西欧、北美超高压变电站自动化技术现状
国家电力公司超高压变电站自动化技术考察组
摘要：此文是国家电力公司赴西欧、北美进行变电站自动化技术专题考查报告的一部分。介绍了西欧、北美变电站自动化和调度中心的概况，以及被考察的变电站采用的自动化系统的总体技术方案，包括网络结构方案、变电站自动化的间隔层设备、变电站自动化系统的站控层、站控层的软硬件工作平台、控制操作及操作防误闭锁的实现方式、站控层的特点等。此外还涉及到电磁兼容问题和变电站的运行管理模式。最后给出了结论和建议。
关键词：变电站自动化；总体技术方案；网络结构方案；间隔层；站控层；软硬件工作平台；电磁兼容；运行管理模式
1　引言　　我国500kV超高压电网建设正处于一个快速发展的新时期，变电站自动化技术也随之有了较大的发展，在功能上已由监测向测控发展，在布置上由集中向分散发展。另外，在变电站运行管理方式上也开始从有人值班向无人值班少人值守方向发展。国家电力公司2000年工作会议精神要求实现电网技术跨世纪的飞跃，尽快与国际上先进的电网建设、运行管理水平接轨，减少工程造价、降低运行成本、提高经济效益。为尽快实现此目标，由国家电力公司电网建设部牵头组织，科环部、发输电部、国调中心、电规院、华中网调、华东网调、南自院、四方公司等单位参加，于2000年11月和2001年6月分别组团对西欧和北美超高压变电站自动化技术进行了专题考察。
　　国家电力公司超高压变电站自动化技术考察组通过对英国、荷兰、奥地利、德国、美国和加拿大等6个国家有关变电站、调度控制中心的考察，对西欧和北美超高压变电站自动化技术应用的现状、发展以及变电站的运行管理方式有了较为全面的了解。先后参观考察了英国埃德拜400kV变电站、荷兰泽吾里400kV开关站、德国古思卓400kV变电站、德国查罗敦堡400kVGIS变电站、美国纽约西49街变电站和加拿大哥伦比亚省水电公司调度控制中心、安大略省汉弥尔顿市调度控制中心以及美国的南加州爱迪生国际公司电网控制中心。现将有关情况介绍如下。2　考察变电站自动化的概况2．1　英国Enderby变电站
　　埃德拜变电站是个老站，于20世纪60年代建设，占地面积约60000m2（200×300m），电压等级为400／132kV，4回400kV进线，3台主变。400kV母线四角形接线，132kV母线为双母单分段。
　　经过改造该站自动化系统于2000年11月投入运行，所用自动化系统为Alstom公司的Space2000产品。埃德拜站内自动化系统除了与Alstom公司的保护配合外，还与其它公司的保护相配合。
　　该站主控室面积约53．5m2（7×7．5m），有2台主机，1台运行另一台备用。自动化间隔层设备随继电保护小室下放到现场。
　　英国超高压变电站可以实现无人值守。埃德拜变电站为无人值班、有人看守站。
2．2　荷兰泽吾里开关站
　　泽吾里站为400kV开关站，于1993年投入运行，占地面积约37500m2（150×250m）。站内自动化系统为TELEGYR公司产品。放到现场。
　　荷兰共有28个400kV变电站，全部为无人值班、有人看管。28个变电站由2人每4周巡看1次。
2．3　德国古思卓变电站
　　古思卓站是个老站，占地面积和建筑面积都比较大。站内电压等级为380／220／110kV，其中380kV侧有18个间隔，220kV侧有19个间隔，110kV侧有16个间隔。
　　该站的自动化系统间隔层部分下放到到开关场。
　　古思卓站现正在更换站内自动化系统，新自动化系统采用维奥集团（VATECHGROUP）SAT公司的NLSA产品。
　　随着古思卓站内自动化系统的更新完成，该站将实行无人值班、有人看守。
2．4　德国查罗敦堡变电站
