變電站自動化系統(tǒng)存在問題的分析探討

　　0引言?

　　變電站自動化自20世紀(jì)90年代以來一直是我國電力行業(yè)中的熱點之一。它既是電力建設(shè)的需要也是市場的需要，我國每年變電站的數(shù)量以3%--5%的速度增長，每年有千百座新建變電站投入運行；同時根據(jù)電網(wǎng)的要求，每年又有不少變電站進(jìn)行技術(shù)改造，以提高自動化水平。近幾年來我國變電站自動化技術(shù)，無論從國外引進(jìn)的、還是國內(nèi)自行開發(fā)研制的系統(tǒng)，在技術(shù)和數(shù)量上都有顯著的發(fā)展。?

　　但工程實際當(dāng)中，部分變電站自動化系統(tǒng)功能不能充分發(fā)揮出來，存在問題較多，缺陷率很高，不能實現(xiàn)真正的無人值班，無法正常運行。?

　　1什么是變電站自動化系統(tǒng)?

　　目前，計算機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，軟硬件水平的發(fā)展同樣給變電站二次監(jiān)視控制系統(tǒng)帶來了一場革命。從技術(shù)角度講，變電站自動化技術(shù)也是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，結(jié)合微機(jī)遠(yuǎn)動技術(shù)的日益完善和功能的不斷發(fā)展和分布式RTU的出現(xiàn)，變電站自動化系統(tǒng)已經(jīng)登上了歷史舞臺。?

　　對“變電站自動化系統(tǒng)”(Substation?Automation?System-SAS)這一名詞，國際電工委員會解釋為“在變電站內(nèi)提供包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動化系統(tǒng)(The?SAS?provides?Automation?Substation?including?the?Communication?infrastructure)”。在國內(nèi)，我們所說的變電站自動化系統(tǒng)，包含傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動裝置等設(shè)備，是集保護(hù)、測量、控制、遠(yuǎn)傳等功能為一體，通過數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)信息共享的一套微機(jī)化的二次設(shè)備及系統(tǒng)。它取消了傳統(tǒng)的控制屏、表計等常規(guī)設(shè)備，因而節(jié)省了控制電纜，縮小了控制室面積。?

　　變電站自動化的內(nèi)容包括電氣量的采集和電氣設(shè)備(如斷路器)狀態(tài)的監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)變電站正常運行的監(jiān)視和操作，保證變電站的正常運行和安全；在發(fā)生事故時，采集瞬態(tài)電氣量、實施監(jiān)視和控制，迅速切除故障(由繼電保護(hù)、故障錄波等所完成)，完成事故后變電站恢復(fù)正常運行的操作；從長遠(yuǎn)的觀點來看，還應(yīng)包括高壓電氣設(shè)備本身的監(jiān)視信息(如斷路器、變壓器、避雷器等的絕緣和狀態(tài)監(jiān)視等)。?

　　傳統(tǒng)的變電站二次回路部分是由繼電保護(hù)、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波和測距、直流系統(tǒng)與絕緣監(jiān)視及通信等各類裝置組成的，以往它們各自采用獨立的裝置來完成自身的功能且均自成系統(tǒng)，由此不可避免地產(chǎn)生了各類裝置之間功能相互覆蓋，部件重復(fù)配置，耗用大量的連接線和電纜。?

　　隨著對計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)變電站的實際情況，各類分散分布式變電站自動化系統(tǒng)將各現(xiàn)場輸入輸出單元部件分別安裝在中低壓斷路器柜或高壓一次設(shè)備附近，現(xiàn)場單元部件或是保護(hù)和監(jiān)控功能的二合一裝置，用以處理各開關(guān)單元的繼電保護(hù)和監(jiān)控功能；或是使現(xiàn)場的微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控部件分別保持相對獨立。在變電站控制室內(nèi)設(shè)置計算機(jī)系統(tǒng)，對各現(xiàn)場單元部件進(jìn)行通信聯(lián)系，通信方式通常采用串行口，如RS-232C，RS-422/485和Lon?Works(Local?Operation?Net?work)或CAN(Control?Area?Network)等現(xiàn)場總線型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。?

