自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用分析

摘要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和在變電站系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，變電站系統(tǒng)的數(shù)字化已經(jīng)成為今后變電站發(fā)展的主流方向。而電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)使變電站的數(shù)字化從理論構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。從數(shù)字化變電站和自動(dòng)化技術(shù)相關(guān)概念入手，分析了電氣自動(dòng)化技術(shù)的重要作用和數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)它們?cè)跀?shù)字化變電站中的應(yīng)用進(jìn)行了說明，旨在為電力系統(tǒng)提高變電站綜合運(yùn)行水平提供參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化技術(shù)；數(shù)字化變電站；功能

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）12-0229-02

近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、新技術(shù)的不斷變革，自動(dòng)化這一關(guān)鍵技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到廣泛運(yùn)用。作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，變電站無疑也在逐漸采用這一技術(shù)。智能化開關(guān)、一次運(yùn)行在線狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備、電壓互感器、光電式電流等機(jī)電一體化設(shè)備的使用大大提高了電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化水平，增強(qiáng)了電網(wǎng)調(diào)度的可靠性，為電力系統(tǒng)的安全有效運(yùn)行提供了技術(shù)保障。這些新技術(shù)給變電站中的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展帶來了新的方向，使數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)成為可能，因此，學(xué)習(xí)電力最新的自動(dòng)化技術(shù)并研究它們?cè)跀?shù)字化變電站中的合理運(yùn)用對(duì)于合理配置電力資源、促進(jìn)我國(guó)電力系統(tǒng)的健康發(fā)展具有十分重要的意義。

一、數(shù)字化變電站概述

作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，變電站的功能主要是變換電壓等級(jí)以及電能的匯集和配送。它是由主變壓器、隔離開關(guān)、斷路器、母線、避雷器、電容器、互感器、電抗器等設(shè)備組合而成的綜合系統(tǒng)。整個(gè)變電站可以分為一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。其中一次系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)電能的傳輸和分配以及電壓的變換工作；二次系統(tǒng)的作用主要在于完成測(cè)量、監(jiān)視一次設(shè)備和流經(jīng)它的電能，并負(fù)責(zé)故障的控制、告警、保護(hù)。

數(shù)字化變電站系統(tǒng)是一種綜合性的數(shù)字化系統(tǒng)。隨著科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子通信技術(shù)以及信息處理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等均在變電站的二次設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用，經(jīng)過功能的重新組合和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站中全部設(shè)備和它們的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視、測(cè)量和控制協(xié)調(diào)。相對(duì)于常規(guī)的變電站二次設(shè)備，數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站二次接線的簡(jiǎn)化，提高了變電站的安全性和穩(wěn)定運(yùn)行水平，在降低運(yùn)行維護(hù)成本的同時(shí)提升了經(jīng)濟(jì)效益。

二、自動(dòng)化技術(shù)的重要作用

電氣自動(dòng)化技術(shù)作為數(shù)字化的核心已經(jīng)滲透在電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，使變電站系統(tǒng)逐步擺脫了運(yùn)行中對(duì)人為操作的依賴，給變電站的綜合運(yùn)行水平帶來了顯著改變。具體而言，電氣自動(dòng)化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

1.有助于科研人員開展電力實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)

使用電氣化自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)能夠在更大程度上實(shí)現(xiàn)電力穩(wěn)定狀態(tài)與暫時(shí)狀態(tài)的同步存在，這使得電力科研人員開展同步實(shí)驗(yàn)成為可能。大量精確的數(shù)據(jù)為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了依據(jù)，同時(shí)又增加了仿真實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度?？蒲腥藛T可以在這種仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行電力裝置的測(cè)試，從而搭建混合型的實(shí)時(shí)電力仿真實(shí)驗(yàn)室。

2.有助于電力服務(wù)的智能化

當(dāng)今時(shí)代，幾乎所有行業(yè)的運(yùn)行都離不開對(duì)電力的使用，失去電力系統(tǒng)的能源支持，許多行業(yè)難以生存。電力的廣泛使用要求電力系統(tǒng)必須具有極高的安全穩(wěn)定性和突出的自動(dòng)化程度。電氣自動(dòng)化技術(shù)是電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的核心技術(shù)組成部分，能夠幫助電力系統(tǒng)工作人員更精確地完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，并能代替人力對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行故障進(jìn)行更加精確的分析。這種智能化的自動(dòng)控制方式能夠確保電力系統(tǒng)更加準(zhǔn)確高效的運(yùn)行。借助自動(dòng)化技術(shù)可以構(gòu)建一種高度安全和智能的自動(dòng)化運(yùn)行體系，使電力系統(tǒng)綜合服務(wù)水平邁上一個(gè)新臺(tái)階。

三、數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

對(duì)于變電站而言，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是一項(xiàng)重大革新，但是隨著變電站中一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，這一技術(shù)逐漸往數(shù)字化這一新的層面發(fā)展。相應(yīng)的系統(tǒng)也有許多改變，從物理結(jié)構(gòu)的角度來看，數(shù)字化變電站還是分為一、二次設(shè)備這兩個(gè)層次，其中包括保護(hù)、監(jiān)測(cè)設(shè)備和控制、監(jiān)測(cè)通訊設(shè)備等。其中，數(shù)字化變電站的一次設(shè)備和二次設(shè)備之間因其智能化和網(wǎng)絡(luò)化特性而結(jié)合得十分緊密。從邏輯結(jié)構(gòu)上看，數(shù)字化變電站采用 IEC61850通信協(xié)議，分為過程層、間隔層和變電站層三層結(jié)構(gòu)。各層次之間和本層內(nèi)部都采用高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信?？傮w而言，數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以用圖1表示：

