變電站綜合自動化技術發展趨勢

趙桐輝

摘 要：變電站綜合自動化技術在電網系統中的應用越來越廣泛，并在其中起到了十分重要的作用。本文分析了自動化技術在變電站系統中的應用，然后針對于現有的一些不足，提出了變電站綜合自動化技術將會朝著數據采集和處理同步、人機操作界面規范化、智能化、數字化以及開發智能化人機操作系統幾個方面發展的思路，最后得出結論。

關鍵詞：變電站；自動化技術；數據采集；數據處理

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0135-02

1 引言

變電站在電網中發揮著重要的作用，能夠調節電能傳輸中電壓的大小，保證運送到用戶端的電壓可以正常使用。變電站內的設備通過網絡有機地連接在一起，并通過計算機對各個設備進行統一控制管理，把各種有用的數據通過顯示屏直觀地顯示出來[1-2]。所謂變電站綜合自動化技術，實際上是將自動化技術在變電站系統中進行融合，形成一個綜合性的技術。科技的快速發展為變電站的實際運行奠定了基礎，在此基礎上重新將各種先進技術進行融合和優化，變電站技術即可實現檢測、測量、控制以及協調等內容，在提高了變電站運行水平的基礎上，提升了其運行的穩定性，降低運行和維修成本，帶來更高的效益。基于此，變電站綜合自動化系統是一個能將信息采集與處理、自動控制、繼電保護以及監控集于一體的綜合系統。目前，我國變電站對綜合性自動化技術的使用具有較大的局限性，并沒有全面展開，同時軟硬件的可靠性還有待提高，在運行過程中還需要借助大量的人力，使得優化改造變電站的工作面臨較大的挑戰[3]。

2 變電站自動化技術的應用

2.1 數據采集與信息處理

信息處理和采集技術是變電站朝著自動化技術發展的基礎，信息采集是指對變電站中的模擬量、狀態量和脈沖量三種信息進行采集。其中模擬量多指電壓電流、補償電流信號、變電站母線電壓電流以及油溫等，采集后利用信息處理技術將其轉化為狀態量或數字量，進行輸采集。針對光電隔離開關量等狀態量的數據的采集多是采用周期掃描的方法來獲得。此外，正對變壓器分接頭位置、斷路器位置以及變壓器中其他的設備位置和運行狀態，還可以通過將狀態量直接輸入的方法，直接在終端得到當前的狀態量信息。脈沖信號是區別于模擬量信號和狀態量信號的另外一種信息，比如電能量信號。脈沖信號的采集方法與狀態量的采集方式相同。

采用自動化技術的基礎是自動獲取有效的數據并進行處理。在變電站系統中，獲取模擬量數據的方式主要有兩種：交流采樣和直流采樣技術，直流采樣對A/D轉換器的轉換速率要求不高，但采集模擬量的穩定性較差；交流采樣對A/D轉換器轉換速率和采樣保持器要求較高，采集模擬量的穩定性和可靠性較高。這些模擬量數據包括很多方面，除了變電站中進線端和輸出端的電壓、功率等數據，還有站內變壓設備的工作溫度、母線的電壓以及電容補償值等數據。目前，我國變電所獲取數據的方法主要包括兩種，一種是借助光電隔離法，對這些數據進行周期性掃描，除了上面提及的數據，同時還可以對輸電工作狀態的數據進行采集，包括電閘刀狀態、隔離開關狀態和報警狀態；另一種方法是采用脈沖量對數據進行獲取，將輸電線路中脈沖信號能量的數據獲取后進行分析計算，最后給出調節方案。變電站當前的運行狀態通過各種采集方式被獲取之后，可利處理器對信號進行統計與分析，從而對該變電站當前的運行狀態進行有效的分析。

