淺談電氣工程及其自動化的建設與發展

周祥龍

【摘 要】自動化變電站是堅強智能電網的組成部分，是電氣工程自動化建設的重要工作任務。設備可靠是變電站堅強的基礎，綜合分析、自動控制是變電站智能的關鍵，信息化、集成化、緊湊化、狀態化和高效化是發展方向和目標。近些年來，變電站自動化改造成為了電氣工程自動化的主要發展趨勢，文章首先介紹了國內外對自動化變電站的研究現狀，提出通過自動化改造解決傳統變電站存在的問題，說明了本文研究的意義和內容，為電氣工程自動化的建設與發展添磚加瓦。

【關鍵詞】電氣工程；自動化；現狀；建設

引言

隨著經濟的快速發展，電力系統用電負荷發生了迅猛的增長，采用傳統的基于微處理器和以太網通信的自動化系統已無法滿足當今社會的發展需求，傳統變電站由于電纜繁雜和眾多干擾等因素嚴重影響了一次設備和二次設備之間的數據傳輸，同時電纜雜亂容易誘發電氣事故，給變電站安全運行造成嚴重威脅。與傳統變電站不同，智能變電站通過采用新型的二次設備、智能自動控制技術、測控保護等技術，對變電站的保護、綜合自動化、系統穩定性等提出了更高、更嚴格的要求。智能電網中各領域的研究成為我國和國際電力發展的新熱點，作為電網的關鍵節點，自動化變電站是我國建設智能電網的重要樞紐，同時也是堅強電網的基礎。

1、國內外研究現狀

二十世紀初，美國就開始探索智能電網。2006 年，美國科羅拉多博爾德市宣布建設首個城市智能電網，通過大數據對電網進行控制和調度，有效提高了供電可靠性和穩定性，同時，用戶可以實時了解電價、用電情況，有了更多的個性化選擇。

近十年來，智能電網在歐洲國家也得到了快速發展，通過采用新型電氣設備和智能控制系統，實現電網的綜合自動化和系統的穩定性。2005 年歐洲首次提出智能變電站概念，結合 2008 年發布的智能電網建設戰略技術規劃藍圖報告，歐洲詳細闡釋了智能變電站的未來發展規劃。日本和韓國受制于自身能源短缺特點，主要通過風能、太陽能等新能源大力開展智能電網建設，2009 年設立智能電網研究中心，開展智能電網綜合自動化試驗并投入運行。2009 年，我國數據化程度最高的蘭溪智能變電站完成改造，通過采用高級應用程序、一體化設備、控制保護等自動化技術，實現了信息一體化和狀態可視化，有效提升了供電可靠性。隨著自動化技術的日益發展，國內各地區相繼建設了自動化變電站和傳統變電站自動化改造，基于一體化設計理念，運用了先進的智能技術，實現了智能變電站的高效性、可靠性和穩定性。

2、變電站自動化改造方向分析

隨著計算機數據處理能力及物聯網技術水平的不斷提升，智能變電站監控系統和安全自動裝置等大部分設備都已經相互連接，利用計算機通信方式實現數據交換、信息共享。而常規變電站一次設備和二次設備間的連接則是通過二次電纜，利用二次電氣回路進行數據交換，這是智能變電站與常規變電站最大的不同。通過上述對比分析，我們應從以下幾方面對傳統變電站進行自動化改造：

（1）一次設備的自動化改造：傳統變電站的電流互感器及電壓互感器輸出的均是模擬量，必須通過采樣，通過模數轉換器將模擬量轉變為數字量，使其與數字化設備接口匹配。為解決二次側系統機構復雜、輸出增多、負載能力增加的問題，必須提高一次設備自動化程度。

（2）二次設備的自動化改造：二次設備型號種類繁多，且采用各自特定的專用通信協議，這無形中增加了自動化改造的困難度，因此，在自動化改造中，必須提高二次設備相互間的兼容性。

（3）優化二次回路：由于常規變電站二次設備功能單一、相互獨立，導致二次回路種類多、結構復雜、信息共享度低，因此，在自動化改造中需要優化二次回路。

3、智能電網變電站自動化改造原則

3.1安全可靠原則

常規變電站自動化改造首先要確保變電站自動化改造后安全運行的可靠性水平不能下降。所以常規變電站在進行自動化改造的時候，要嚴格按照國家電網公司制定的規章制度進行改造。

3.2經濟實用原則

常規變電站自動化改造應本著“運行可靠性高，改造成本低，運營效率高”的原則。根據變電站的重要程度、設備運行情況等，使改造后智能電網運行可靠性高、運營效率高、經濟、實用。

3.3 因地制宜原則

常規變電站自動化改造應在國家電網公司的總體規范下，根據每一個變電站的特點，再制定出詳細的、有針對性的改造方案。

4、變電站自動化改造具體實施計劃

常規變電站的自動化改造工程是一個綜合性的大型變電類施工項目，涉及到線路臨時搭接、大量一次設備及構架起吊、安裝和調試；高空作業較多，工藝流程相對復雜；本次工程工期長，階段性操作任務多，且施工階段現場人員眾多，工作地點較分散，現場監控有一定難度；具有易發生觸電傷害、高空墜落、生產過程連續性強易引發疲勞等特點。因此，改造時需做好運行設備與改造設備的隔離和安措，做到技術措施、安全措施層層保證。在常規變電站的自動化改造的過程中，為了縮短技術改造的工期，降低由于設備的停役而帶來的安全生產風險，需要制定出合理的技術改造的實施方案。常規變電站的自動化改造總體可以分為兩個階段：第一個階段，主要是完成變電站內網絡的鋪設和智能變電站的主系統的構建和調試工作，這個階段設備不停電。第二個階段，設備的停役改造，從公共設備開始針對每一個間隔進行改造。以下的工作內容主要是在第一個階段，設備部停電時完成：

（1）鋪設變電站網絡和光纜，并對光纖進行衰耗測試，避免在敷設過程中出現損傷；

（2）對整個變電站進行連接和組網并且鋪設站層和過程網絡，并做好相對應的測試；

（3）建設變電站智能設備和單元，并對各單元進行調試；

（4）針對母差及主變進行多間隔保護的安裝，并對110k V刀閘、電流互感器、電壓互感器、110k V避雷器進行高壓試驗，對電流互感器開展特性試驗；

（5）將時鐘同步接入網絡，對信息進行同步采樣；

（6）將變電站層網絡、調度中心與監控中心的網絡進行連接，連接完成后做好相關的測調工作；此時即完成了變電站改造的全部準備工作，常規變電站自動化改造工作就進入了設備停電階段。

結束語

本次改造與建設極大地提升了變電站的自動化水平。全站通訊實現信息建模標準化、信息傳輸網絡化、全站通信協議標準化（遵循DL/T 860標準），為變電站和電網之間的溝通提供標準可靠的解決方案。全站實現保護測控一體化，采用集中式錄波裝置，減少了設備的數目，簡化了設備之間的二次連線，降低了系統的故障；設備之間還具備了相互操作性，使設備的更新和維護更加簡便，調試時間也大大降低，工作效率得到大幅度的提升；此外，減少了二次設備屏位，減小了變電站設備占地面積，便于變電站的擴建及自動化系統的擴充。對一次設備安裝以變壓器、斷路器等為重點監測對象的在線監測單元，便于及時發現變壓器及斷路器存在的問題，為實現狀態檢修及全壽命周期管理奠定了基礎。站控層高級應用功能及輔助功能的采用，提升了變電站的運行管理水平，符合智能電網的建設發展方向。

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