自動化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用

熊鵬輝

摘 要：隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和變電站的廣泛應(yīng)用，變電站系統(tǒng)的數(shù)字化已經(jīng)成為未來變電站發(fā)展的主要方向。電力系統(tǒng)自動化技術(shù)讓變電站的數(shù)字化從理論走向現(xiàn)實(shí)。數(shù)字化變電站應(yīng)該從自動化技術(shù)相關(guān)概念入手，分析電氣自動化技術(shù)的作用以及自動化系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，再對數(shù)字化變電站的應(yīng)用進(jìn)行說明，旨在提高變電站的綜合運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：自動化技術(shù)；數(shù)字化；變電站

隨著當(dāng)前電力行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)革新，電力系統(tǒng)中的自動化及時產(chǎn)生了廣泛的應(yīng)用。作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，變電站也在不斷革新自己的技術(shù)水平。電壓互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，不但提高了電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化水平，也讓國家電網(wǎng)更加的穩(wěn)定，為電力系統(tǒng)的安全性提供了保障。這些新的技術(shù)為變電站帶來新的革新方向，讓數(shù)字化變電站的自動化配置成為可能。因此，企業(yè)需要合理利用電力資源，為我國電力系統(tǒng)的健康有序發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

1 數(shù)字化變電站

變電站一般是由分層布置進(jìn)行結(jié)構(gòu)排布，間隔層、變電站層和過程層、站控層構(gòu)成[1]。間隔層是保護(hù)裝置以及故障過濾器等設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸；過程層是直接采集電力系統(tǒng)的電氣量設(shè)備；變電站層包括操作員站、主機(jī)等設(shè)備，需要匯總?cè)镜膶?shí)時數(shù)據(jù)，在接受命令后實(shí)現(xiàn)人機(jī)相連，從而對過程層和間隔層進(jìn)行在線維護(hù)。

變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，不但需要變換電壓等級，而且還要做好電能配送工作。整個變電站的系統(tǒng)從電能傳輸分配到系統(tǒng)測量和監(jiān)視，再碰到故障的時候能夠及時得到反饋。數(shù)字化變電站系統(tǒng)作為綜合性的數(shù)字化系統(tǒng)，由于科技的進(jìn)步，讓計算機(jī)技術(shù)和電子通信技術(shù)的處理受到更多的應(yīng)用。這種功能性的組合升級和設(shè)備簡化模式，提高了變電站的安全穩(wěn)定程度，降低運(yùn)行成本的同時，提升了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

2.1 過程層

數(shù)字化變電站的自動化系統(tǒng)中的過程層，可以有效地檢測電力系統(tǒng)運(yùn)行中的電氣量[2]。電氣量能夠?qū)㈦妷汉碗娏鞯纫蛩刂庇^的顯示出來，在完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的同時，對電氣量的數(shù)字進(jìn)行精確的測算，達(dá)到更好的效果。傳統(tǒng)檢測電氣量的方式已經(jīng)無法將過程層中的數(shù)據(jù)精確的顯示出來，只有充分利用光電電流互感器代替原有的電磁式電壓互感器，才能夠提高檢測的精確度，促進(jìn)我國電力系統(tǒng)的發(fā)展。

過程層主要應(yīng)用于電壓、電流以及各種分類檢測，通過設(shè)備計算出有功功率、無功功率以及電能量。對變電站設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測并做好相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，將獲取到的數(shù)據(jù)信息詳細(xì)記錄。數(shù)字化變電站的自動化系統(tǒng)，可以有效將系統(tǒng)中運(yùn)行設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的在線統(tǒng)計，尤其是設(shè)備的溫度和密度是關(guān)系到變電站最重要的參數(shù)，只有將這些設(shè)備工作狀態(tài)的具體數(shù)據(jù)記錄清楚，才能夠確保正常發(fā)電工作。數(shù)字化變電站的過程層可以通過相關(guān)操作進(jìn)行有序的執(zhí)行，包括電容量的執(zhí)行和控制，通過對變壓器的調(diào)節(jié)對直流電源的操作進(jìn)行合理化配置，以確保變電站的正常發(fā)電。數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的過程層自身具有智能效果，不但能夠?qū)⒚恳粋€動作進(jìn)行精準(zhǔn)化控制，而且能夠?qū)γ钸M(jìn)行判斷，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定進(jìn)行。

