７Ｂ趸售）］
Ｋ标≤６.２％（注：Ｂ趸售为各省电网趸售电量比例。
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对电压和无功的调节进行合理的调节，不仅可以提高电能质量提高电压合格率，而且可以降低网损，为创建国际一流电力公司创造必要条件。
由于传统的大多数变电站都采用具有补偿电容器和有载调压变压器，通过运行人员手工操作来进行对分接开关和电容器的调节控制这样运行人员就必须经常监视变电站的运行工况，并作出如何调控的判断，这不仅增加运行人员的劳动强度，而且难以达到及时进行最优控制的效果。因而，很难做到《国际一流电力公司考核标准》（试行）中的规定。
五、传统变电站低频减负荷的实现方法
电力系统频率是电能质量的重要指标之一。电力系统正常运行时，必须维持频率在50±（0.1～0.2）Hz的范围内。系统频率偏移过大时，发电设备用电设备都会受到不良影响。轻则影响工农业产品的质量和产量；重则损坏汽轮机、水轮机等重要设备，甚至引起系统的“频率崩溃”，致使大面积停电，造成巨大的经济损失。
实现低频减负荷的方法关键在于测频，在微处理器特别是单片机引入我国并推广应用以前，测频主要靠电磁型或晶体管型的频率继电器。后来又发展了数字式频率继电器，由频率继电器和控制轮次的中间继电器组成整套低频减负荷装置[8]。这些低频减负荷装置存在体积大，测频精度低，易受干扰等缺点，为了避免误动，常加上低压闭锁，低电流闭锁及增加时延环节。每增加一种闭锁措施，则至少必须增加一种继电器，因此机构复杂，调试不方便。而且随着电力系统的发展，电网方式日益复杂和多样化，供电可靠性的问题更加突出，因此对低频减负荷装置的性能指标的要求也必须提高。采用传统的频率继电器构成的低频减负荷装置，由于级差大，级数少，不能适应系统中出现的不同的功率缺陷的情况，不能有效地防止系统的频率下降并恢复频率，难以实现重合闸等功能，常造成频率的悬停和超调现象。六、备用电源自投控制装置
随着国民经济的迅猛发展、科学技术的不断提高，及家用电器迅速走向千家万户，用户对供电质量和供电可靠性的要求日益提高，备用电源自动投入是保证配电系统连续可靠供电的重要措施[9]。传统的备用电源自投装置是晶体管型或电磁型的自控装置。这些老式的装置不仅体积大、功能单一，且可靠性不高。显然不能满足电力市场对供电可靠性的要求。
七、通讯
电力线载波是电力系统常用的通讯方法。它是利用电力线路传送高频载波信号的一种特有的通信方式。
电力线是一种分布非常广泛的线路资源。长久以来，人们一直试图通过它传输数据和语音信号[10]。但由于电力线通信环境恶劣，许多技术问题一直困扰人们。其中，最主要的问题在于噪音和信号衰减。电力线通信的噪音主要来自于低压电网相连的负载，以及无线电广播的干扰；而信号的衰减是与通信信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配相关的。由于负载的开关会引起电力线上供电电流的波动，从而导致在电力线的周围产生电磁辐射，所以，沿电力线传送数据时，会出现许多意想不到的问题。在这样的噪声环境下，很难保证数据传输的质量。而且，电力线通信的噪音和信号衰减是随时间变化的，很难找到规律。因此，电力线通信的环境极为恶劣。
但是人们还是找到一些规律，现在应用的电力线载波方式有：相地耦合方式，它结构简单，设备简单经济，但传输衰耗较大，可靠性低，多用于330kV以下电力线上；相相耦合方式，传输衰耗较小，可靠性高，有利于解决高电压远距离输电线通信质量要求于传输衰耗大的矛盾，在330kV以上电力线上已得到普遍应用，但相相方式所需的结合、加工设备是相地耦合方式的一倍，费用较高[11]。
另外利用电力线的绝缘架空地线传送载波通信方式及将输电线一相中的两分裂导线束经绝缘处理后传送载波通信方式在系统中有应用，但由于实施复杂，加上数字微波、卫星通信、光纤通信、移动通信、对流层散射通信、特高频通信、扩展频谱通信、数字程控交换机及以数据网等新兴通信技术在电力系统中得以逐渐的推广应用。因此，目前极少采用。
由此，我们可以看到，电力线载波已成为电力系统应用最为广泛的通信手段，当然，其缺点和不足从中也得以充分体现；加之和其它新兴通信手段共存，更显示出了其局限。因而在怎么提高变电站的可靠性和稳定经济运行方面，特别是在调度远动方面，电力通讯显得尤其重要，也就是说在实现变电站综合自动化方面电力通讯可以说是任重而道远。
八、结束语
综上所述，传统变电站的二次部分是无法满足当今电力系统安全、稳定和经济、优化运行的要求的。所以，打破原来常规的二次部分的框框，从变电站的全局出发，对其实行全微机化的变电站二次部分，换句话说就是变电站综合自动化。
我们相信通过电力部门的重视和各方面的共同努力，不断对老式变电站逐步进行综合自动化改造；对新建的变电站，采用先进的技术，提高变电站的自动化水平，增加四遥功能，逐步实现无人值班和调度自动化。为我国电力事业的发展做出新的更大的贡献。
参考文献：
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［9］席珍，刘曙光.数字备用电源自动投切装置的设计与实现[J].电子技术，2005，32（11）：55.
［10］曹海江，高沁翔.扩频调制/解调电路SC1128在电力线载波中的应用[J].电子世界，2004（1）：48.
［11］刘乃华.电力载波通信网的改造[C]// 中国科协2000年学术年会.2000：805.
论文作者:戴雨峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/3
标签：变电站论文; 电力线论文; 装置论文; 电力系统论文; 传统论文; 电压论文; 可靠性论文; 《基层建设》2017年第21期论文;