配電變電站自動化現存問題與解決對策

全昌明　付建軍

摘 要：土配電變電站是當前配電網的重要組成部分。配電網自動化水平在一定程度上是由配電變電站實際自動化水平影響的。目前，國內部分老式配電站運行期間會存在困難，為更好地解決配電過程中出現的各類問題，需要重點分析配電網自動化水平力度，尋求行之有效的解決措施。

關鍵詞：配電;變電站;自動化;問題;解決對策

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）04--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.070

變電站是十分重要的電力設施，承擔著變換電壓、接收分配電能以及控制電力流向并調整電壓的重要職能。

隨著自動化技術的快速發展，變電站已經基本實現自動化控制，主要體現在監控系統運行狀態等方面，通過顯示器呈現出各類監測信息。

值得注意的是，變電站實現自動化運行應關注繼電保護裝置的功能。微機自動化在變電站自動化運行中具有突出優勢，在這一基礎上結合集成控制電路，巧妙融合通信技術、自動化技術，為變電站發展提供支撐。

1 變電站自動化系統的功能

變電站自動化系統是調度設備的關鍵組成部分，被廣泛使用在各個配電網中，成為調節與控制配電網實現調度自動化的重要方式，能夠及時控制與監管電網，完成通信、遙控等任務。

遙信：收集到的電力系統繼電呈現保護狀態，通過斷路器隔斷狀態信息，發出預警信息。為適應電網與設備運行目的與需求，集控中心需要妥善安排，及時掌控各班次變電站運行情況，確保做好全方位、多領域監控。

遙測：收集電力系統運行的具體參數，測量各部門功能的實際情況，做好記錄和管理工作。

遙控：從集控中心發出對斷路器、隔離開關、接地開關執行分合閘操作、信號復歸及功能投退等控制量信息。

遙調：集控中心向電力系統發布的調整指令，控制電壓。

2 智能變電站的自動化設備結構

目前，變電站建設發展均在向著高度自動化的方向前進，自動化裝置一般有三個階段，即站控、間隔和過程。

站控層通常包括負責監視和通信的設備及調制調節器，功能主要有：在線編程，可通過閉鎖手段實現全面監控;促使自動化設備提高至高度自動化的程度，并支持故障識別分析;人機聯系，支持本地監測;根據實際需求，在符合本站調試規范的前提下獲取相關資源。

間隔層進行智能程度較高的維護和測控，功能主要有：建立與其他兩層的聯系渠道，在實現通信的基礎上妥善分析數據信息，確保變電站的安全性能。要及時監督管理開關設備，及時做好檢查工作[1]。

變電站中自動化控制技術主要包括計算機技術、通信技術等，計算機技術中的微機自動化技術得到了大范圍應用。計算機技術屬于變電站自動化控制中的核心關鍵技術，對于變電站自動化控制的發展具有促進作用，主要實現變電站的遠程自動化操作，還包含人工神經網絡技術、PID控制技術等。

利用計算機控制技術，提高變電站隔離開關等裝置的操作便捷性。變電站自動化控制涉及大量關鍵信息傳輸，要依靠通信技術，將信息由控制中心傳輸到不同端點，完成系統內的信息交換。

微機保護屬于變電站系統自動化運行中的重要組成部分，主要作用是保護變電站中主要設備及配電線路的安全運行。

以某配網運行規模較大、電壓等級較高的變電站為例，在二次系統改造工作中實施保護裝置的微機自動化改造。在實際改造過程中，從變電站主要控制室到室外敷設屏蔽控制電纜連接配電設備，敷設電纜總長度為14 km左右，主要敷設兩條通訊線路，一條分布在6 kV高壓柜中，另一條用于連接網卡。

變電站完成自動化改造后，運行安全系數明顯增加，改造后運行微機綜合自動化控制系統可以建立人機交互界面，變電站管理工作也可以得到信息支撐[2]。

3 配電變電站自動化問題控制對策

3.1 溫、濕度影響啟動

輸電網內的變電站與配電站內部投入的自動化設備類似，主要在設計期間沒有預先設計與留存空調與采暖設備的位置。對此，配電變電站使用RTU與輸電網保持一致的情況下，溫度變化會給機械運行帶來麻煩，嚴重時會出現不能啟動的情況。

很多RTU制造廠家采用的芯片都為民品級的，民品級芯片的工作溫度通常是0 ℃～55 ℃，由于冬季我國北部很多地區天氣條件較差，變配電站室內氣溫有時會降到-15 ℃以下，氣溫降低使RTU裝置無法正常開啟，導致裝置無法正常工作。為解決RTU設備低溫啟動困難的問題，一些制造廠家在關鍵環節上使用了工業級芯片，也會造成成本增加。

