數字化變電站站用電應用技術的創新方案研究

姚少偉，張曉泓，劉 通

（四川崇州供電有限責任公司，四川 崇州611200）

隨著自動化在電力領域的不斷應用，很多的數字化變電站站用電都進行了一定的引用計數創新，希望借此來推動整個變電站站用電的數字化管理。數字化變電站相較于傳統變電站而言，在站用電應用技術上具有高效、智能、網絡化等優點，繼而在整個變電站站用電的改進和優化上起到了至關重要的作用。對數字化變電站站用電應用技術進行深入的研究和創新對推進整個變電站的數字化管理有著積極的意義，因此電力部門應該采取有效的措施來實現變電站站用電應用技術的數字化創新，完善整個電力行業的管理工作。

1 數字化變電站特點

1.1 一次設備的智能化

數字化變電站利用電子式互感器替換了傳統變電站的電磁式互感器，利用光纖以太網向外部提供數字式的接口，同時結合智能開關、變壓器等一系列的一次設備。這些設備能夠向外部進行各種數字通信管理，及時將變電站的動態信息或者靜態架構以數據的形式傳輸到外部，便于管理人員對整個變電站的運行狀態進行掌握和分析。另外，在這些一次設備上進行智能終端信號實時狀態和信息的檢測和轉化，將有關的信息能夠及時地傳輸到二次設備或者外部數據中心來，從而整體達到智能化的要求。一次設備和二次設備之間能夠以光纖傳輸信息的形式對整個變電站的信息進行采集和交換，進而達到控制命令和分析處理數據的作用，最終實現變電站的數字化。

1.2 二次設備的網絡化

二次設備的網絡化也是基于整個光纖以太網實現的。數字化變電站的二次設備不僅具有傳統變電站的數字式特點，還擁有了整體對外的光纖網絡接口，不同于傳統的電纜傳輸信息的模式。這種信息傳輸和交換形式就是變電站實現數字化管理的一個重要標志。傳統的變電站以電纜為媒介進行信息的傳輸和命令的傳達，這樣使得變電站的裝置繁雜，對整個變電站管理起到了一定的限制作用。數字化變電站將這種裝置的繁雜轉變為信息的集中和繁多，降低了整個變電站的二次設備成本，同時提高了整個變電站管理的科學性和可靠性。二次設備利用通信網絡通過光纖以太網，將開關量、模擬量以及各種控制命令信息等進行網絡化，提升了整體的信息處理速率和管理效率，符合變電站數字化的要求。

1.3 管理運行系統的自動化

自動化管理已經成為了變電站數字化發展的重要應用技術。數字化變電站通過引入自動化技術，將變電站管理上的各種數據信息和管理狀態及時進行回饋，然后通過相應的可視化技術、對象數據庫技術以及異構平臺技術等加以整合和控制，實現了整個變電站管理運行的自動化。目前，很多數字化變電站已經具備了很高的自動化基礎，通過站內設備之間的彼此信息交換、數據模擬等在網絡技術的應用下，實現相關信號的傳輸以及信息共享程序，將整個變電站的數字化管理推向了自動化的方向，并且最終進行實施。數字化變電站能夠形成相應的故障自動分析系統、設備運行狀態的監管系統以及維護控制系統等，這些系統的形成和相應技術的應用使得整個變電站的管理工作量大大地減少，進而提高了整個變電站管理的自動化水平。隨著管理運行系統的自動化，數字化變電站的發展前景更加的廣闊。

2 傳統變電站站用電應用技術存在的問題

2.1 斷相運行的問題

傳統變電站的站用變低、高壓側通常都是采用的單相熔斷器，這樣讓整個變電站在運作過程中很容易出現斷相運行的問題。對站用變低壓側而言，使用的一般是Yyn12接線，三相四線制的中性線界面依照相線截面積的一半進行選擇，但是由于中性線的截面積小，當整個變電站在運行過程中，中性線會出現因為負荷過大而發熱的情況，繼而引發斷相運行問題。對站用變高壓側而言，在變壓器的隔離作用影響下，高壓側出現斷相時，整個變壓器將從正常運行時的三相供電變為單相供電，高壓側斷線的情況對整個變電站具有更大的危害。對已經運作的電動機，出現高壓側斷線時，整個回路中的電流增大，電壓出現降低，導致電動機的轉速減小，長時間的運行將燒毀相關的用電設備。

2.2 滿足無人值班需求的問題

由于傳統變電站沒有引進相應的自動化、數字化技術，使得在整個變電站站用電的管理過程中無法滿足無人值班的要求。在各個基層變電設施中無人值班變電站的分布十分廣泛，為了保障整個變電站在無人值班時的自動化，站用電的電源轉換十分重要。傳統的變電站在處理這類問題時，通常采用三種方案：利用雙頭刀閘對站用電的低壓用電進行人為切換、利用單相熔斷器對變電設備進行保護、利用空氣斷路器。這三種方案都存在著一些不足之處，不能夠很好地進行遠程操作、獲得整個變電站運行的保護信息以及無法有效對低壓并列以及反串電進行防止。同時，在整個變電站自動化技術的運用上，不能夠實現整體信息的共享，不利于正常的管理。

