變電自動化和穩定性狀態檢修策略分析

毛貽智

（國網湖北省電力有限公司公安縣供電公司，湖北 荊州 434300）

0 引言

某變電站設計應用的變電自動化系統，具有自動監視、控制、調度、測量等功能，其采用分布式和集中式結合的結構，系統包括站控層、間隔層和過程層，用于變電站變壓器、電抗器、電容器等設備運行過程中的數據挖掘和數據檢測。然而，系統運行階段極易出現穩定性問題，需定期開展穩定性狀態檢修作業。變電自動化系統結構如圖1 所示。

圖1 變電自動化系統結構

1 變電自動化系統設計

1.1 結構設計

變電自動化系統構建應該采用分層分布式結構，該類結構面向對象更具針對性、更聚焦[1]。分布式結構以設備為單元模塊設計，用于控制、采集相關數據，將前端數據采集裝置安裝至高壓斷路器附近，或在內部裝設開關。該結構設計使用電纜將分散的單元模塊銜接成為一個統一整體，實現網格式的變電自動化系統設計，各單元模塊相互聯系、相互獨立，具有良好的擴展性和可控性。但集中式結構具有強大的控制功能，變電自動化系統功能實現需基于集中式結構設計。使用1～2 臺中央處理器用于各功能單元的集中控制，前置主機模擬脈沖和開關量，控制輸出信號。因此，變電自動化系統將集中和分散兩種結構結合，使用分布式結構部署和集中式組屏的方法，利于監測系統運行穩定性，易獲取各設備元件運行期間的電流數據、電壓數據、溫度數據、氣體數據等。

按照結構層級，可以將系統分為站控層、間隔層和過程層。站控層包括主機、操作站、工作站、GPS 裝置、網絡設備、人機交互界面等；過程層包括通信中心、數據中心，調度中心等；間隔層包括管理設備、調度設備、通信設備等。

1.2 網絡模型

變電站采用服務器與終端服務器合作的形式完成系統的工作[2]。在部署服務器的同時建立變電自動化系統網絡模型，假定變電站中數據以節點編號及設備次序，建設負荷節點模型，消除負荷節點的注入電流，建立搖擺周期內的數據模型。且穩定性狀態檢測對時間的要求較高，故使用經典單元數學模型研究多功能自動化系統。模型中處于模型邊界點的數據穩定性較差，需賦予網絡實時數據監測功能，總線網絡布設模型如圖2 所示。

圖2 總線網絡布設模型

網絡模型主要用于數據通信，在變電自動化運行方式上考慮各個元件對數據的反應特性，使其起到通信和保護的作用。網絡模型構建使用總線布設方式，將各個元件系統整合后建立主控網絡和人機交互界面，用于網絡數據的顯示。

1.3 通信網絡設計

通信軟件的系統非常強大，可以將不同設備中傳輸的信號統一成相同的格式[3]。變電自動化運行過程中采用現場總線布設的方式構建網絡模型，根據通信技術、通信協議的應用，構建變電系統的整體結構。按照通信網絡的需求，使用以太網連接模式，同時將設備連接到綜合監控系統之中。數據通過網絡交換大量的信息，通信交互以邏輯節點和數據服務為核心，每個公用數據所承載的服務功能有所差別。通信網絡結構設計按照邏輯二極點建立模型，邏輯節點基本組成部件如圖3 所示。

圖3 邏輯節點基本組成部件

按照上述邏輯節點組成數據通信集合，連接邏輯設備及網關，將設備映射到網絡之中。現場總線統計技術作為變電自動化的主干網絡，性能會根據節點的持續增加而有所下降，會導致出現文本數據缺陷的情況，從而影響到變電站相關設備的運行穩定。通信邏輯節點的影響主要表現在相應速率上，邏輯節點中數據集中報告和記錄的增加，會使得通信相應速率下降。同時，通信帶寬也會限制數據的傳輸。使用總線拓撲結構時，若某一處出現故障，則整個網絡通信系統可能會出現癱瘓。

1.4 穩定性分析

變電運行設備自動化技術所應用的人工智能系統非常強大，且具有豐富的數據庫，能夠監測和收集信息[4]。變電自動化系統具備強大的自我調度、負荷切斷、負荷調整等功能，通過數據傳輸可識別故障，并在第一時間內整理相關數據信息，采取停止故障部分運行的措施，或采取調節電壓、切換線路的方式使其處于恢復至穩定狀態。該過程基于能量管理系統實現，如果擾動較為嚴重，變電自動化系統可能處于不穩定運行狀態，導致變電站運行產生危機。

處于不穩定性狀態會產生兩種危機：①穩定性危機。穩定性危機是指變電站系統產生的能量所具備的破壞力，在短期內難以達到穩定的狀態。②持久性危機。持久性危機是故障因素所導致的系統實時狀態，監測設備運行參數浮動過大，影響到供電的持續性。因此，檢測變電自動化系統以及連接各設備是否處于穩定狀態，進而采取穩定性狀態檢修模式，在不影響變電自動化系統運行的基礎上，采取多種方式消除故障，保證系統處于穩定狀態。

