變電站電氣自動化與電力安全運(yùn)行淺談

王琪

（中國華電科工集團(tuán)有限公司 北京 100160）

變電站電氣自動化與電力安全運(yùn)行淺談

王琪

（中國華電科工集團(tuán)有限公司 北京 100160）

隨著電氣自動化技術(shù)、變電站設(shè)施設(shè)備的不斷發(fā)展和提升，尤其是隨著電子計算機(jī)技術(shù)、模擬仿真技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的不斷發(fā)展，變電站中的電氣自動化技術(shù)應(yīng)用將會進(jìn)入一個全新的階段，智能化、仿真化的發(fā)展方向不僅能夠改善變電站設(shè)施設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量，并且能夠在變電站規(guī)劃和設(shè)計過程中發(fā)揮重要作用。未來電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用能夠更加有效地解決變電站運(yùn)行過程中存在的系列問題，并且能夠做到及時反饋、及時解決，促進(jìn)變電站更加可靠、安全的運(yùn)行。本文根據(jù)筆者工作實(shí)踐，對變電站電氣自動化與電力安全運(yùn)行進(jìn)行了分析。

變電站；電氣自動化；電力；安全；運(yùn)行

1 變電站電氣自動化對電力安全運(yùn)行的重要意義

在電力系統(tǒng)中，變電站是不可或缺的重要組成部分之一，它的運(yùn)行穩(wěn)定與否直接關(guān)系到電力運(yùn)行的安全性和可靠性。變電站包含一次設(shè)備及二次設(shè)備，其中一次設(shè)備主要有變壓器、開關(guān)、母線、電動機(jī)、電纜、電抗器等等，這些設(shè)備負(fù)責(zé)電能的分配與輸送。二次設(shè)備是一次設(shè)備的輔助設(shè)備，主要作用是對一次設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測，確保一次設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定。變電站電氣自動化是針對二次設(shè)備而言，通過各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，使變電站內(nèi)的二次設(shè)備具有自動化的監(jiān)測和控制功能，由此，不但能夠保障變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行，而且還能進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)的自動化管理水平。

2 變電站電氣自動化的實(shí)現(xiàn)途徑

實(shí)現(xiàn)變電站電氣自動化最為有效的途徑就是設(shè)計一個自動化監(jiān)控系統(tǒng)，由其對變電站內(nèi)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制。

2.1 系統(tǒng)總體框架

本文所設(shè)計的系統(tǒng)，采用的是當(dāng)前最為流行的分層分布式結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)由以下三個層次組成：即間隔層、網(wǎng)絡(luò)層和站控層。

2.1.1 間隔層

該層主要是通過傳感器等設(shè)備對站內(nèi)一次設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，并執(zhí)行相關(guān)指令，從而達(dá)到控制和保護(hù)一次設(shè)備的目的。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

該層的基礎(chǔ)是傳輸速率為1000Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)，整個通訊網(wǎng)絡(luò)由兩條冗余的以太網(wǎng)構(gòu)成，傳輸規(guī)約為ICE60870。

2.1.3 站控層

這是系統(tǒng)的核心，其可以對變電站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，具備組態(tài)顯示、指令操作、報警等功能，可對變電站內(nèi)的故障進(jìn)行自動分析，并能在線對其它兩個層次中的硬件設(shè)備進(jìn)行維護(hù)及參數(shù)修改。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件配置詳情如表1所示。

表1 系統(tǒng)硬件設(shè)備配置情況

硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸方式如下：底層采用的是Modbus通信協(xié)議；通信管理機(jī)為雙以太網(wǎng)傳輸。在對硬件進(jìn)行配置的過程中，應(yīng)當(dāng)考慮采用20%的冗余配置，并通過中間繼電器對開關(guān)量信號進(jìn)行隔離。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在本系統(tǒng)中，軟件設(shè)計是重點(diǎn)，是自動化功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，具體包括數(shù)據(jù)采集處理、監(jiān)視報警、操作控制、人機(jī)交互、統(tǒng)計計算、事件追憶與順序記錄、報表打印、在線診斷、權(quán)限管理等等。

（1）功能模塊設(shè)計

在對系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計的過程中，采用當(dāng)前較為先進(jìn)的模塊化來實(shí)現(xiàn)各部分的功能。①A/D采集。該模塊能夠?qū)碾娏鳌㈦妷夯ジ衅鞫蝹?cè)采集到的電流和電壓信號全部轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可以識別的數(shù)字信號，同時，還能對信號進(jìn)行抗干擾及隔離。②計算機(jī)處理。該模塊能夠?qū)/D采集模塊采集回來的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷及存儲。同時，可提供人機(jī)交互接口，并能實(shí)現(xiàn)以下操作：界面顯示、定值整定、數(shù)據(jù)查詢、通訊、在線操作等。③I/O。該模塊為開關(guān)量輸出和輸入，其中輸出模塊可以將控制發(fā)出的信號全部轉(zhuǎn)換為接點(diǎn)信號，進(jìn)而形成輸出；而輸入模塊主要取自于相關(guān)設(shè)備的輔助接點(diǎn)，可對現(xiàn)場開關(guān)的狀況及分接頭的檔位信號等進(jìn)行識別。④電能計量。該模塊通過電能計量柜實(shí)現(xiàn)對電能量的實(shí)時統(tǒng)計。