　　變電站自動化的功能，則是將遙測、遙信進(jìn)行采集，通過現(xiàn)場單元部件獨立完成遙控執(zhí)行命令和繼電保護(hù)功能等，這些信息通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程通信控制單元和后臺計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信，從而完成了傳統(tǒng)的RTU和變電站當(dāng)?shù)鼐C合系統(tǒng)的功能。因此，在現(xiàn)代的變電站自動化系統(tǒng)中，“保護(hù)”和“自動化”專業(yè)以及設(shè)備界限發(fā)生了變化。?

　　2變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其存在的問題??

　　2.1變電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題?
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　　目前變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，變電站自動化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)問題（其中包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、自動化系統(tǒng)模式、管理標(biāo)準(zhǔn)等問題）是當(dāng)前迫切需要解決的問題。?
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　　2.1.1生產(chǎn)廠家的問題?
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　　目前在變電站自動化系統(tǒng)選型當(dāng)中存在著如所選系統(tǒng)功能不夠全面，產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)不到要求等情況，主要有以下問題：?

　　a、由于我國市場經(jīng)濟(jì)體制不成熟，廠家過分重視經(jīng)濟(jì)利益，用戶過分追求技術(shù)含量，不重視產(chǎn)品的性能及實用性，因而一批技術(shù)含量雖較高，但產(chǎn)品并不過關(guān)，甚至結(jié)構(gòu)、可靠性很差的所謂高技術(shù)產(chǎn)品仍能不斷使用。廠家只要有人買就生產(chǎn)，改進(jìn)的積極性也就不高，甚至有些產(chǎn)品生產(chǎn)過程中缺乏起碼的質(zhì)量保證措施，有些外購件的生產(chǎn)更是缺乏管理，因而導(dǎo)致部分投產(chǎn)的變電站問題百出；?
　　b、有些廠家就某產(chǎn)品只組織技術(shù)鑒定，沒搞產(chǎn)品鑒定；?
　　c、另外，生產(chǎn)廠家對變電站自動化系統(tǒng)的功能、作用、結(jié)構(gòu)及各項技術(shù)性能指標(biāo)宣傳和介紹不夠，導(dǎo)致電力企業(yè)內(nèi)部專業(yè)人員對系統(tǒng)認(rèn)識不透徹，造成設(shè)計漏洞較多。?

　　2.1.2不同產(chǎn)品的接口問題?
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　　接口是自動化系統(tǒng)中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一，包括RTU與通信控制器、保護(hù)與通訊控制器、小電流接地裝置與通訊控制器、故障錄波與通訊控制器、無功裝置與通訊控制器、通訊控制器與主站、通訊控制器與模擬盤等設(shè)備之間的通訊。這些不同廠家的產(chǎn)品要在數(shù)據(jù)接口方面溝通，需花費軟件人員很大精力去協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)格式、通訊規(guī)約等問題。當(dāng)不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時，問題會很嚴(yán)重。?

　　如果所有廠家的自動化產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口遵循統(tǒng)一的、開放的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，則上述問題可得到圓滿解決，用戶可以根據(jù)各種產(chǎn)品的特點進(jìn)行選擇，以滿足自身的使用要求。?
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　　2.1.3變電站自動化系統(tǒng)的抗干擾問題?
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　　關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)的抗干擾問題，亦即所謂的電磁兼容問題，是一個非常重要然而卻常常被忽視的方面。傳統(tǒng)上的變電站自動化設(shè)備出廠時抗干擾試驗手段相當(dāng)原始，僅僅做一些開關(guān)電焊機(jī)、風(fēng)扇、手提電話等定性實驗，到現(xiàn)場后往往也只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標(biāo)，這是一個極大的隱患。?

　　變電站自動化系統(tǒng)的抗干擾措施是保證變電站自動化系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，選擇時應(yīng)注意，合格的變電站自動化產(chǎn)品，除滿足一般檢驗項目外，主要還應(yīng)通過高低溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試驗、動模試驗，而且還要重點通過四項電磁兼容試驗，分別是：1MHz脈沖干擾試驗；靜電放電干擾試驗；輻射電磁場干擾試驗；快速瞬變干擾試驗。?