1.過程層

變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合位置在過程層。數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的過程層主要由高壓一次智能設(shè)備所組成。其功能主要有如下幾點(diǎn)：

（1）數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的過程層可以有效檢測(cè)電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的有關(guān)電氣量。這些電氣量包括電壓、電流、相位等相關(guān)的電氣量。在完成這些電氣量檢測(cè)的基礎(chǔ)上，間隔層才能根據(jù)這些電氣量對(duì)無功、有功、電能量等電氣量值進(jìn)行測(cè)算。與傳統(tǒng)設(shè)備檢測(cè)電氣量的方式不同的是，數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的過程層充分利用光電電壓互感器以及光電電流互感器取代傳統(tǒng)的電磁式電流互感器和電壓互感器，提高了檢測(cè)的精確度，對(duì)促進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了非常重要的作用。

（2）數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的過程層可以有效地對(duì)系統(tǒng)中運(yùn)行設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行精確的在線檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)。其中，在線檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)的狀態(tài)參數(shù)主要包括設(shè)備的溫度、密度、壓力、機(jī)械特性、絕緣特性以及其他設(shè)備工作狀態(tài)的相關(guān)具體數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的過程層可以有效執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)相關(guān)的操作控制。這些操作控制主要包括對(duì)對(duì)電容和電抗器執(zhí)行的投切控制，對(duì)變壓器進(jìn)行的分接頭調(diào)節(jié)控制，以及對(duì)直流電源進(jìn)行的充放電控制等操作控制。數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的過程層對(duì)控制命令的執(zhí)行具有智能性，它不僅能對(duì)即將進(jìn)行的動(dòng)作進(jìn)行精度控制，還能夠在執(zhí)行這些控制命令前精確判斷命令的真實(shí)性和合理性，從而更好地保證了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

2.間隔層

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的間隔層主要具有如下幾個(gè)方面的功能：一是可以有效地對(duì)間隔層的相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)；二是可以有效地保護(hù)和控制相應(yīng)的一次設(shè)備；三是可以完成對(duì)本間隔的必要操作進(jìn)行閉鎖；四是可以系統(tǒng)控制中心發(fā)出的數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計(jì)運(yùn)算命令，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)的控制；五是能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)過程層和站控層之間的高速雙向網(wǎng)絡(luò)通信，從而有效提高數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的速率和可靠性。

3.變電站層

數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的變電站層主要具有如下幾個(gè)方面的功能：一是該層可以按照既定規(guī)則向數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)度和控制中心發(fā)送有關(guān)數(shù)據(jù)信息；二是能夠接收到來自數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)度和控制中心的有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)發(fā)間隔層、過程層執(zhí)行；三是同時(shí)能對(duì)間隔層、過程層中各個(gè)設(shè)備進(jìn)行在線維護(hù)，同時(shí)還可以對(duì)變電站的故障進(jìn)行自動(dòng)分析等。

四、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能分析

1.計(jì)算機(jī)保護(hù)

計(jì)算機(jī)保護(hù)這一功能的應(yīng)用主要是為了保護(hù)變電站在運(yùn)行過程中所使用的全部電氣設(shè)備，包括對(duì)變電站安全自動(dòng)裝置和線路、變壓器、母線等的保護(hù)。在變電站日常運(yùn)行過程中，對(duì)相應(yīng)的故障進(jìn)行完整記錄并儲(chǔ)存多套定值。接受來自總監(jiān)控系統(tǒng)的命令，并轉(zhuǎn)發(fā)這一過程中涉及的工作步驟以及故障信息，對(duì)運(yùn)行過程中變電站設(shè)備可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷和處理，有效修改以往的定值的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的校對(duì)。

2.采集和處理運(yùn)行數(shù)據(jù)

自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中能夠?qū)ψ冸娬具\(yùn)行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，其中變電站的脈沖數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)是主要的處理數(shù)據(jù)。對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集處理包括事故跳閘信號(hào)的采集處理、斷路器狀態(tài)的采集處理、預(yù)告信號(hào)的采集處理、隔離開關(guān)狀態(tài)的采集處理和變電站一次設(shè)備告警信號(hào)的采集處理等。模擬數(shù)據(jù)的采集和處理主要包括對(duì)各段母線電壓、電流、無功功率值、饋線電流等相關(guān)模擬數(shù)據(jù)的采集和處理。

3.自行診斷功能的應(yīng)用

應(yīng)用變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中各個(gè)插件本身所具有的自行診斷功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)到系統(tǒng)后臺(tái)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心的輸送。系統(tǒng)裝置本身可以進(jìn)行及時(shí)的自檢，從而確保變電站系統(tǒng)的維護(hù)和維修工作更加方便高效地進(jìn)行。對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查能有效地查找運(yùn)行裝置自身存在的缺陷故障，并有效提示故障出現(xiàn)的位置。

4.操作和控制的自動(dòng)化

通過變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，操作人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站中各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作控制。同時(shí)又注意到對(duì)人工直接跳合閘的預(yù)先保留能夠有效避免因變電站系統(tǒng)故障而無法對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行操作的現(xiàn)象，這樣即使出現(xiàn)了故障事故，變電站系統(tǒng)仍然能夠維持正常的運(yùn)行。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）