電力系統及其自動化技術的安全控制問題和對策

摘要：本文以電力系統及其自動化技術的安全控制問題為切入點，通過分析相關問題的根源，提出了提升控制準確率、采用自適應調整模式、加強設備運維和提升系統邏輯控制能力等一系列措施。在論述這些理論措施的同時，還結合模擬實驗進行輔助說明其有效性和可行性。最后簡單就電力系統及其自動化技術的安全控制問題應對進行展望，提出借助大數據進行管理和分布式控制的思路，希望可以為后續電力系統工作提供參考。

關鍵詞：電力系統；自動化技術；安全控制；邏輯控制

一、引言

電力系統（power system）由發電、輸電、變電、配電、用電設施以及為保障其正常運行所需的調節控制、繼電保護和安全自動裝置、計量裝置、調度自動化、電力通信等二次設施構成，是社會生產、生活的重要服務設施。自動化技術運用以來，電力系統工作能力得到了提升，但其安全控制工作仍不完善，時有問題發生[1]。考慮到電力系統以及其自動化技術的重要作用，有必要對安全控制問題進行深入分析，以了解其表現和成因，并采取可靠的技術手段加以應對，確保電力系統能夠正常運行。

二、電力系統及其自動化技術的安全控制問題

（一）控制系統誤操作

電力系統及其自動化技術的應用普遍，其安全控制工作中的問題也值得關注，如控制系統誤操作。該問題是指電力系統使用了自動化技術后，在無異常的情況下，系統管理單元投入作業，破壞系統工作穩定性、持續性的情況，典型表現如繼電保護裝置誤操作切斷電源，導致系統不能常規組織電能輸配。從成因上看，誤操作一般與自動化技術應用不當有關，如不能進行精準的數據分析和有效的數據庫建設，均可能導致控制系統誤操作的問題。因此，誤操作可視作系統安全控制的常見問題[2]。

（二）控制參數異常

控制參數異常，是指電力系統及其自動化技術應用過程中，無法持續穩定地控制各項參數，進而會導致管理上的準確性和及時性的問題。以火災預防為例，自動化技術需要敏銳感知與火災相關的信息，如溫度、煙塵濃度、二氧化碳濃度等，以準確感知并及時發出警報，提醒人員采取相應措施。然而，當控制參數異常時，系統無法以穩定的參數進行溫度、煙塵濃度、二氧化碳濃度變化的收集和判斷，無法精確進行火災預測，可能會降低安全控制的質量，導致火災事故的蔓延，帶來較大的經濟損失甚至人員傷亡[3]。

（三）控制設備損壞

控制設備損壞，是指電力系統及其自動化技術應用過程中，設備出現軟硬件方面的故障和異常，包括物理損壞和虛擬層面的故障，如系統漏洞等，導致系統無法正常借助自動化技術進行生產作業，也無法通過自動化技術完成安全管理。在信息化作業模式下，電力系統和其自動化模塊大多需要在聯網模式下進行管理，這導致網絡層面存在安全隱患，很難完全杜絕。可能會出現系統被病毒、木馬程序侵入的情況，導致系統出現漏洞，無法按照默認程序執行安全管理，也無法準確偵測和處理安全事故[4]。硬件損壞的原因更加復雜，但與系統漏洞和軟件損壞具有相似性，都會影響系統的安全管理質量。

（四）控制邏輯混亂

控制邏輯混亂，是指在電力系統的自動化技術支持下，雖然可以執行一般性操作，但在信息處理、指令下達等環節存在異常，無法妥善完成信息辨識或準確記錄處理信息的情況。該問題一般與系統工作環境有關。電力系統的工作環境比較特殊，輸配電設備和其他一次設備在工作中會產生較強的電磁干擾。當電力系統的自動化結構與輸配電設備、其他電力系統一次設備距離較近，并且自身抗干擾的能力不足時，可能會出現控制邏輯混亂的情況，從而破壞安全管理。例如，在完成危險信息收集后，系統可能無法妥善傳輸信息，遠程管理人員接收信息的延遲率較高，信息可讀性較差，無法充分為安全控制和管理活動提供服務[5]。