　　2.1.4變電站自動化系統(tǒng)的傳輸規(guī)約和傳輸網(wǎng)絡(luò)選擇的問題?
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　　要實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，就要實現(xiàn)傳輸規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化和傳輸網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化，做到傳輸規(guī)約和網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一，才能實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的互換性，這一點對于制造廠商和用戶都是非常有利的，對于變電站自動化技術(shù)的發(fā)展也是非常重要的。因此，為適應(yīng)這種形勢的發(fā)展，IEC逐步提出了傳輸規(guī)約技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。?
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　　a、變電站和調(diào)度中心之間的傳輸規(guī)約?
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　　目前國內(nèi)各個地方情況不統(tǒng)一，變電站和調(diào)度中心之間的信息傳輸采用各種形式的規(guī)約，如部頒CDT、SC－1801、DNP3.0等。?

　　1995年IEC為了在兼容的設(shè)備之間達(dá)到互換的目的，頒布了IEC60870-5-101傳輸規(guī)約，為了使我國盡快采用運動傳輸?shù)膰H標(biāo)準(zhǔn)，1997年原電力部頒布了國際101規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T634-1997，并在1998年的桂林會議上進(jìn)行了發(fā)布。該規(guī)約為調(diào)度端和站端之間的信息傳輸制定了標(biāo)準(zhǔn)，今后站端變電站自動化設(shè)備與遠(yuǎn)方調(diào)度傳輸協(xié)議應(yīng)采用101規(guī)約。?
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　　b、站內(nèi)局域網(wǎng)的通信規(guī)約?
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　　目前許多生產(chǎn)廠家各自為政，造成不同廠家設(shè)備通信連接的困難和以后維護(hù)的隱患。?
1997年IEC頒布了IEC60870－5－103規(guī)約，國家經(jīng)貿(mào)委在1999年頒布了國際103規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T667-1999，并在2000年的南昌會議上進(jìn)行了發(fā)布，103規(guī)約為繼電保護(hù)和間隔層（IED）設(shè)備與變電站層設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信傳輸規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，今后變電站自動化系統(tǒng)站內(nèi)協(xié)議要求采用103規(guī)約。?
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　　c、電力系統(tǒng)的電能計量傳輸規(guī)約?
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　　對于電能計量采集傳輸系統(tǒng)，IEC在1996年頒布的IEC60870-5-102標(biāo)準(zhǔn)，即我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T719-2000，是我們在實施變電站電能計量系統(tǒng)時需要遵守的。?
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　　上述的三個標(biāo)準(zhǔn)即常說的101、102、103協(xié)議，運用于三層參考模型（EPA）即物理層、鏈路層、應(yīng)用層結(jié)構(gòu)之上，是相當(dāng)一段時間里指導(dǎo)變電站自動化技術(shù)發(fā)展的三個重要標(biāo)準(zhǔn)。這些國際標(biāo)準(zhǔn)按照非平衡式和平衡式傳輸運動信息的需要制定，完全能滿足電力系統(tǒng)中各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將得到廣泛應(yīng)用。?

　　IECTC57即將制定無縫遠(yuǎn)動通信體系結(jié)構(gòu)，具有應(yīng)用開放和網(wǎng)絡(luò)開放統(tǒng)一的傳輸協(xié)議IEC61850。該協(xié)議將是變電站(RTU或者變電站自動化系統(tǒng))到控制中心的唯一通信協(xié)議，也是變電站自動化系統(tǒng)甚至控制中心的唯一的通信協(xié)議。目前各個公司使用的標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，系統(tǒng)互聯(lián)和互操作性差，因此，在變電站自動化系統(tǒng)建設(shè)和設(shè)備選型上應(yīng)考慮傳輸規(guī)約問題，即在變電站和控制中心之間應(yīng)使用101規(guī)約，在變電站內(nèi)部應(yīng)使用103規(guī)約，電能量計量計費系統(tǒng)應(yīng)使用102規(guī)約。新的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850頒布之后，變電站自動化系統(tǒng)從過程層到控制中心將使用統(tǒng)一的通信協(xié)議。?