　　查罗敦堡站为400kV的GIS变电站，2000年开始建设，占地面积约300m2（10×30m）。站内电压等级为400／120kV；安装2台主变，容量均为250MVA；有2条进线和2条出线。
　　该站主控室面积约为135m2（9×15m）。站内自动化系统为西门子公司产品，保护除采用西门子公司产品外，还有ALSTOM公司的产品；间隔层设备下放。继电保护部分集中布置。
　　该站建成后将为无人值守站。
2．5　美国西49街变电站
　　该站为345kV户内GIS变电站，建于1978年，采用环形GIS母线，电压等级为345／138kV，其中345kV进、出线各2回；有5台420MVA变压器，其中4台运行，1台作为备用。GIS由ITE（现已被ABB收购）公司提供。
　　该站位于纽约曼哈顿岛中心，据了解，整个纽约共有65座变电站，其中曼哈顿有18座，该变电站为一中心站。与该站一起还有一个138／13kV配电站，担负直接对时代广场供电的任务。
　　该站的保护采用GE的电磁式保护，自动化系统采用常规RTU方案。租用2条专用通道与调度和控制中心通信，实现该变电站的信息传递和远方控制功能。变电站的所有开关均通过远方调度控制（当地也可控制），刀闸的控制在本站采用当地控制。而其它变电站，开关和刀闸全部都由远方调度控制实现。
该站的RTU和保护等设备均布置在1个设备室里，值班员用的值班台也布置在该房间内。作为曼哈顿的中心变电站之一，由其管辖的其它变电站的视频信号也都送到此处。
　　该站的RTU在1978年变电站投产时就已投运，其后仅作过少量改动，基本保持原状。虽然设备较老，但运行至今一直比较可靠。据了解，纽约所有变电站都采用的是RTU方案。从运行效果看，采用RTU方式也能成功、成熟地实现变电站的监视与控制。
2．6　其它
　　（1）欧洲绝大部分400kV变电站从一开始就按无人值班设计，已普及了变电站自动化。只在东欧（如前东德）地区还有老的400kV有人值班变电站，但正在采用自动化设备改造为无人值班变电站。
　　（2）一次设备GIS、PASS的应用。自动化系统的发展趋势在很大程度上取决于一次设备的发展。欧洲大部分400kV变电站的一次设备（变压器、开关、母线等）仍广泛采用常规的、分散安装的设备，而只在部分城市的个别400kV变电站采用GIS设备，采用PASS的更少，注重的是投资和效益。
　　（3）目前国外公司变电站自动化产品按市场占有率和开发实力的大致排序是：ABB、ALSTOM、SIEMENS、GE、SAT（ELIN）。
　　（4）为了进行集约化规模生产，欧洲电力制造业合并重组趋势明显。以ALSTOM输配电部为例，在近两三年中已重组为：ALSTOM＝ALSHTOM（法国）＋GEC（英国）＋AEG（德国）。其中，法国分部生产变电站自动化，英国分部生产高压继电保护，德国分部生产低压继电保护。开发生产分工明确，销售相互配套，工程服务互设分部，负责本地区服务。特别是规模生产也得到了行业部门的支持，如AL－STOM已与法国、英国和意大利的国家电力公司签订在本地区使用ALSTOM变电站自动化产品的协议。企业重组、生产分工、销售配合和稳定的市场使ALSTOM变电站自动化系统的开发、销售、服务成本大大降低。3　调度中心概况3．1　加拿大哥伦比亚省水电公司调度控制中心
　　该控制中心位于温哥华，负责加拿大整个哥伦比亚省电网的调度和全网的AGC控制。电网的最高电压等级为500kV，与美国电网有4回联络线，其中500kV、230kV各有两回，最大交换容量为1000MW。2000年底电网的装机容量为12000MW，其中水电占95％，最大负荷9000MW；500kV变电站有23座。
