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摘要：变电站综合自动化系统是一种集多学科、多门类技术的综合性系统。随着科学技术的飞速发展，变电站综合自动化技术也在突飞猛进，许多新技术、新设备、新标准，以及新的网络结构层出不穷，不断地在原有基础上改进、提高，对相关行业的发展提供有力的技术支持。本文对变电站综合自动化系统关键技术及发展趋势进行分析。
关键词：变电站；综合自动化系统；关键技术；发展趋势
在科技日益进步的背景下，尤其是计算机技术的进步，使变电站综合控制逐步实现了自动化，不过近年来社会发展迅速，用电规模不断提升，使电网的负荷不断增加，在变电站的控制过程中难度加大，不断对变电站综合自动化系统进行优化显得十分必要，因此本文对变电站综合自动化的内涵与发展趋势进行了研究。
1变电站综合自动化系统概述
随着科学技术的发展以及电力改革的不断深入，变电站的综合自动化系统以其可靠的性能、操作简单、扩展性强等特点逐步在变电站的监控项目中得到了很好的应用。就其内涵来说，变电站综合自动化系统主要是指采用微机保护和微机远动技术，分别采集变电站的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号，经过功能的重新组合，按照预定的程序和要求实现变电站监视、测量、协调和控制自动化的集合体和全过程，从而实现数据共享和资源共享，提高变电站自动化的整体效益。由于变电站综合自动化系统取代了原来的一般的自动化，通过优化的组合方式，就是要在电网改造过程中实现随时在线监视电网运行参数、设备运行状态，以便在变电站内部装置发生异常时能够及时报警，促使供电企业能够快速、准确的隔离和消除事故，并完成变电站运行参数在线计算、存储、统计、分析报表和远传，从而保证供电质量。所以，从长远来看，网络化、智能化、信息化的变电站综合自动系统是电网改造过程中发展的必然趋势，其在保障电网安全、稳定运行，提高企业生产力和企业经济效益方面都发挥了积极的作用。
2变电站综合自动化系统现状
2.1集中式系统结构
系统的硬件装置、数据处理均集中配置，采用由前置机和后台机构成的集控式结构，由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足：前置管理机任务繁重、引线多，是一个信息‘瓶颈’，降低了整个系统的可靠性，即在前置机故障情况下，将失去当地及远方的所有信息及功能，另外仍不能从工程设计角度上节约开支，仍需铺设电缆，并且扩展一些自动化需求的功能较难。在此值得一提的是这种结构形成的原由，变电站二次产品早期开发过程是按保护、测量、控制和通信部分分类、独立开发，没有从整个系统设计的指导思想下进行，随着技术的进步及电力系统自动化的要求，在进行变电站自动化工程的设计时，大多采用的是按功能‘拼凑’的方式开展，从而导致系统的性能指标下降以及出现许多无法解决的工程问题。
2.2分布式系统结构
分层分布式在逻辑上将变电站自动化系统划分为三层，即管理层（所级监控单元）、站控层和间隔层（间隔单元）。间隔层中各数据采集单元、控制单元（I/O单元）和保护单元分散安装在开关柜上或其它一次设备附近，各单元设备相互独立，通过通信网络互连，并与管理层和站控层通信，能在间隔层完成的功能，一般不依赖通信网络（如保护功能本身不依赖通信网络）。采用装设前置机，专门处理由各功能模块采集的信息，并将处理好的信息送到主机，以提高整个系统的处理能力。各单元之间用网络电缆或光缆连接起来构成一个分散式的监控系统，各单元相互独立，互不影响。整个功能模块集中于一个装置内，各机箱之间仅有通讯电缆连接，机箱与开关柜的连接可在出厂前作为开关柜的元件之一进行安装。这种系统的优点是：节省电缆，有很强的抗干扰能力，压缩了二次设备的占地面积。
2.3分层式
分层式结构是将变电展从上至下分为间隔层、站控层、通信层等，且将回路的数据监控、采集及保护组合在一起然后安装在开关柜上。它比集中式结构具有以下三个优点：第一，变电站内二次设备需要的电缆减少，不仅节约了投资，且也给维护人员带来方便；第二，变电站自动化系统的开放性和扩展性比较高，在其得到广泛应用，第三，变电站的可靠性比较高，每一部分的设备出现故障时，只会影响到局部的运行，如果将故障进行分散，变电站的网络及系统出现故障只会影响到监控部分，并且可以使设备的控制保护功能不受影响，使电路正常运行，在此段级的每一个单元损坏，都不会使通信中断，也可以长期地在变电站的通信网络上独占。
3变电站综合自动化系统的核心技术
3.1信息收集和处理技术
一般情况下都是利用交流采样方式和直流采样方式来进行模拟量的收集，在收集过程中主要内容包含：电容器油温度、母线电压和电流、电压和电流等；当前经常会对电隔离的开关量进行定期性扫描或中断传入来获得状态量的大部分数据，其中状态量之间都数据还包含了：隔离开关部位、断路的部位维护装置信号、报警信号、无共补偿电容器之间的投切整体运作的状态信号；它们之间所收集的形式和状态量是统一的。信息处理时覆盖了变电站有关参数的记载、总结、探析和评估以及对省级之间进行调整等数据的传送机直接收集指令。