　　2.1.5???變電站自動化系統(tǒng)的開放性問題?
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　　變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備的互操作性(互換性)；變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)能包容變電站自動化技術(shù)新的發(fā)展要求；變電站自動化系統(tǒng)必須考慮和支持變電站運行功能的要求。而現(xiàn)有的變電站自動化系統(tǒng)卻不能滿足這樣的要求，各廠家的設(shè)備之間接口困難，甚至不能連接，從而造成各廠家各自為政，重復(fù)開發(fā)，浪費了大量的財力物力。?

　　另外，各種屏體及設(shè)備的組織方式不盡相同，為維護(hù)和管理帶來許多問題。?

　　在我們現(xiàn)有的綜合自動化設(shè)備中，廠家數(shù)量較多,各廠不同系列的產(chǎn)品造成產(chǎn)品型號復(fù)雜，備品備件難以實現(xiàn)，設(shè)備運行率低。?
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　　2.2?變電站自動化系統(tǒng)組織模式選擇的問題?
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　　變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的方案隨著變電站的規(guī)模、復(fù)雜性、變電站在電力系統(tǒng)的重要地位、所要求的可靠性以及變電層和過程層總線的數(shù)據(jù)流率的不同而變化。如果一個變電站自動化系統(tǒng)模式選擇合適的話，不僅可以節(jié)省投資、節(jié)約材料，而且由于系統(tǒng)功能全、質(zhì)量高，其可靠性高、可信度大，更便于運行操作。因此，把好變電站自動化系統(tǒng)的選擇關(guān)意義十分重大。?

　　目前應(yīng)用較廣泛的變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有集中式、分散與集中相結(jié)合和全分散式三種類型。現(xiàn)將三種結(jié)構(gòu)形式的特點簡述如下。?

　　2.2.1集中式?

　　集中式結(jié)構(gòu)的變電站自動化系統(tǒng)是指采用不同檔次的計算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計算與處理，分別完成微機(jī)控制、微機(jī)保護(hù)和一些自動控制等功能。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可減少占地面積，造價低，適用于對35kV或規(guī)模較小的變電站，但運行可靠性較差，組態(tài)不靈活。?

　　2.2.2分散與集中相結(jié)合?

　　分散與集中相結(jié)合的變電站自動化系統(tǒng)是將配電線路的保護(hù)和測控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路和主變壓器保護(hù)裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)形式較常用，它有如下特點：?

　　a、?10～35kV?饋線保護(hù)采用分散式結(jié)構(gòu)，就地安裝，可節(jié)約控制電纜，通過現(xiàn)場總線與保護(hù)管理機(jī)交換信息。?
　　b、??高壓線路保護(hù)和變壓器保護(hù)采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護(hù)屏安裝在控制室或保護(hù)室中，同樣通過現(xiàn)場總線與保護(hù)管理機(jī)通信，使這些重要的保護(hù)裝置處于比較好的工作環(huán)境，對可靠性較為有利。?
　　c、其他自動裝置中，備用電源自投控制裝置和電壓、無功綜合控制裝置采用集中組屏結(jié)構(gòu)，安裝于控制室或保護(hù)室中。?

　　2.2.3?全分散式?

　　全分散式的變電站自動化是以一次主設(shè)備如開關(guān)、變壓器、母線等為安裝單位，將控制、I/O、閉鎖、保護(hù)等單元分散，就地安裝在一次主設(shè)備屏（柜）上。站控單元通過串行口與各一次設(shè)備相連，并與管理機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信。它有如下特點：?