研究發現，如果RTU進入低溫環境，大多數情況下仍能工作，這是因為器件在運行期間還在發熱，散發的熱量能夠滿足管芯需要的溫度。因此，低溫環境下也可以不選擇低功耗的器件。寒冷環境中，設備一旦發生問題，停機后不散熱，芯片溫度下降，會造成設備啟動困難。

為提高RTU設備啟動成功的可能性，要在開機前預熱設備，確保設備完成預熱后方可操作。因此，可以把工業品級的芯片添加在寒冷的環境下監管，但民用級芯片依然適用于RTU及其他電子設備。

監視定時器（WDT）一直保持正常運行，如果RTU沒有正常啟動，經過一個時間階梯后會使監視定時器（WDT）產生錯誤報警，需要啟用RTU，如果啟動不成功則不斷重復此步驟，直至RTU啟用完成[3]。

此外，使用環境機箱要借助半導體元件中的PTC完成加熱工作，確保環境機箱內的溫度符合設備運行標準。半導體加熱期間要與其他配件協調使用，控制環境機箱溫度達到最佳使用效果。這種方案也存在缺點，像PTC斷電后需要較長的時間完成運行工作，會影響配電工程自動化提升效果，長此以往，會對配電網自動化水平產生影響。

3.2 建立完善的管理機制

對于智能變電站自動化設備，在原有巡檢工作計劃的基礎上，增加必要的巡檢項目，如在線巡檢、終端設備、開關設備等。同時，要完善和優化設備維護機制，特別是加強網絡通信、光纜清洗等問題，使管理機制更符合智能變電站的運行要求。

3.3 加強智能設備管理

智能化設備調整操作方式一般是測控本地化，用智能控制柜代替原來的測控屏，放棄原有電纜的信號傳輸，建立基于光纖的通信模式。對于自動化設備的日常運行，主要問題是通信。

智能變電站自動化設備的運行狀態是關鍵，應組織全面的運行、維護和檢查，確保包括在線監測和終端在內的各類設備保持較好的工作狀態。此外，相關管理和操作人員應定期檢查設備的運行狀態，避免發現特殊問題，提高管理效果。

3.4 智能單元包括測控和保護模塊，分別完成測控和保護功能

主控與間隔通信單元使用雙網并聯故障通信方式完成傳輸，一般情況下，兩者傳輸不同的數據信息，如果一方網絡產生故障，另一方則傳輸全部數據，加強了系統的穩定性和可靠性。實時數據在傳輸期間要有效分布，避免網絡沖突，提高系統的穩定性。

3.5 變電站自動化系統為分布式系統

目前，變電站自動化智能設備處理能力更加先進，使用自動化智能設備能夠配置其他智能設備。換言之，通過獨立的設備自動化性能控制其他智能設備，完成集中管理工作。

3.6 狀態量采集精度

變電站收集的狀態量多種多樣，斷路器、隔離開關等都需要檢測，把握電力精準程度，確保在收集期間不產生誤差，避免對電網穩定性產生影響[4]。

第一類是利用反應動作條件的有關繼電保護裝置保護繼電器觸點。安裝期間，不需要任何轉換，可以直接連入光耦隔離器的SI板。

第二類則是切換或進入計算機系統狀態的接點，如刀開關和斷路器中的開、閉輔助接點和跳閘接點。這種觸點通常用來連接和切斷在高電壓（220 V或110 V）電路中開關式繼電器線圈的勵磁電回路。分動箱繼電器的連接點也反映刀閘和斷路器的分、合閘狀態，反映刀閘和剩余電流斷路器之間的相對位置。弱電流電路中的傳輸繼電器觸點可直接連接到帶有光電隔離的RTU開關輸入板上，由分動繼電器線圈的勵磁電路和大電壓（110 V或220 V）的電路直接相通，發揮防止干擾及隔離的作用，提高系統的抗干擾能力[5]。

第三類觸點要借助開關繼電器完成轉換工作，對斷裂器與工具開關信號給予反饋。遠程信號傳輸繼電器大多情況下會呈現開關狀態。通過提高轉換繼電器信號把控精度，同時轉換繼電器也有缺點，有時會延時，在一定情況下削弱了soe分辨率。