2.2 設備保護

利用自動化技術，可以使變電站工作更加安全可靠，降低事故發生率。現主要采用微機保護的方法，相關的自動化設備也要使用站內的電能作為工作的能源，為了保障整個系統的安全，除了對變電站的系統進行保護調整，也要保證設備自身的運行安全。為了實現這個要求，需要使用自動開關和投入技術，系統數據被設備獲取并處理之后，保護設備就能對信息做出判斷并執行相應的動作，對出現的故障數據進行修改，同時還要安裝手動跳合閘裝置，以應對設備故障引發的開關異常的情形。

2.3 數據庫技術

大量數據的獲取和存儲需要數據庫作為支撐，存儲的數據形式主要包括基本數據、歸檔數據和對象數據這三種。基本數據是指變電站中改變前后的電壓、電流、功率、裝置溫度、運行狀態等；對象數據指的是一次設備工作中產生的各類實時數據，自動化設備執行的標準就是以這些數據為參考標準；歸檔數據指的是基本數據和對象數據的整理歸檔，并將其存儲在指定的文件夾中，以供快速查詢。

2.4 綜合結構模式

（1）集中分布式模式。該模式中的自動化設備裝有多個處理器，因此能夠大大提高指令數據的處理能力，減少數據傳輸處理的時間，工作效率很高，并且設備內的各個功能模塊可以通過站內的局域網相連接，共享數據和處理指令，大大提高各個子系統之間的協調處理能力，如果某個功能模塊出現問題，其他的模塊可以迅速地接替該模塊繼續工作，能夠保障整體系統的安全性和穩定性。（2）集中式。該模式的自動化設備只有單個處理器，獨立完成數據的采集、傳輸以及處理等工作，對于多任務的處理還需要借助人工，這是和集中分布式分布模式最大的區別。這種模式不適應規模較大的高壓變電站，一般應用在小型變電站，可以大大地節省建設成本。（3）分散式。該模式是以集中分布式模式為基礎，在此模式上逐漸發展而來的，將變電站的設備進行分層，常用的結構包括二層和三層，前者主要由變電站主體層和間隔層構成，后者在前者的基礎上多了一個通信層。間隔層內裝有實現測量、監視的設備，層內的各個設備通過局域網相連接，能夠屏蔽環境中的電磁波，保證數據傳輸的安全性和準確性。該模式擁有集中分布式模式的優點，能夠保障整體系統安全、可靠，除此之外，該模式的結構特點還決定了其自身能夠不斷進行擴展，便于系統的優化整改[4-5]。

3 技術發展趨勢

3.1 數據采集和處理同步

現階段，變電站綜合自動化技術發展并不全面，多利用專業的設備進行數據采集，然后再換另外一種專業設備完成對所采集數據的處理。在未來的發展過程中，數據采集和數據處理或可以合成為同一個設備同步完成。以檢測變油位機氣體壓力為例，可利用專用的傳感器對數據采集，并在傳感器內部對數據進行處理，直接輸出已經處理完成的數據結果。數據采集和處理同步這一技術的實現還需利用高新技術制作智能控制開關，通過改變開關的閉合和位置對不同的數據和信息進行采集和處理，提高加快信息處理速度。

3.2 規范化操作平臺

現階段，變電站人機操作界面多是根據當下的實際情況，設置不同的人機操作界面，如此對于某單個的變電站進行控制并沒有區別，但在維修和維護的時候需根據各個變電站的實際情況和操作方法進行特殊處理，操作繁瑣的同時降低了效率。所以，人機界面統一規范就成了必然趨勢，相關部門可指定統一的人機操作界面標準，以此提高變電站維修效率，節省維修時間，節約維修成本。除了人機交互界面之外，因為標準的接口和軟件都十分規范，利用統一的標準，不同的生產廠商之間的產品可以進行互換，用戶根據自己不同的需要設置相關的程序算法，實現平臺優化，從而減少了資源浪費，更加利于變電站的管理。