2 變電站穩定性狀態檢修策略

2.1 穩定性狀態檢修概述

變電自動化監測數據，采用文本計量的方式識別變電站各系統的運行狀態，并依靠詞向量語料相似度的計算結果，實現文本信息的自動化挖掘。而檢修工作的開展基于預防性檢修、故障檢修及狀態監測的方式，實現對變電設備的自動化診斷。穩定性狀態檢修根據自動化識別結果、監測結果，利用自動化系統的調度功能，在不停止變電設備運行的基礎上，開展檢修工作，識別設備的運行狀態，根據識別結果的嚴重程度及預警征兆，處理變電設備的運行故障。在變電自動化的狀態下，狀態檢修技術呈現出以下特點，具體穩定性狀態檢修功能如圖4 所示。

圖4 穩定性狀態檢修功能

以變電自動化系統為依托開展變電設備狀態檢修工作，既可以減少維修成本，根據系統識別結果及時發現問題和解決問題，也可以在使用預測性檢修方法的過程中有效降低設備故障的概率。且依據變電自動化系統的監測功能和調度功能，在各模塊的聯合作用下將日常運行和故障檢修相結合，可及時分析和找出安全故障隱患，從而采取針對性的檢修措施。

2.2 穩定性狀態檢修措施

2.2.1 設備狀態檢修

采集與監控軟件的主要工作是采集變電設備的各種型號數據，如溫度、電壓、功率等[5]。變電自動化可監測設備數量較多，按照設備類型分別采用不同的穩定性狀態檢修措施。變電站的核心設備為變壓器，其他設備包括互感器、斷路器、隔離開關等，綜合變電自動化運行的實際狀態，根據自動化監測結果確定故障位置及故障類型，并采取不同的狀態檢修措施，在不影響變電站系統正常穩定運行的前提下，分析和判斷設備是否出現異常。例如，變壓器穩定性狀態檢修主要根據監測的空間存量和氣體含量判斷設備是否處于故障狀態。部分氣體含量超標可以驗證變壓器設備是否存在短路或絕緣故障，同時，狀態檢修包括局部放電或設備振動頻率的檢測等，可判斷變壓器設備是否出現故障隱患。

斷路器的狀態檢查主要包括是否出現誤動、拒動以及在運行過程中是否出現過熱問題，通過斷路器的穩定性狀態檢修，可以判斷是否存在相應的故障。同時，互感器設備及隔離開關等設備均是變電自動化的重要設備，設備穩定性狀態檢修過程中需要使用傳感器技術及參數識別技術等檢查各元件是否處于安全穩定的狀態，當監測結果表明設備運行相關參數與實際不符合時，可根據監測顯示故障內容及故障區域，采取不同的檢修和維護措施，及時消除設備安全隱患。

2.2.2 自動化故障調度

變電自動化系統具備強大的數據分析和文本識別功能，根據算法的應用建立數據庫，對比設備運行的標準參數及故障參數，從而識別故障代碼。按照監測所得的數據識別結果及文本挖掘算法，可實現自動化決策功能，在科學調度的基礎上，開展預測性檢修作業。例如，系統在運行過程中可能會在某一部分出現超負荷輸電的情況，導致電力系統的負擔有所增加，而應用變電自動化系統可以識別和監測該類異常情況，并判斷該類異常情況產生的原因及此問題可能導致的后果。異常問題可能會持續幾秒鐘或者幾分鐘，該階段如果不根據識別結果采取相應的措施處理故障問題，則電力系統非常容易出現故障，所造成的經濟損失和安全事故是難以預測的。因此，利用變電自動化系統的識別和調度功能，可以在變電站系統處于不穩定狀態運行過程中，及時調控以減少影響，即變電站處于恢復狀態。在此過程中，可以根據自動化系統采取切換或者限制負荷的方式，為用戶提供穩定電力。隨后，運維人員可以根據故障識別結果，采取相應的檢修措施，以保障系統及時恢復，減少可能出現的安全隱患問題。

2.2.3 日常維護機制建立

變電自動化穩定性狀態檢修就目前的電力系統配置情況而言，需要采取人工和系統同時運行的方法識別故障、消除隱患。尤其是穩定性狀態檢修工作強調預測性檢修和故障檢修等業務的開展，檢修工作的規范性、科學性是影響最終效果的關鍵因素。相關人員需要采取科學的檢修措施，結合變電自動化系統運行和應用情況制定檢修標準和檢修規范。例如，電力企業根據變電自動化系統的應用情況，將系統識別和監測結果與運維人員設備終端相連接，當出現安全故障時，運維人員可以及時處理故障，消除安全隱患。

日常系統運維和維護工作的開展同樣依據系統的識別結果及監測結果，運維人員應實時監測自動化系統運行的實際情況，在人機交互界面中應用檢修功能、檢測功能，根據系統識別結果所生成的參數曲線，制定相應的運維措施。在檢修過程中，針對已經排查出的安全隱患，采取單獨試驗的方法，并切實做好相應的安全防護工作，減少可能出現的安全事故。由此可見，穩定性狀態檢修以精準故障識別和科學隱患排查的方式，確保了變電自動化系統運行的穩定性。

3 結語

變電自動化是電力系統的未來發展趨勢，變電站作為電力系統的重要組成，其安全性、穩定性尤為重要。變電自動化系統的建設與應用以數據為變電站設備運行驅動模塊，實現變電站自動化監測、自動化調度、自動化分析等，并基于變電自動化的穩定性狀態檢測對運維人員提出更高要求，可以實時了解設備運行狀態，判斷各項參數是否變化或是否穩定、有序，從而保障變電站系統的穩定性運行。