　　a、簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。?
　　b、減少了施工和設(shè)備安裝工程量。由于安裝在開關(guān)柜的保護(hù)和測控單元在開關(guān)柜出廠前已由廠家安裝和調(diào)試完畢，再加上鋪設(shè)電纜的數(shù)量大大減少，因此現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試的工期隨之縮短。?
　　c、簡化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。?
　　d、全分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便，且抗干擾能力強，可靠性高。?
　　?
　　上述三種變電站自動化系統(tǒng)的推出，雖有時間先后，但并不存在前后替代的情況，變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)根據(jù)各種系統(tǒng)特點和變電站的實際情況，予以選配。如以RTU為基礎(chǔ)的變電站自動化系統(tǒng)可用于已建變電站的自動化改造，而分散式變電站自動化系統(tǒng)，更適用于新建變電站。?
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　　由于微處理器和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，變電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平有了很大的提高，結(jié)構(gòu)體系不斷完善，全分散式自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)為變電站自動化系統(tǒng)的選型提供了一個更廣闊的選擇余地。伴隨著變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用的增多，無論是新建、擴(kuò)建或技改工程，變電站自動化系統(tǒng)的選型都應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)選型規(guī)定，力求做到選型規(guī)范化。經(jīng)選用的變電站自動化系統(tǒng)不僅要技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能價格比高，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和適用性好，而且要求生產(chǎn)廠家具有相當(dāng)技術(shù)實力，有一定運行業(yè)績和完整的質(zhì)量保證體系、完善的售后服務(wù)體系。?
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　　2.3?現(xiàn)行的電力管理體制與變電站自動化系統(tǒng)關(guān)系問題?
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　　變電站自動化系統(tǒng)的建設(shè)，使得繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動、計量、變電運行等各專業(yè)相互滲透，傳統(tǒng)的技術(shù)分工、專業(yè)管理已經(jīng)不能適應(yīng)變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，變電站遠(yuǎn)動與保護(hù)專業(yè)雖然有明確的專業(yè)設(shè)備劃分，但其內(nèi)部聯(lián)系已經(jīng)成為不可分割的整體，一旦有設(shè)備缺陷均需要兩個專業(yè)同時到達(dá)現(xiàn)場檢查分析，有時會發(fā)生扯皮推諉責(zé)任的情況，造成極大的人力資源浪費，而且兩專業(yè)銜接部分的許多缺陷問題成為“兩不管地帶”，不利于開展工作。?

　　在專業(yè)管理上，綜合自動化變電站設(shè)備的運行、檢修、檢測,尤其是遠(yuǎn)動系統(tǒng)的實時性、遙測精度、遙信變位響應(yīng)速度、信號復(fù)歸和事故總信號等問題仍需要規(guī)范和加強；對傳動實驗及通道聯(lián)測的實現(xiàn)、軟件資料備份等問題提出了新的課題內(nèi)容。?

　　2.4?運行維護(hù)人員水平不高的問題?
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　　解決好現(xiàn)行的變電站自動化系統(tǒng)管理體制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等問題的同時,還要培養(yǎng)出一批高素質(zhì)的專業(yè)隊伍。?

　　目前，變電站自動化系統(tǒng)絕大部分設(shè)備的維護(hù)依靠廠家，在專業(yè)管理上幾乎沒有專業(yè)隊伍，出了設(shè)備缺陷即通知相應(yīng)的廠家來處理，從而造成缺陷處理不及時等一系列問題。?

　　要想維護(hù)、管理好變電站自動化系統(tǒng)，首先要成立一只專業(yè)化的隊伍，培養(yǎng)出一批能跨學(xué)科的復(fù)合型人才，加寬相關(guān)專業(yè)之間的了解和學(xué)習(xí)。?

　　其次，變電站自動化專業(yè)的劃分應(yīng)盡快明確，杜絕各基層單位“誰都管而誰都不管”的現(xiàn)象。變電站自動化專業(yè)的明確，對于加強電網(wǎng)管理水平，防止電網(wǎng)事故具有重大意義。?

　　3?結(jié)束語??

　　近年來，通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給變電站綜合自動化技術(shù)水平的提高注入了新的活力，變電站綜合自動化技術(shù)正在朝著網(wǎng)絡(luò)化、綜合智能化、多媒體化的方向發(fā)展。????

　　鑒于變電站自動化系統(tǒng)當(dāng)前還缺乏一個統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，這就需要與之相關(guān)的各崗位的電力工作者在實際操作過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，找到其規(guī)律性，不能因循守舊，而應(yīng)根據(jù)具體情況，遵循科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髟瓌t，用發(fā)展的眼光來進(jìn)行變電站自動化系統(tǒng)的建設(shè)，以保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)地運行。?