2.2 間隔層

數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的間隔層，主要的功能是有效的對間隔層相關(guān)設(shè)備和資料進(jìn)行統(tǒng)計；有效保護(hù)和控制相應(yīng)的設(shè)備，完成對本間隔的必要操作以及命令，將系統(tǒng)控制中心發(fā)出的數(shù)據(jù)采集與運(yùn)算命令優(yōu)先控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)過程層和站控層之間的高速通信；有效提高數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。數(shù)字化變電站的每一層功能都有自己的作用，變電站間隔過程中產(chǎn)生的實(shí)時數(shù)據(jù)能夠?qū)⑿畔R總，完成一次設(shè)備的保護(hù)控制。另外，在控制間隔操作的鎖止功能中對數(shù)據(jù)采集與整理進(jìn)行優(yōu)先控制，起到了十分重要的過渡效果。

2.3 變電站層

變電站層是數(shù)字化變電站的重要組成部分，可以通過每一層的既定程序向數(shù)字化變電站的系統(tǒng)調(diào)度與控制發(fā)送相關(guān)的數(shù)據(jù)，接收數(shù)字化變電站的系統(tǒng)命令并且轉(zhuǎn)發(fā)給過程層和間隔層進(jìn)行執(zhí)行，同時對間隔層與過程層中的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，將故障分為幾類方便分析。

2.4 站控層

站控層的功能是針對數(shù)據(jù)庫的信息進(jìn)行刷新，通過定時登陸變電站的數(shù)據(jù)庫，按照規(guī)定的要求將數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息上傳至調(diào)度中心，將有關(guān)指令反饋給過程層和間隔層。站控層還具有在線編程的功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和人機(jī)交互要求，對于過程層中的問題進(jìn)行修理，為故障提出了分析的可能，這些人性化操作功能可以進(jìn)一步保證數(shù)字化變電站的良好運(yùn)行。

3 自動化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的優(yōu)勢

3.1 提高設(shè)備運(yùn)行可靠性

傳統(tǒng)的變電站基本用電纜傳輸，整個系統(tǒng)的運(yùn)行都需要大量的人力和物力資源，并在系統(tǒng)后期運(yùn)行的維護(hù)管理中存在不同的問題。數(shù)字化變電站的運(yùn)行主要以光纖為主，實(shí)現(xiàn)了電磁兼容的問題，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了高低系統(tǒng)的電氣隔離，與傳統(tǒng)變電站相比，減少了設(shè)備的維修與投入的人力和實(shí)踐，將成本縮小到最低化。自動化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用以光纖或者網(wǎng)線取代了傳統(tǒng)的二次回路線路，降低了變電站運(yùn)行的復(fù)雜性，在原有程度上提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2 提高測量精準(zhǔn)度

變電站設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集，一般都是為了保障正常速度采用同期的方式，系統(tǒng)采用并聯(lián)方式，任選一臺達(dá)到額定輸出的機(jī)組，到合閘上供電，其他機(jī)組與該機(jī)組同步之后在進(jìn)行依次的合閘供電。

3.3 實(shí)現(xiàn)信息共享

自動化技術(shù)在數(shù)字化變電站當(dāng)中的應(yīng)用讓變電站從計量到監(jiān)控都實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)電流信息、電壓信息和變電站的運(yùn)行狀態(tài)等信息同一網(wǎng)絡(luò)接收。變電站的控制信息不再需要信息收集和執(zhí)行。自動化技術(shù)在數(shù)字化變電站的應(yīng)用可以更好的實(shí)現(xiàn)信息共享，在原有基礎(chǔ)上提升了變電站系統(tǒng)的可操作性，也降低了成本。