3.7 電氣系統變電站自動調試

電力系統變電站自動化過程中，電壓無功自動控制系統的功能是準確識別系統的運行方式和相應的一次接線方式。根據實際情況采取相應的優化措施，可以取得較好的效果。調試期間，保證電力系統的聯鎖功能正常運行，提高電力系統穩定性，保證合理控制電容器的投切狀態。

數據終端在電力系統中的作用非常重要，主要是因為數據終端屬于中間設備，一般安裝在主計量站，具有數據存儲、處理、傳輸和采集的作用。如果系統中出現調度開關位置不匹配的情況，采用遠程信號調試策略，檢測上傳到電力系統的信息。如果檢測結果表明遠程主控制器發送消息，基本可以判斷調度終端發生故障。

工作人員還可以將信息下載情況明確告知變電站，實施相應的調試工作。如果電源系統不能正常運行，下載通信故障調試策略，明確系統前端計算機的控制權限，降低了自動化系統的故障概率。

故障檢修順序是自動調試的重要方法之一，主要包括分段和順序。排除順序故障時，工作人員應注意遵循規定的順序和流程，逐一檢查每個環節。設備信息收集過程中如發現設備通信故障，應采用分階段故障排除的方法，確保工作效果符合標準。

3.8 故障處理

二次設備測試難免出現故障，要設置處理計劃。如果調試時保護設備發生異常，維護人員要主動全面檢查，獲取裝置有關資料與歷史調試日志，確定問題原因。在全部處理結束后再次啟動設備，觀察運行狀態，如果問題還未解決，應繼續測試合閘出口與軟壓板、壓板情況。發現智能終端出現問題時，應先判斷故障原因，查看運行狀態。故障處理中，要重點關注GOOSE斷鏈，防止發生錯發與漏發問題。調試合并單元時，一旦有通信及內部異常，會直接干擾通信終端和數據采集模塊。對此，開啟裝置自檢，判斷異常點及原因，完成簡單診斷。如果故障未能消除，應立即重啟，視情況安排處理計劃。

3.9 注重變電站六氟化硫重合器的管理

六氟化硫重合器同樣是變電站自動化運行中的關鍵部件，維護時如果缺乏相應的壓力表，可選擇使用氣壓法檢測六氟化硫重合器。具體檢測應先拆下集線盒蓋板，施加壓力于下頂蓋上面的軸，之后松手使其恢復至原本狀態，證明氣壓正常。如果檢查維護具備壓力表的六氟化硫重合器，檢查時只要擰下氣門蓋就可以檢查氣壓，監測環境為20 ℃，氣壓為0.35 MPa代表正常，如果氣壓低于0.25 MPa則要停止運行。另外，應測量六氟化硫重合器的合閘和分閘速度，比對測量數值與規定數值，超過規定數值時應調整彈簧拉力，保證合閘與分閘速度都滿足運行要求[6]。

3.10 注重變電站跌落熔斷器的管理

相關管理人員在管理和維護跌落熔斷器時，應重視倒閘操作，檢查跌落熔斷器的熔絲，盡快更換受損的熔絲。熔管變形情況時有發生，主要由于受潮引起，除了更換變形的熔管，還應檢查作業環境，采取防潮措施。對于絕緣子是瓷質的跌落熔斷器應檢查是否存在放電痕跡及裂紋等，出現此類異常情況時應及時更換。為避免熔管鴨嘴夾在變壓器運行中脫落，應及時調整松弛的鴨嘴夾，確保其對于熔管具有足夠的夾力。

4 結語

隨著經濟社會的發展和科學技術的進步，電力系統變電站技術水平得到了顯著提高，尤其是自動化水平提升效果較為明顯。為保障自動化水平，要確保其擁有安全穩定的施工環節，做好自動化管理工作。為避免變電站的自動化系統受到各種因素的影響，施工人員要結合施工狀況，排除不合理的風險因素，確保電力供應的安全性。

參考文獻

[1] 高泓怡，郁夢琪，曾柔逸倩，等.電力系統中的電氣自動化技術應用[J].集成電路應用，2021（6）：154-155.

[2] 曾湘聰.自動化技術在數字化變電站中的應用研究[J].數字技術與應用，2021（5）：1-3.

[3] 李帆.電力系統中的自動化技術應用[J].集成電路應用，2021（1）：66-67.

[4] 陳啟明.110kV變電站綜合自動化優化設計[D].贛州：江西理工大學，2021.

[5] 李曉東.35kV變電站自動化系統升級及智能決策功能規劃[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2020.

[6] 范永恒.變電站綜合自動化安全監控與運維一體化研究[D].長春：長春大學，2020.