試析電氣自動(dòng)化技術(shù)在變電站中的應(yīng)用

汪春艷

（廣東白云學(xué)院，廣東 廣州 510450）

0 引言

隨著電力使用總量的不斷增加，電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷的狀態(tài)下，逐漸顯現(xiàn)出各種問(wèn)題。老舊變電站在使用的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)老化嚴(yán)重、技術(shù)落后等一系列的情況，導(dǎo)致當(dāng)前的電力資源需求得不到滿足，給社會(huì)帶來(lái)了負(fù)面影響。為了改善以上情況，需將自動(dòng)化技術(shù)與變電站的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合，并產(chǎn)生全新的控制形式，從而對(duì)生產(chǎn)、發(fā)展起到促進(jìn)作用。

1 電氣自動(dòng)化的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在變電站中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，能在一定程度上節(jié)省人力資源。基于自動(dòng)化技術(shù)建立相應(yīng)的工作理念，能夠保障人員操作過(guò)程的安全性以及監(jiān)督管理工作的全面性。在變電站中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，可以根據(jù)電氣運(yùn)行的真實(shí)狀況，對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行高效處理。一旦出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出警告，相應(yīng)技術(shù)人員根據(jù)提示內(nèi)容，及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，或?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行修正，確保變電站自動(dòng)化設(shè)備硬件、軟件可以正常工作。不僅如此，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)單位功能較為強(qiáng)大，能夠根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整、實(shí)時(shí)監(jiān)控、信息預(yù)警等，并且其還具備全方位、多范圍的特征，以便達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。除此之外，變電站還廣泛使用了全微機(jī)化的設(shè)備種類，強(qiáng)化了電氣自動(dòng)化技術(shù)的效果[1]。

2 電氣自動(dòng)化功能設(shè)計(jì)構(gòu)思

在變電站中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，技術(shù)人員可以通過(guò)電腦自身的兼容性，依據(jù)電網(wǎng)調(diào)度控制、生產(chǎn)系統(tǒng)的需要內(nèi)容，及時(shí)掌握內(nèi)部生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況、狀態(tài)信息等，將其與變電站中的各子系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部的全面管控[2]。正常情況下，變電站內(nèi)部的一次設(shè)備、在線監(jiān)測(cè)裝置、測(cè)控裝置等通過(guò)控制電纜相互連接，從而將變電站電氣設(shè)備的非電氣量、電氣量等信息傳送給相應(yīng)設(shè)備，設(shè)備接收到信息后再將其反饋到后臺(tái)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，提供給監(jiān)控人員使用。通過(guò)對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的合理應(yīng)用，可以使運(yùn)行人員準(zhǔn)確判斷設(shè)備的狀態(tài)，從而完成調(diào)度、運(yùn)行維護(hù)等工作（圖1）。

圖1 自動(dòng)化融入構(gòu)思

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部的生產(chǎn)調(diào)度臺(tái)可以及時(shí)接收故障信息，即該位置接收到任何的異常故障內(nèi)容后，都會(huì)在第一時(shí)間反饋給調(diào)度、監(jiān)控人員。軟件系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、邏輯運(yùn)算等，將設(shè)備對(duì)應(yīng)問(wèn)題的輸出命令信息傳送到控制裝置，從而縮短設(shè)備故障處理所需要的時(shí)間，提升變電站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，確保用電的可靠性。

與傳統(tǒng)的模擬式控制方式相比，電氣自動(dòng)化技術(shù)更為先進(jìn)，并且功能種類豐富、性能相對(duì)穩(wěn)定，具備極高的實(shí)用性。正常情況下，電氣自動(dòng)化是以數(shù)據(jù)庫(kù)、高性能電腦、電力系統(tǒng)之間的通信技術(shù)作為基礎(chǔ)，達(dá)到人機(jī)交互的效果。變電站與電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)合，提升了工作人員調(diào)取、使用內(nèi)部信息的便利性，使其能夠制定出更合理的運(yùn)維策略，為變電站內(nèi)部設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。

當(dāng)前，變電站、電氣自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合后，內(nèi)部的關(guān)鍵組成主要有：數(shù)據(jù)網(wǎng)管機(jī)器、多樣化的測(cè)控裝置、計(jì)量系統(tǒng)、自動(dòng)裝置、智能生產(chǎn)輔助系統(tǒng)等。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還具備發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等保護(hù)功能，以及火災(zāi)發(fā)生報(bào)警、遠(yuǎn)距離視頻、數(shù)據(jù)信息共享、自動(dòng)操作控制等一系列功能[3]。