三、電力系統及其自動化技術的安全控制問題對策

（一）提升控制準確率

應用自動化技術后，電力系統的工作能力顯著得到改善，但安全控制方面的問題也需加以控制，以保證電力系統能充分發揮自動化技術的作用。針對控制準確率不高的問題，建議加強數據管理并構建開放型數據庫，以提供信息方面的管理支持。

數據管理的要點在于加強收集和降維訓練。以繼電保護裝置為例，應在裝置使用前充分收集數據，了解在設備損壞、短路等一般安全問題發生時，系統內電流的變化特點。數據收集越完善，所獲得的進階數據準確性也會更高。準確的數據可作為控制標準，進行降維訓練，從而提高自動化技術下繼電保護裝置的控制精度。同時，通過集成或嵌入技術，實時記錄繼電保護裝置的工作信息到計算機中。特別是記錄誤操作信息和常規操作信息，以便進一步進行數據管理，構建具有開放性特點的工作數據庫。這樣的數據庫可以獲得繼電保護工作的精確參數，并避免誤操作情況的發生。

（二）采用自適應調整模式

電力系統自動化結構安全控制參數異常的問題原因復雜，包括設計不當、過負荷工作等等。為應對該問題，建議采用自適應調整模式，并借助自動化模塊進行參數微調。此外，還可通過并聯的雙系統來對抗過負荷運行問題。

在實際工作中，電力部門管理人員應記錄自動化設備的工作過程，尤其是在出現參數異常時。通過分析這些記錄，可以判斷參數異常的原因。對于由設計問題引起的參數波動，可以通過重新設計來解決。而對于其他原因，需要進行針對性分析和處理。確定參數微調的時間間隔時，根據分析結果發現系統的參數在持續工作240小時后可能會有輕微波動。因此，建議每隔240小時下達自動校準指令，以重新校對系統的工作參數。無論參數是否出現嚴重異常，都堅持以240小時為間隔進行一次自動校準操作。

雙系統模式則強調以備用系統提供輔助，避免主系統過負荷運行出現敏銳性下降的情況。其基本結構見圖1。

雙系統模式下，主系統常規作業，副系統處于待作業狀態，二者均以獨立的開關進行管理。當主系統可以常規組織安全管理時，副系統不啟動，當主系統出現異常、不能穩定進行安全控制參數管理時，對其進行暫停、修理、維護，副系統啟動，投入電子系統管理，包括安全控制在內。此模式下，即便系統出現性能和參數方面的異常，也可以持續保證安全控制的質量。

（三）加強設備運維

設備軟件、硬件出現損傷等情況時，電力系統及其自動化技術的安全控制能力顯著下降。該問題的控制思路在于加強設備運維，主張采用智能技術提升對故障的辨識能力、定位能力，再以常規線下管理技術提供輔助，提升設備運維管理的技術水平。

在實際工作中，可以根據電力系統自動化控制的不同環節進行功能拓展。例如，變壓器可拓展其感知能力，以接觸式傳感器進行溫度參數收集，從而評估其是否存在電流、電阻異常。其他設備也可以采用此思路進行功能的初步優化。當設備因各類因素出現故障導致無法常規參與安全控制時，可以利用擴展后的功能模塊和系統組件進行信息的采集，并將采集到的信息提供給遠程端。遠程端根據信息的采集情況，快速進行故障定位和類別分析，并組織線下修理或線上調整。通過快速排查處理一般性故障，使得電力系統自動化技術能夠快速發揮作用，從而提升安全控制的綜合水平。

（四）提升系統邏輯控制能力

電力系統自動化技術的運用可能因電磁干擾出現邏輯混亂的情況，未來主張從抗干擾角度出發，加強一次設備和通信設備的常規管理，避免通信延遲。同時，可借助濾波降噪技術提升信息的可讀性。

首先，將所有可能產生強電磁干擾的設備遠離自動化工作模塊，從根源上減少干擾的發生。同時，要求使用具有絕緣能力和抗干擾能力的合成材料對自動化工作模塊與其他模塊間的各類線路進行包裹，并確保連接牢固，以提高系統的穩定性。其次，考慮到部分電力系統設施工作場所可能存在空間有限的問題，通信設施和一次設備之間的空間距離有限，為了改善通信質量，可以通過在遠程信息接收端設置濾波降噪設施，采用小波降噪技術等方法，對來自遠程端的數字信號進行處理，濾除傳輸過程中可能的噪聲干擾。這樣可以有效控制電磁干擾的破壞，確保安全控制指令和原始信息能夠有效傳遞，同時也便于遠程管理處了解電力系統各部分的工作情況。

