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摘要：随着高新技术的发展和生产自动化程度的提高，我国国民经济发展，正在和继续需要大批技术应用型实用人才。电气自动化技术是现代制造技术中不可缺少的重要技术门类，也是一个国家科技实力乃至综合竞争力的综合反映，在工业发展中具有前导地位。本文介绍了电气自动化控制系统的监控方式和应用，以及阐述了综合自动化技术的发展趋势。
关键词：电气自动化；监控方式和应用
近几年来，电力系统中的各级变电站已经开始广泛应用微机电气综合自动化技术，企业获得了丰富的经验，广大用户业接受了这项新技术。微机综合自动化系统普遍采用的是分散分布技术，通过现场进行总线连接，通过通信管理机连接到后台的机器。这种模式不同于集中式，它更具有优势，比如结构简单、灵活、安装简单、易维护和高可靠性等等。
在发电厂的电气系统中，微机综合自动化技术并未广泛应用，电气系统的安装和保护等处于独立运行的状态，没有连接到一起形成完整的网络，管理水平比较落后，所以电气综合自动化控制系统日益受到人们的关注。
1 电气自动化控制系统
1．1 集中监控方式
这种监控方式优点是运行维护方便，控制站的防护要求不高，系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，处理器的任务相当繁重，处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂，查线不方便，大大增加了维护量，还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。
1．2 远程监控方式
最早研发的自动化系统主要是远程控制装置，主要采用模拟电路，由电话继电器、电子管等分立元件组成。这一阶段的自动控制系统不涉及软件。主要由硬件来完成数据收集和判断，无法完成自动控制和远程调解。它们对提高变电站的自动化水平，保证系统安全运行，发挥了一定的作用，但是由于这些装置，相互之间独立运行，没有故障诊断能力，在运行中若自身出现故障，不能提供告警信息，有的甚至会影响电网安全。远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、，节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如Lonworks 总线，CAN 总线等)的通讯速度不是很高，而电厂电气部分通讯量相对又比较大，所有这种方式适合于小系统监控，而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。
1．3 现场总线监控方式
现场总线监控方式使系统设计更加有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0卡件、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可以节省大量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。另外，各装置的功能相对独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大提高，任一装置故障仅影响相应的元件，不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。
2 综合自动化监控系统应用
2．1 集中模式
集中模式也就是传统的硬接线方式，将强电信号转变为弱电信号，采用空接点方式和4mA～20mA 标准直流信号，通过电缆硬接线将电气模拟量和开关量信号一对一接至DCS的I/O 模件柜，进入DCS 进行组态，实现对电气设备的监控。这种模式又分为直接I/O接入方式和远程I/0接入方式两种，前者是将电缆接至电子间集中组屏，后者是在数据较集中且离主控室较远的电气设备现场设立远程I/0 采集柜，然后通过通信方式与DCS 控制主机相连，两者具有相同的实现技术，本质上没有区别。
电气量的采集集中组屏，便于管理，设备运行环境好；硬接线方式成熟，响应速度快。缺点主要有：电缆数量大，电缆安装工程量大，长距离电缆引进的干扰也可能影响DCS的可靠性；DCS 系统按“点”收费，不仅投资大，而且只有重要的电气量才能进入DCS，系统监测的电气信息不完整；所有信息量均要集中汇总至DCS 系统，风险集中，影响系统可靠性；由于DCS 调试一般是最后进行，采用集中模式通常难以满足倒送厂用电的要求；没有独立的电气监控主站系统，无法完成较复杂的电气运行管理工作(如防误、事故追忆、继电保护运行与故障信息自动化管理、录波分析等高级应用功能)，不能实现电气的“综合自动化”。
2．2 分层分布式模式
分层分布式模式从逻辑上将ECS 划分为三层，即站级监控层、通信层和间隔层(间隔单元)。间隔层由终端保护测控单元组成，利用面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计，将测控单元和保护单元就地分布安装在各个开关柜或其他一次设备附近。网络层由通信管理机、光纤或电缆网络构成，利用现场总线技术，实现数据汇总、规约转换、转送数据和传控制命令的功能。站级监控层通过通信网络，对间隔层进行管理和交换信息。