　　控制中心使用的EMS由兰吉尔公司提供，1993年建成，目前正在更换系统的主机并对系统软件进行升级。该系统具有较完整EMS功能，其AGC功能目前按照ACE控制，能够分别按照A1、A2标准和CPS1、CPS2标准显示AGC的控制质量。据了解，其调度范围的发电厂、变电站自动化系统均采用RTU方式采集和传送信息，EMS系统已经接收的RTU有300多套，其中，50多套重要厂站的信息由该控制中心的EMS直接采集，其它厂站的信息通过与其下属4个地区的控制中心间的计算机数据通信获得。如果两级调度控制中心均需要采集同一个变电站的信息，目前采用的方法是分别采用不同的RTU向各自的控制中心传送（公共部分采用并联方式接入）。对由其直接采集数据的变电站，该控制中心和地区控制中心均能进行远方遥控，但正常情况下，一般由该控制中心下令，由地区控制中心进行远方控制。目前，其远动通道以微波为主，部分采用电力线载波，远动规约采用DNP3．0，新上RTU也有采用UCA规约的。该水电公司正在对其投运时间较长的变电站的RTU有计划地进行更换，平均每年更换20套，第一批改造的RTU采用的是Harris公司提供的D200和D20。
3．2　汉弥尔顿市调
　　该市调所属加拿大安大略水电公司，位于多伦多，调度范围为汉弥尔顿市27．3kV的城市电网，是安大略水电公司下设的85个市调之一。
　　该市调SCADA系统已投运6年，由加拿大QUNDA公司提供，具有四遥、拓扑变色、音响报警等功能，模拟屏采用大屏幕。市调管辖的变电站均采用无人值班，由专用RTU进行信息采集和传送，采用专线方式，速率为1200bd／s。SCADA系统目前已采集20个变电站的RTU的信息，另有15个变电站RTU的信息正在逐步接入。该市调SCADA系统还用本公司的专用光纤通道与安大略水电公司调度中心的EMS系统通过计算机数据通信交换信息。
3．3　美国南加州爱迪生国际公司电网控制中心（GCC）
　　该GCC负责除圣迭戈以外的南加州电网的调度，电网的最高电压等级为500kV，主要负责500kV和230kV电网的调度，其它电压等级电网的调度由其下属的4个SwitchingCenter（SC）负责，SC也称为地区控制中心。
　　GCC与4个SC的主站系统均采用Harris公司产品，它们之间通过计算机数据通信交换信息，使用的主通道为光纤通道，微波为备用通道。电网的实时信息通过RTU采集，变电站信息采用分层方式传送，即先传送至就近的SC，再传送至GCC，距离偏远的RTU则通过租用卫星通道传送至控制中心。
　　南加州电网现有500kV变电站12个，其中6个实现了无人值班并能够通过远方进行控制，其它变电站白天只有1～2人进行值班；12kV电压等级以上的变电站约有900个，其中有600～650个为无人值班站，能够通过SC进行远方控制，其它变电站目前正在进行改造，每年约改造50个站，据了解，GCC计划最终将95％以上的变电站改造为无人值班并能实现远方控制。500kV和230kV变电站直接由GCC进行控制，63kV、16kV和12kV的变电站则由SC进行控制。4　变电站自动化系统的总体技术方案4．1　网络结构方案
　　本次考察的英国埃德拜、荷兰泽吾里、德国古思卓等3个变电站均采用设立保护小室、保护监控下放布置方案，查罗敦堡变电站采用的是户内GIS配电装置，其间隔层设备均就地安装在GIS旁。美国纽约的西49街变电站采用的属于常规RTU方式。5个变电站均为无人值班站，采用的监控系统的结构简述如下：
　　英国埃德拜400kV变电站采用ALSTOM公司提供的SPACE2000变电站监控系统，其站控层的系统结构如图1所示。其站控层包括人机接口（MMI）、远动设备（TE）、站级计[1][2][3]下一页