四、模擬實驗

（一）模擬對象

與某地電力公司（下文簡稱甲公司）進行交流，甲公司提供了電力系統的各類信息。他們在2019年初步完成了電力系統的自動化改造，并表示其自動化技術可以覆蓋安全管理的大部分環節。然而，在2019年至2022年期間，系統出現了誤操作情況以及參數波動和信息可讀性下降等問題。

為了收集甲公司的一般信息、電力管理系統自動化信息和一次設備信息，筆者借助計算機建立了模擬實驗。期間采用雙系統作業模式、定位分析技術和降噪技術來進行。實驗以高速模擬的方式進行，默認時間參數為1：1000，即每1分鐘的實驗模擬相當于系統常規工作1000分鐘。代入10000個異常參數，以判斷系統是否能敏銳地收集和處理這些異常參數。實驗統計了系統誤操作的比重、故障上報時間以及信息的可讀性，并將其與甲公司提供的工作記錄進行對比。

（二）模擬結果分析

對模擬實驗結果匯總和統計，結果如表1所示。

結合實驗結果，可發現甲公司引入自動化技術服務電力系統管理活動后，其系統安全控制誤操作的概率為0.13%，故障上報平均用時2.62s，信息可讀性為94.3%。代入雙系統作業模式、定位分析技術和降噪技術建立模擬實驗，安全控制誤操作的概率為0.02%，故障上報平均用時1.06s，信息可讀性為98.7%，得搭配了一定改善。這表明上述技術的運用可以改善電力系統自動化技術的安全控制能力。

（三）電力系統及其自動化技術的安全控制問題應對展望

運用電力系統及其自動化技術可以提升系統的工作能力，因此其運用空間非常廣闊。從技術角度來看，安全控制問題也可以得到有效控制，并且未來可以通過大數據技術和分布式控制技術等進行優化。以分布式控制技術為例，該技術建立、運用的基礎為物聯網和區塊鏈技術。管理部門可以利用這一技術來評估電力系統的運行情況，并將自動化作業結構進行劃分。每個作業部分都建立獨立的區塊鏈管理系統，將各類信息輸入計算機中，形成高度符合本區域特點的自動化管理系統。各系統只感知和處理本區域內的安全控制故障和問題，利用物聯網技術實現各部分之間的相互關聯，并與遠程管理處實現實時連接，從而提升電力系統及其自動化技術的安全控制水平。

五、結束語

綜上所述，電力系統及其自動化技術的安全控制問題多樣，成因復雜，嘗試予以改善十分必要，也有改善的空間。目前電力系統及其自動化技術的安全控制問題包括控制系統誤操作、參數異常、設備損壞、邏輯混亂等四個方面，為予以應對，未來應提升控制準確率，并采用自適應調整模式，同時加強設備運維和系統邏輯控制能力。模擬實驗表明上述措施具有積極價值，可以改善電力系統及其自動化技術的工作水平，未來還可以嘗試借助大數據和分布式控制模式，進一步優化電力系統及其自動化技術的應用效果，服務電力系統管理。

作者單位：唐培峰 國網山東省電力公司煙臺市牟平區供電公司

參考文獻

[1]郭術明.電力系統及其自動化技術的安全控制問題和對策[J].石河子科技，2021（06）：12-13.

[2]魏瑋，王涵，王浩然.電力系統及其自動化技術的安全控制問題與策略分析[J].電子技術與軟件工程，2021（15）：117-118.

[3]錢葉牛，果然，張鵬程.電力系統及其自動化技術的安全控制問題和對策[J].電氣傳動自動化，2021，43（04）：57-60.

[4]武紫鈺.電力系統及自動化技術的安全控制問題及對策[J].中國電力教育，2021（06）：72-73.

[5]朱江波.電力系統及其自動化技術的安全控制問題和對策[J].現代工業經濟和信息化，2020，10（11）：134-135.

[6]尤海峰.電力系統及其自動化技術的安全控制問題和對策[J].中文科技期刊數據庫（引文版）工程技術， 2023（4）：4.