3 電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案

3.1 背景條件

國(guó)家科技實(shí)力快速提升的同時(shí)，促使變電站自動(dòng)化研究工作不斷進(jìn)步，使大量專業(yè)人員投入電力能源網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并提出了一系列專業(yè)理論，為變電站自動(dòng)化設(shè)計(jì)、實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)大多數(shù)老舊變電站都利用了全新技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、創(chuàng)新，不僅提升了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，還減少了其中的一系列安全隱患，增強(qiáng)了變電站業(yè)務(wù)能力。

3.2 設(shè)計(jì)方案

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)情況的細(xì)致調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)變電站都較為陳舊，并且設(shè)計(jì)理念較為落后，其中的一次、二次設(shè)備老化問(wèn)題嚴(yán)重，導(dǎo)致出現(xiàn)故障的概率大幅提升，需要及時(shí)進(jìn)行創(chuàng)新、優(yōu)化工作。在接近負(fù)荷側(cè)的變電站進(jìn)行電氣自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)時(shí)，由于聯(lián)絡(luò)站數(shù)量較多，并且多數(shù)是終端變電站，這在維持電力穩(wěn)定方面上造成一定的困難。針對(duì)該問(wèn)題，相關(guān)設(shè)計(jì)人員制定了以下4 種措施：①將110 kV 的主變壓器改造成三相、三繞組有載調(diào)壓式設(shè)備；②在對(duì)110 kV電氣裝置進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，技術(shù)人員提供的設(shè)計(jì)方案是使用戶外中型單母線連接的裝置；③在對(duì)35 kV 電氣裝置進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)方案內(nèi)容是使用戶外中型母線分段布置裝置；④無(wú)功補(bǔ)償電容設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案是戶外布置過(guò)框架式的電容器設(shè)備[4]。在設(shè)計(jì)變電站內(nèi)部電氣設(shè)備控制方案時(shí)，可以使用分層分布形式的電腦監(jiān)控系統(tǒng)，將繼電保護(hù)裝置集中安設(shè)在綜合控制樓的繼電器室內(nèi)。

3.3 自動(dòng)調(diào)度

開(kāi)展變電站內(nèi)部調(diào)度通信自動(dòng)化管控時(shí)，技術(shù)人員使用了OPEN3000 系統(tǒng)，并將其作為擴(kuò)展、強(qiáng)化能力的重要設(shè)施。OPEN3000 系統(tǒng)具備多樣化的通信規(guī)約功能，例如，對(duì)以往信息內(nèi)容的保存、對(duì)警告信息的記錄、對(duì)調(diào)度管控人員進(jìn)行曲線信息推送、對(duì)變壓器抽頭與隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)整等，其在應(yīng)用中還能自動(dòng)完成在線監(jiān)測(cè)、自動(dòng)修復(fù)，降低設(shè)備自身故障情況出現(xiàn)的概率，并且還能與變電站內(nèi)部的刀閘、開(kāi)關(guān)、保護(hù)測(cè)量裝置、交直流電源等一次、二次設(shè)備進(jìn)行連接，保護(hù)一次、二次設(shè)備的運(yùn)行安全、穩(wěn)定，完成數(shù)據(jù)信息之間的交互。同時(shí)，OPEN3000 系統(tǒng)還可以與變電站內(nèi)部調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行連接，構(gòu)建完善的通信網(wǎng)絡(luò)。不僅如此，OPEN3000 系統(tǒng)還具備報(bào)告管控、一鍵操作、保護(hù)信息處理、報(bào)警、直接傳輸?shù)裙δ埽瑸樽冸娬镜牧己眠\(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.4 電氣自動(dòng)控制

為了大幅提升變電站內(nèi)部的安全系數(shù)、供電實(shí)力，可以利用分層分布形式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PCS9700 廠站電腦監(jiān)控系統(tǒng)，以及使用一致的組網(wǎng)種類，依據(jù)安全、高效等原則，以及信息直接傳送、數(shù)據(jù)信息優(yōu)化供應(yīng)的要求，對(duì)變電站中的一次、二次變電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送、控制、處理。與此同時(shí)，在變電站內(nèi)部安裝保護(hù)裝置的過(guò)程中，還要對(duì)裝置閉鎖的信息內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，保障變電站的安全運(yùn)行。

變電站內(nèi)部的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還要對(duì)內(nèi)部的一次、二次設(shè)備的運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)通信情況，以及主變有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行的檔位、斷路器位置、站內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)等設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、控制，可以配備電壓無(wú)功控制、自動(dòng)按頻率減負(fù)荷等自動(dòng)裝置，以此全面保障變電站運(yùn)行的安全性。不僅如此，在內(nèi)部還需要配備一定數(shù)量的公用測(cè)控裝置、35 kV 的線路保護(hù)裝置、10 kV 電容器保護(hù)裝置等。