间隔层测控终端就地安装，减少占用面积，各装置功能独立，组态灵活，可靠性高。模拟量采用交流采样，节省二次电缆，降低了成本，抗干扰能力增强，系统采集的数据精度大大提高。系统采集的数据量提高，监控信息完整，能实现在远方对保护定值的修改及信号复归，运行维护方便。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块(部件)正常运行。设置独立的电气监控主站，便于分步调试和投运，满足倒送电的要求。同时有利于厂用电系统的运行、维护和检修。
3 綜合自动化技术发展趋势
由于我国电力系统综合自动化技术起步较晚，在很多方面与国外技术水平还有很大差距，所以需要我们在学习和借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，研究和开发更加符合我国国情的综合自动化系统。
3．1 保护、控制、测量一体化
鉴于目前的运行体制、人员配备、专业分工，我国的自动化系统主要采用站内监控采集数据而保护相对独立的模式，以提供较清晰的事故分析和处理的界面。但是从技术合理性、减少设备重复配置、简化维护工作量以及发展趋势等方面考虑，将保护与控制、测量结合在一起会更有优势。因为保护和控制、测量的信息源都是来自现场：保护主要采集一次设备的故障异常状态信息，通常要求测量范围较宽，一般按额定值考虑，但测量精度要求较低；而控制和测量主要采集运行状态信息，要求测量范围较窄，通常在测量额定值附近波动，对测量精度要求较高。总控(CPU)单元直接接受来自上位机(当地)或远方的控制输出命令，经必要的校核后可直接动作至保护回路，省去了遥控输出、遥控执行等环节，简化了设备，提高了可靠性。但是这种装置的运行可靠性必须很高。因此需要设计、制造、运行、管理部门打破专业界限，通力合作，以适应这一变化。
3．2 国际标准的应用
近年来，IED 电力自动化方面有了广泛应用。为了实现不同厂家IED 设备的信息共享和互操作性，使厂站电气综合自动化系统成为开发系统，国际电工委员会制定了IEC61850 国际标准。为了与国际接轨，国内已经开始了基于IEC61850 标准的电气综合自动化系统的产品研发，相信这将是未来自动化系统的一个发展方向。
3．3 以太网技术的兴起
随着电力系统的发展，综合自动化系统需要传输的数据越来越多，对通讯的实时性要求越来越高，以速度快、传输数据量大为特点的以太网满足了这一要求。以太网最典型的应用形式是Ethernet+TCP/IP。未来的发展应该是在继承了以太网技术的基础上，结合工业过程应用，产生新一代以以太网为核心的现场总线技术。
目前，对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中，且已经积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。
4 结语
自动化技术在电力系统中的应用越来越广泛而深入，这也使电网管理方式产生翻天覆地的变化。新技术、新理论的应用使一些概念不断被更新和修正，传统的技术界线逐渐模糊，各种原来看似不相关联的技术会彼此融合和渗透，这些推动着电力自动化系统的不断发展和变化。
关键词：电气自动化；监控方式和应用
近几年来，电力系统中的各级变电站已经开始广泛应用微机电气综合自动化技术，企业获得了丰富的经验，广大用户业接受了这项新技术。微机综合自动化系统普遍采用的是分散分布技术，通过现场进行总线连接，通过通信管理机连接到后台的机器。这种模式不同于集中式，它更具有优势，比如结构简单、灵活、安装简单、易维护和高可靠性等等。
在发电厂的电气系统中，微机综合自动化技术并未广泛应用，电气系统的安装和保护等处于独立运行的状态，没有连接到一起形成完整的网络，管理水平比较落后，所以电气综合自动化控制系统日益受到人们的关注。
1 电气自动化控制系统
1．1 集中监控方式
这种监控方式优点是运行维护方便，控制站的防护要求不高，系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，处理器的任务相当繁重，处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂，查线不方便，大大增加了维护量，还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。
1．2 远程监控方式
最早研发的自动化系统主要是远程控制装置，主要采用模拟电路，由电话继电器、电子管等分立元件组成。这一阶段的自动控制系统不涉及软件。主要由硬件来完成数据收集和判断，无法完成自动控制和远程调解。它们对提高变电站的自动化水平，保证系统安全运行，发挥了一定的作用，但是由于这些装置，相互之间独立运行，没有故障诊断能力，在运行中若自身出现故障，不能提供告警信息，有的甚至会影响电网安全。远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、，节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如Lonworks 总线，CAN 总线等)的通讯速度不是很高，而电厂电气部分通讯量相对又比较大，所有这种方式适合于小系统监控，而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。
1．3 现场总线监控方式