3.2变电站的控制功能
变电站的控制功能主要对：有载调压开关、变电所各级电压等级断路器、消弧线圈、变中性点闸刀等控制，变电站的控制功能采用的是远方及就地控制。且变电所控制室的后台机键盘操作的控制室应用控制的方式，控制方式也可控制监控中心。根据变电站投切电容器的调节变压器开关或断路器，是微机监控系统实现电压无功自动控制与调节。
3.3网络结构与通信
分散分布式结构。各间隔层与站级层所有控制指令、数据传送、信息交换等都是通过计算机数字通信实现的。这就对承担数字通信的物理介质的可靠性、实时性提出了非常高的要求。因此在变电站自动化向分散式系统发展时，采用计算机网络的优点来替代传统通信成为一种趋向。计算机网络内计算机之间是相互独立和平等的，国内推出的系统采用较多的是现场总线型通信方式。现场总线网是一种多点共享的广播通信信道网，较点对点通信信道网（星形网）为优，各接点连在一条总线上（亦可采用冗余总线），不象星形网二接点间通信需通过中心接点。当然总线型网要有控制机构解决两个以上接点同时发送信息的冲突。现场总线网还可以设置传输优先级，安排信息传输的先后，这与变电站各类信息有不同传输响应时间的要求是相适应的。对于分散式系统，变电站控制室内后台计算机和现场单元之间的站内通道，必须考虑电磁的影响，目前光纤通信已经得到较为广泛的采用。
4分析变电站综合自动化的发展趋势
4.1创造现代化的操作控制平台
创造准确化的接口软件设备和硬件设备平台，在该平台的操作中可以自行带有数据统一性和开放性的优点，不同企业之间可以相互进行对接。通过业主进行制定相应的算法来实现相关的保护功能，整体算法都必须经过该平台才能够进行深化融合，从而大量节约该系统的物资，这样一来方便操作进行管理。
4.2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。
4.3保护监控一体化
保护与监控实现一体化已经在35千伏以下的电压控制中得到了应用，今后在更高的电压也将得到实现，尤其是110千伏以上的线路，这种一体化的实现可以提高自动化功能的集中化，从而进一步提高保护和监控的效率。不过实现这种运行方式对设备的可靠性要求非常高，当设备故障进行维护的过程中，都将会导致系统停止一段时间的运行，这个缺点也是110千伏以上线路未大量采用保护监控一体化的原因。在将来技术的不断取得进步时，这项难点技术一定会被突破。
4.4提高变电站综合自动化信息传输能力
在现代变电站综合自动化系统的应用中，多台计算机组成的分层分布式控制系统包涵多个子系统，而子系统中多个职能模块要求各系统间能够进行有效的信息交换及信息共享，以降低设备配置、提高系统整体安全性及可靠性。因此，现代变电站综合自动化系统对通信网络有着较高的要求。工业以太网及现场总线技术为变电站的综合自动化系统改造提供了技术支持，以现场总线技术为基础实现快速的实时响应能力、实现优良抗干扰能力、实现高可靠性等信息传输能力。
4.5数字化变电站
在变电站领域中，智能化电气的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现，变电站即将进入数字化新阶段。数字化变电站是一个不断发展的概念，目前它是由电子式互感器、智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信规范基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。这类变电站一次设备价格昂贵，且关键设备寿命仅3-5年，适用于110kV及以上变电站。对于油田35kV变电站由于其昂贵的成本则不适用。
4.6统一技术标准
当前配电自动化技术研究的热点与重点是：如何合理地设计各自动化系统的功能，结构与接口，以最大程度上实现相互之间信息共享，避免出现"自动化孤岛"现象.发展方向是采用面向对象的分布式开放系统与组件技术，建设类似于计算机硬件总线的供电企业信息软总线（MB-MessageBus），使各自动化系统以及应用程序（组件）之间能够像计算机硬件模块（显示器，鼠标，内存条等）一样，很方便地互插互联。近年来，国际电工委员会（IEC）TC57委员会提出了IEC61970，IEC61850，IEC61968三个系列的标准.贯彻实施这三个标准，是解决"自动化孤岛"问题的必由之路。目前我国正由多家企业联合研究开发符合三个标准的新型产品。
结束语：
综上所述，随着科技的发展，社会的进步，电网的规模也不断壮大，自动化技术更是日趋完善，变电站综合自动化技术将会逐步由功能分散向单元分散发展，由集中控制向分布式网络发展，从少功能向多功能发展，以及向测量数据完全共享发展。
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