（2）功能接口設(shè)計：①與微機(jī)繼電保護(hù)裝置的接口。本系統(tǒng)中，微機(jī)型繼電保護(hù)器采用的是雙網(wǎng)口方式，分別接入雙網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。②與電能計量系統(tǒng)的接口。按照電能計量設(shè)備的規(guī)約，通過系統(tǒng)接口，可實(shí)現(xiàn)對電能信息的采集。③與智能儀表的接口。監(jiān)控軟件本身自帶的通訊接口可以將直流電源系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)以及報警系統(tǒng)和其它智能設(shè)備通訊的數(shù)據(jù)匯總到一起，由此系統(tǒng)整體調(diào)試的成功提供了保障。

3 變電站工程中電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 計算機(jī)保護(hù)功能在變電站工程中的應(yīng)用

計算機(jī)保護(hù)功能是伴隨著變電站中各種電氣設(shè)施設(shè)備保護(hù)需要發(fā)展起來的，是電氣自動化技術(shù)在變電站工程中應(yīng)用的主要表現(xiàn)之一。計算機(jī)保護(hù)功能在變電站工程的效能主要體現(xiàn)在以下幾個方面。①計算機(jī)保護(hù)功能能夠?qū)ψ冸娬具\(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障問題數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，并對故障處理后的定值和效果進(jìn)行顯示。②在變電站正常運(yùn)行期間，計算機(jī)保護(hù)功能還能夠?qū)ψ冸娬究偙O(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的相關(guān)指令進(jìn)行傳輸和信息反饋，并且當(dāng)變電站運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的時候能夠?qū)⒐收蠑?shù)據(jù)及時的傳輸出去，有利于電力設(shè)施設(shè)備故障的查找，及時采取解決措施。另外，計算機(jī)保護(hù)功能還能在變電站標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行、規(guī)范操作方面起到十分重要的作用。

3.2 電氣自動化技術(shù)在變電站數(shù)據(jù)采集和處理方面的應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集和處理也是電氣自動化技術(shù)在變電站工程中應(yīng)用的主要表現(xiàn)。電氣自動化技術(shù)能夠?qū)ψ冸娬竟こ讨械母魇礁鳂訑?shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，最常見的運(yùn)行數(shù)據(jù)主要有變電站狀態(tài)數(shù)據(jù)、脈沖數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)等。①在變電站狀態(tài)數(shù)據(jù)方面，主要包括故障跳閘總信號、預(yù)告信號、斷路器運(yùn)行狀態(tài)信號以及設(shè)備警告信號等方面的數(shù)據(jù)采集和處理工作。②在變電站脈沖數(shù)據(jù)的采集和處理方面主要是針對變電站中各種電氣設(shè)施設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。③在變電站模擬數(shù)據(jù)方面，主要包括無功功率、母線電壓、饋線電流以及變電站輸入和輸出電流等方面數(shù)據(jù)的采集和處理工作。

3.3 電氣自動化技術(shù)在事件播錄測距方面的應(yīng)用

電氣自動化技術(shù)在變電站工程中的應(yīng)用能夠有效對變電站工程中的設(shè)備故障、事件播錄測距進(jìn)行記錄。記錄的主要內(nèi)容主要包括設(shè)備運(yùn)行保護(hù)動作序列、設(shè)備開關(guān)跳合和繼電保護(hù)動作等。在變電站工程中通過完善相關(guān)的配置設(shè)備，能夠?qū)⒆詣踊夹g(shù)的通信功能充分發(fā)揮出來，并且結(jié)合變電站監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，能夠?qū)ψ冸娬竟こ滔到y(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的設(shè)備故障和事件播錄測距等進(jìn)行記錄、存儲，為設(shè)備故障分析和設(shè)備更換更新提供有效的依據(jù)。

3.4 變電站工程中自動化診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)用

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子信息通信技術(shù)以及電氣自動化技術(shù)的發(fā)展和融合應(yīng)用，當(dāng)前的電氣自動化技術(shù)能夠促使自動化診斷系統(tǒng)在變電站工程中發(fā)揮重要作用。通過對變電站工程中各種電氣設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、處理和分析，在動態(tài)監(jiān)控、實(shí)時對比分析之后，能夠迅速、準(zhǔn)確的找到變電站出現(xiàn)故障的位置，并且保障在第一時間內(nèi)能夠開展自行修復(fù)功能。自動化診斷系統(tǒng)在變電站工程中的應(yīng)用，不僅能夠大大減少變電站設(shè)施設(shè)備發(fā)生故障的頻率，而且還能夠有效減輕變電站相關(guān)工作人員的勞動強(qiáng)度，確保變電站系統(tǒng)運(yùn)行效率的有效提升。

4 結(jié)論

綜上所述，為進(jìn)一步提升變電站的電力運(yùn)行安全性，本文提出變電站電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行論述。目前，這套系統(tǒng)已在某110kV變電站獲得應(yīng)用，自系統(tǒng)投入使用后，站內(nèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行得到實(shí)時監(jiān)控，操作人員通過監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時了解并掌握設(shè)備的具體情況，減少了故障發(fā)生幾率，為電力安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支撐。

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