變電站中的后臺(tái)系統(tǒng)由設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)、單元層網(wǎng)絡(luò)、站控層網(wǎng)絡(luò)組成。站控層可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，并通過(guò)多媒體消息業(yè)務(wù)（multimedia messaging service, MMS）的形式來(lái)完成信息傳送[5]。單元層可以在站控層失效后，代替其完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息采集、設(shè)備控制等工作，具有輔助控制的作用。

3.5 電源系統(tǒng)

技術(shù)人員可以根據(jù)電源監(jiān)控設(shè)備的使用情況，加強(qiáng)設(shè)備的監(jiān)控與管理，保證電源系統(tǒng)可以正常使用。為了充分發(fā)揮電源監(jiān)控設(shè)備的作用，需要借助以太網(wǎng)來(lái)連接變電站內(nèi)部的電源監(jiān)控設(shè)備和后臺(tái)系統(tǒng)。正常情況下，變電站裝設(shè)有硅整流直流形式的電源系統(tǒng)，能夠提供穩(wěn)定的220 V 電力資源。與此同時(shí)，變電站通常配備220 V 鉛酸免維護(hù)封閉式的蓄電池組，平時(shí)蓄電池組以浮充電的方式運(yùn)行，當(dāng)直流電源消失時(shí)，可以迅速接入系統(tǒng)，保證變電站二次系統(tǒng)的正常運(yùn)行。除此之外，變電站中還安設(shè)了不斷流的電力能源，工作人員可通過(guò)輻射的方式完成持續(xù)性的電源供應(yīng)，從而保障變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 電氣自動(dòng)化技術(shù)在變電站中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)采集處理

變電站運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，想要保障變電系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，便要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的采集和整理。在變電站內(nèi)部的使用電氣自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，還要保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性及信息處理的有效性。例如，模擬量轉(zhuǎn)成數(shù)字量、電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)變位識(shí)別、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別等產(chǎn)生的信息，通過(guò)自動(dòng)化分析、處理工作，將最終結(jié)果傳送到控制系統(tǒng)內(nèi)，再由其對(duì)斷路器的分合閘、母線電壓等開(kāi)展管控，從而保證設(shè)備處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電氣自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)優(yōu)勢(shì)逐漸展現(xiàn)出來(lái)。正常情況下，電腦監(jiān)控系統(tǒng)涉及的范圍廣泛，不但不需要人工操作便可以對(duì)內(nèi)部通信設(shè)備、信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還要對(duì)變電站中的不間斷電源設(shè)備（uninterruptable power system, UPS）、直流系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)控，隨時(shí)調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償裝置狀態(tài)（圖2）。在變電站中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人操作、減少人工值班等目標(biāo)，因此，系統(tǒng)內(nèi)部在進(jìn)行功能設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)將“分層設(shè)計(jì)”作為關(guān)鍵原則，所謂的“層”主要為功能、間隔、控制等，其可依據(jù)實(shí)際狀況完成調(diào)節(jié)任務(wù)。不僅如此，在變電站內(nèi)部使用電氣自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，為了充分展現(xiàn)電腦監(jiān)控系統(tǒng)的作用，應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化外圍設(shè)備的設(shè)置，從而大幅提升控制系統(tǒng)的實(shí)力。

圖2 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

4.3 設(shè)備故障信息記錄

電氣自動(dòng)化技術(shù)與變電站結(jié)合后，在日常運(yùn)行中便可對(duì)內(nèi)部出現(xiàn)的設(shè)備異常情況、時(shí)間順序等進(jìn)行全面記錄，其中還涉及變電站在運(yùn)行中的保護(hù)動(dòng)作序列、設(shè)備開(kāi)關(guān)跳合情況等。與此同時(shí)，技術(shù)人員通過(guò)合理使用配置，能夠在一定程度上發(fā)揮變電站中監(jiān)控系統(tǒng)通信功能，從而完成對(duì)故障記錄信息的分析以及對(duì)相應(yīng)信息的保存[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為滿足當(dāng)前社會(huì)的電力使用需求，需將電氣自動(dòng)化技術(shù)與變電站相結(jié)合，保障電力變換傳輸過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)電氣自動(dòng)化應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、設(shè)計(jì)、應(yīng)用方面的細(xì)致分析，相關(guān)技術(shù)人員可以基于當(dāng)前的真實(shí)情況，借鑒國(guó)外的優(yōu)秀成果，研發(fā)出更加先進(jìn)、更加靈活的智能化技術(shù)，進(jìn)一步提升變電站運(yùn)行中的安全性、穩(wěn)定性。