4 自動化技術(shù)在數(shù)字化變電站的應(yīng)用

4.1 模擬系統(tǒng)在數(shù)字化變電站的應(yīng)用

在我國的電網(wǎng)的建設(shè)中，變電工程正在逐漸向數(shù)字化和信息化邁進(jìn)，呈現(xiàn)出自動化的特征。當(dāng)前我國的電力行業(yè)還處在基礎(chǔ)階段，未來的發(fā)展還需要不斷革新。動態(tài)仿真系統(tǒng)能夠?qū)?shù)字化變電站的故障進(jìn)行演練或者進(jìn)行仿真模擬，從而對電路充分進(jìn)行保護(hù)，無論是線路還是變壓器都能夠得到有效監(jiān)控，讓風(fēng)險降低。電氣自動化的驅(qū)動技術(shù)能夠在最大程度上實(shí)現(xiàn)電力的穩(wěn)定發(fā)展，讓電力科研人員將同步實(shí)驗(yàn)成為可能。只有精確的數(shù)據(jù)才能夠?yàn)榉€(wěn)定系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的依據(jù)，增強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)的精確度，科研人員在仿真的模式下進(jìn)行電力的測試，更容易發(fā)現(xiàn)問題并且及時解決，創(chuàng)建混合型的電力仿真實(shí)驗(yàn)室。

4.2 設(shè)計結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷革新和發(fā)展，只有分散式的結(jié)構(gòu)設(shè)計才是設(shè)計的重中之重。在分散式的結(jié)構(gòu)設(shè)計之中，變電站的輸入和輸出都是將零件應(yīng)用于開關(guān)柜當(dāng)中。因?yàn)榧夹g(shù)先進(jìn)和完善，在分散式結(jié)構(gòu)中加大了技術(shù)的力度和應(yīng)用頻率，讓變電站的自動控制更加完善。

對于分散式結(jié)構(gòu)的自動化控制系統(tǒng)，將采集、處理和遙控等命令集中在現(xiàn)場的每一個部件之上，工作的部件將信息從自身輸入到計算機(jī)當(dāng)中，變電站的工作也隨之被控制，這種設(shè)計的方式非常合理簡便，大大降低了檢修工作的難度，遇到問題的同時可以盡快解決問題，使變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性更高。

4.3 集中處理數(shù)據(jù)信息

變電站的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)框架當(dāng)前為集中又分散的結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)的運(yùn)算核心就是運(yùn)行工EC6185。對于標(biāo)準(zhǔn)的站控層設(shè)備，還需要標(biāo)準(zhǔn)的間隔層和過程層來合并單元，以便及時準(zhǔn)確的執(zhí)行通信的共享。在變電站中針對220伏以及110伏的高壓進(jìn)出線就可以運(yùn)行工EC6185。對于一些中低壓單元，由于基本的采用室內(nèi)開關(guān)矩形式，這種模式會將通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一，設(shè)備和站控層之間的通信交流十分順暢，數(shù)據(jù)化模式更加簡便，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程操控也會變得更加簡單。自動化系統(tǒng)可以將插件本身的自行診斷功能移到調(diào)度中心。系統(tǒng)的裝置本身應(yīng)該及時自我檢查，確保變電站系統(tǒng)的維護(hù)和維修，每一個系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備都要實(shí)時檢查，只有這樣才能夠快速有效地查找運(yùn)行裝置所存在的缺陷和故障，有效提示故障的位置。

5 結(jié)語

在傳統(tǒng)的變電站當(dāng)中，由于技術(shù)和人員等原因常常會有很大的問題，但是我國的電力資源需求量大，只有通過自動化的技術(shù)，將數(shù)字化變電站逐漸建立起來，才能夠提高變電站的工作效率，輸出更加穩(wěn)定高效的電能，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。數(shù)字化變電站系統(tǒng)的建立和實(shí)現(xiàn)，對我國的自動化技術(shù)有著深遠(yuǎn)影響，從而推動經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，對電網(wǎng)自動化技術(shù)的發(fā)展和推廣具有促進(jìn)作用。想要數(shù)字化變電站自動化的功能進(jìn)一步優(yōu)化，還需要對變電站的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬天濤.自動化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用分析[J].中國電力教育，2014，2，（12）：229-230.

[2]邢耀杰.自動化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用研究[J].電子世界，2014，3，（14）：42-43.