现场总线监控方式使系统设计更加有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0卡件、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可以节省大量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。另外，各装置的功能相对独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大提高，任一装置故障仅影响相应的元件，不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。
2 综合自动化监控系统应用
2．1 集中模式
集中模式也就是传统的硬接线方式，将强电信号转变为弱电信号，采用空接点方式和4mA～20mA 标准直流信号，通过电缆硬接线将电气模拟量和开关量信号一对一接至DCS的I/O 模件柜，进入DCS 进行组态，实现对电气设备的监控。这种模式又分为直接I/O接入方式和远程I/0接入方式两种，前者是将电缆接至电子间集中组屏，后者是在数据较集中且离主控室较远的电气设备现场设立远程I/0 采集柜，然后通过通信方式与DCS 控制主机相连，两者具有相同的实现技术，本质上没有区别。
电气量的采集集中组屏，便于管理，设备运行环境好；硬接线方式成熟，响应速度快。缺点主要有：电缆数量大，电缆安装工程量大，长距离电缆引进的干扰也可能影响DCS的可靠性；DCS 系统按“点”收费，不仅投资大，而且只有重要的电气量才能进入DCS，系统监测的电气信息不完整；所有信息量均要集中汇总至DCS 系统，风险集中，影响系统可靠性；由于DCS 调试一般是最后进行，采用集中模式通常难以满足倒送厂用电的要求；没有独立的电气监控主站系统，无法完成较复杂的电气运行管理工作(如防误、事故追忆、继电保护运行与故障信息自动化管理、录波分析等高级应用功能)，不能实现电气的“综合自动化”。
2．2 分层分布式模式
分层分布式模式从逻辑上将ECS 划分为三层，即站级监控层、通信层和间隔层(间隔单元)。间隔层由终端保护测控单元组成，利用面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计，将测控单元和保护单元就地分布安装在各个开关柜或其他一次设备附近。网络层由通信管理机、光纤或电缆网络构成，利用现场总线技术，实现数据汇总、规约转换、转送数据和传控制命令的功能。站级监控层通过通信网络，对间隔层进行管理和交换信息。
间隔层测控终端就地安装，减少占用面积，各装置功能独立，组态灵活，可靠性高。模拟量采用交流采样，节省二次电缆，降低了成本，抗干扰能力增强，系统采集的数据精度大大提高。系统采集的数据量提高，监控信息完整，能实现在远方对保护定值的修改及信号复归，运行维护方便。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块(部件)正常运行。设置独立的电气监控主站，便于分步调试和投运，满足倒送电的要求。同时有利于厂用电系统的运行、维护和检修。
3 綜合自动化技术发展趋势
由于我国电力系统综合自动化技术起步较晚，在很多方面与国外技术水平还有很大差距，所以需要我们在学习和借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，研究和开发更加符合我国国情的综合自动化系统。
3．1 保护、控制、测量一体化
鉴于目前的运行体制、人员配备、专业分工，我国的自动化系统主要采用站内监控采集数据而保护相对独立的模式，以提供较清晰的事故分析和处理的界面。但是从技术合理性、减少设备重复配置、简化维护工作量以及发展趋势等方面考虑，将保护与控制、测量结合在一起会更有优势。因为保护和控制、测量的信息源都是来自现场：保护主要采集一次设备的故障异常状态信息，通常要求测量范围较宽，一般按额定值考虑，但测量精度要求较低；而控制和测量主要采集运行状态信息，要求测量范围较窄，通常在测量额定值附近波动，对测量精度要求较高。总控(CPU)单元直接接受来自上位机(当地)或远方的控制输出命令，经必要的校核后可直接动作至保护回路，省去了遥控输出、遥控执行等环节，简化了设备，提高了可靠性。但是这种装置的运行可靠性必须很高。因此需要设计、制造、运行、管理部门打破专业界限，通力合作，以适应这一变化。
3．2 国际标准的应用
近年来，IED 电力自动化方面有了广泛应用。为了实现不同厂家IED 设备的信息共享和互操作性，使厂站电气综合自动化系统成为开发系统，国际电工委员会制定了IEC61850 国际标准。为了与国际接轨，国内已经开始了基于IEC61850 标准的电气综合自动化系统的产品研发，相信这将是未来自动化系统的一个发展方向。
3．3 以太网技术的兴起
随着电力系统的发展，综合自动化系统需要传输的数据越来越多，对通讯的实时性要求越来越高，以速度快、传输数据量大为特点的以太网满足了这一要求。以太网最典型的应用形式是Ethernet+TCP/IP。未来的发展应该是在继承了以太网技术的基础上，结合工业过程应用，产生新一代以以太网为核心的现场总线技术。
目前，对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中，且已经积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。
4 结语
自动化技术在电力系统中的应用越来越广泛而深入，这也使电网管理方式产生翻天覆地的变化。新技术、新理论的应用使一些概念不断被更新和修正，传统的技术界线逐渐模糊，各种原来看似不相关联的技术会彼此融合和渗透，这些推动着电力自动化系统的不断发展和变化。