3.3 監控保護智能化

隨著自動化技術的不斷發展，智能化技術是其必然的發展趨勢，變電站綜合自動化技術也會越趨于先進，其中，在線維修技術是變電站綜合自動化技術趨于智能化的一個體現。在線維護技術按照變電站所處位置劃分成一個個的單元，每個單元內實行新的監控一體化技術，保證了數據采集的穩定性和監控的可靠性，提高變電站性能。現階段，變電站中對設備運動的監控和保護是利用故障錄波設備來完成的，針對于此，可將故障檢測集成在同一個控制單元，可根據不同程序中需要的功能不同，設定不同的控制模塊，采取每個小的間隔單元都能有相應的功能模塊來進行控制，這種模式可以避免因為變電站中地理位置的分散而造成的能源消耗和對系統的影響，提高了變電站的適應性，提高了不同功能模塊之間的獨立性。

3.4 朝著數字化變電站的方向發展

與智能化一樣，數字化也是自動化發展的一個必然趨勢，建立數字化變電站，打造先進、智能、可靠、信息集成度高、信息獲取便捷以及節能的變電站也是未來發展的熱門方向。數字化變電站可將所采集到的信號轉變為數字信號，利用總線電纜將其傳輸至保護裝置，總線電纜與后臺監控系統連接，所以能夠同時得到輸送到的信息，避免了中間繁瑣的過程。數字化變電站在采集和處理信息方面更加智能便捷，自動采集相關數據，并對數據自動提取，完成決策和控制等內容。

3.5 開發現代化智能人機控制系統

現階段，變電站綜合自動化計算機技術多是采用一個或者是同一系列的計算機進行控制，而現代化智能人機主要強調計算機與機電產品之間的智能結合，采用人工智能技術開發新的管理系統，進而提高系統的自動化水平，新的變電站綜合管理系統對電力控制和保護系統提出了新的要求，為此，我們可采用模糊邏輯控制系統、神經網絡學習算法以及模版模型算法等先進智能算法來實現智能人機控制系統。在多媒體監視方面，傳統變電站多時采用靜態數據處理的方式，現階段隨著通信信息技術的發展，可向聲像監控的方向發展。先將需要控制的信息進行采集，然后直接輸入送至計算機的處理器，最后以聲音或者圖像的方式將結果輸出。利用聲像等信息可以更加方便計算機對當前變電站的運行狀態進行判斷，并對當前信息進行充分完整的記錄，減少了人力和物力，節約能源。

4 結語

在通信技術和計算機技術飛速發展給變電站自動化技術奠定了基礎，自動控制系統中軟硬設施得到了飛速的發展，變電站中也運用了各種先進的技術，為電力系統注入了新的活力，但依舊存在著一些諸如智能化不足、信息收集和處理繁瑣、人際界面操作不夠規范等各種各樣的問題，因此，本文提出了變電站綜合自動化技術發展趨勢的思路，并對每個內容進行簡要的介紹和展望。以我國的情況而言，一些先進的技術并沒有完全在變電中綜合控制系統中得到完整的體現，如何開發合適的硬件產品，開發合適的軟件控制系統也是未來發展的一大難題。除此之外，要想使得變電站綜合自動化技術得以更加快速的發展，還需解決好管理體制和技術標準的問題，培養相關專業的人才，這樣才能使得變電站綜合自動化技術發展更加迅速，讓先進技術為電網行業的發展進步做出更加重大的貢獻。

參考文獻

[1]王健.變電站綜合自動化的內涵與發展趨勢[J].科學與財富，2017，（31）：25.

[2]袁正東.基于變電站綜合自動化的功能與技術發展[J].現代信息科技，2017，（5）：108-109.

[3]祁昌元.變電站綜合自動化系統運行維護方法[J].電子世界，2018，（14）：63+66.

[4]寇立新.淺談變電站綜合自動化系統維護[J].電工技術：理論與實踐，2015，（4）：121.

[5]鄧翔齡.220kV變電站綜合自動化系統技術改造與新技術應用[J].科技經濟市場，2017，（2）：14-16.