2.3 相位差的問題

變電站中的站用電回路是交流電，交流電的相位差主要是指頻率相等的兩個正弦電流之間的相位差，主要反映了兩個電流在時間上的關系。傳統變電站的站用電存在一定的相位差問題，通常兩臺站用變分別接在10 kV和35 kV的母線上面，由于這兩條母線在變電站工作的時候存在一定的相位差，這樣對整個變電站在運行低壓系統時產生了兩條母線雙路供電不能進行并列的影響。在這種情況下，整個變電站的低壓系統無法做到每一個地方都設置相應的機械聯鎖，進而無法杜絕并列的情況，對整個變電站的運行造成了一定的影響。

2.4 接線組別的問題

傳統變電站都是應用的Yyn12接線組的三相變壓器，主要是容量較小的油浸變壓器，但是這種變壓器在實際工作中存在一些特定的缺陷，對變電站站用電系統而言不適宜采用。傳統變電站的站用電系統在接線組別上主要存在以下三個缺點：一是變壓器的零序阻抗較大，對整個回路中的短路電流進行了限制，導致整個站用變的高壓側防護對低壓側存在的單相短路情況幾乎沒有靈敏度，整體的保護工序很難進行配合；二是變壓器對整個站用電系統中通過勵磁電流進行正弦波磁通和一些負載的電子元件工作時產生的諧波無法取到很好的抑制效果，這樣就對整個變電站站用電系統的損害和阻礙作用加劇；三是變壓器具有的載負荷能力較弱，當三相負載運行時因為不平衡而產生整個電壓電網中性點存在一定的位移，三相供電電壓就會出現較為嚴重的畸變情況。

3 創新數字化變電站站用電應用技術的具體方案

3.1 四級空氣斷路器的運用

針對傳統變電站存在斷相運行的問題，數字化變電站站用電系統將原有的單相熔斷器取消，安裝四級空氣斷路器，從而為整個變電系統提供保護作用。目前，在數字化變電站站用電系統中應用較為廣泛的就是YSA2四級智能式空氣斷路器，這種空氣斷路器能夠在變電站站用電系統出現異常情況時，對整個系統進行實時的保護。例如，當變電站站用電系統中出現電流過大，電壓過低導致電機無法正常運轉等情況時，四級空氣斷路器能夠進行瞬時過電流保護，同時將調控整個電機的運轉狀態，從而避免出現上述情況時對整個站用電系統的損害。四級空氣開關的運用同時還能夠及時提供負載過多、短路和斷路等信息，便于整個變電站站用電的管理。

3.2 設置站用變高壓側開斷電器

在數字化變電站站用電系統的技術應用中，設置站用變高壓側開斷電器能夠實施很好的保護工作。在10 kV母線的變壓狀態中，利用負荷開關熔斷器組的保護能夠有效地對高壓側的斷相云梯進行規避，但是這種熔斷器的應用無法對低壓側進行保護，這樣也會給整個數字化變電站站用電系統的正常運行造成不利的影響。設置站用變高壓側開斷器則能很好地對這一情況進行處理，在變壓過程中當高壓側出現斷相異常的情況時，開斷器就能夠對此作出回應，對整個低壓側進行實時保護，這樣就能夠很好地保障高壓側和低壓側之間的配合運行。

3.3 實行智能化的管理模式

數字化變電站站用電應該利用網絡技術等前沿技術實行智能化的管理。通常是為一片區域內的變電站設置一個主機，讓這些數字化邊站站用電的運作能夠形成一個整體。在管理過程中，需要對相應的變電站進行信息和命令的傳輸和保護時，只需要通過主機上面的相關操作就能夠達到遠程控制的作用。同時，當某個變電站的站用電系統出現故障或者異常時，能夠及時將信息反饋到主機上，主機的操作人員就可以對問題進行分析，并及時采取措施進行檢修和維護，保證了整個變電站站用電系統的正常運行。

3.4 加強自動化技術的應用

自動化技術已經在數字變電站站用電系統中得到了廣泛的應用。為了更好地維持整個變電站站用電系統的正常運行，加強自動化技術的應用是很有必要的。電力機關要及時掌握國內外在變電站站用電應用技術中自動化技術的發展狀況，并了解相應的技術信息，當這些數字化變電站站用電系統的應用技術跟不上自動化發展的步伐時，有關部門應該要做好技術引進工作，將一些具有高效、智能的自動化技術應用起來，進而推動整個邊站點站用電系統的數字化發展進程。

4 結 語

總而言之，數字化變電站站用電系統相較于傳統的變電站而言獲得很大的進步。目前，在國家的“二網改造”工作中，推動變電站站用電系統的數字化是整個改造過程中的重點。集結合數字化變電站的特點，同時對傳統變電站站用電系統存在的問題進行分析，能夠幫助我們在今后的工作中對整個變電站站用電系統的數字化實施形成積極的影響。

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