淺談自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

唐敏

摘 要：從當(dāng)前的應(yīng)用效果來看，電網(wǎng)調(diào)度自動化、配電網(wǎng)絡(luò)自動化、變電運行自動化等，為電力企業(yè)創(chuàng)造了實實在在的效益。因此電力自動化技術(shù)也越來越受到了企業(yè)管理者的重視。需要認(rèn)識到，電力自動化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢的發(fā)揮，是建立在動態(tài)發(fā)展、持續(xù)創(chuàng)新這一前提之下的。只有提供多方面的支持，保持技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，才能讓電網(wǎng)得到穩(wěn)定與可靠運行。

關(guān)鍵詞：電力工程;自動化;智能化

1電力系統(tǒng)中自動化技術(shù)的應(yīng)用價值

1.1有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運行

電力系統(tǒng)中包含了多種類型的電氣設(shè)備，通過線路相連形成了統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的電力系統(tǒng)。但是該系統(tǒng)在運行期間，由于維護不及時或設(shè)備老化等因素的影響，有較大概率發(fā)生故障，對電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定帶來不利影響。電力自動化技術(shù)的應(yīng)用，一方面是利用數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)實時運行工況的監(jiān)測。只要是存在潛在故障，或者是出現(xiàn)異常工況，都可以被電力自動化系統(tǒng)識別。另一方面，計算機基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，在AI技術(shù)的幫助下明確故障原因，并自動生成解決對策。如果是軟件方面的問題，利用內(nèi)部程序加以解決;如果是硬件方面的問題，提供分析報告和解決方案，輔助技術(shù)人員進行維修處理。在電力自動化技術(shù)的幫助下，保障了電力系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠運行。

1.2有利于提高電力能源的利用效率

對于電力企業(yè)來說，提高電能利用率除了與自身的經(jīng)濟效益密切相關(guān)外，還可以在一定程度上減輕電力系統(tǒng)的運行負(fù)荷。在以往的電力工程建設(shè)與運行時，由于系統(tǒng)規(guī)劃不合理、設(shè)備兼容性差，以及無功功率的存在，電力能源浪費情況十分嚴(yán)重。在引進自動化技術(shù)后，構(gòu)建電力自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了對電力工程的動態(tài)管控，電力能源的利用效率也得到了大幅度的提升。例如，在配網(wǎng)規(guī)劃時，利用自動化技術(shù)可以優(yōu)化規(guī)劃方案，降低成本投入;在電網(wǎng)調(diào)度時，基于自動化技術(shù)可以根據(jù)電力用戶的實際需求，進行靈活供電，既滿足了用電需求，又防止了電能浪費;在電網(wǎng)運行時，依托自動化技術(shù)進行動態(tài)監(jiān)測，確保有故障隱患及時發(fā)現(xiàn)、科學(xué)處理，保障電網(wǎng)的可靠、穩(wěn)定運行，避免因故障停電造成損失。因此，電力自動化技術(shù)的應(yīng)用，讓電力能源的利用率和電力企業(yè)的經(jīng)營效益均得到了提升。

2.電力系統(tǒng)中電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用

2.1高壓脈沖沖擊故障定位

架空配電線路故障點離線定位系統(tǒng)由信號注入部分與信號接收部分兩部分組成。磁場的變化能夠完全反映線路中電流的變化，考慮到工程實際應(yīng)用的情況，該系統(tǒng)選用磁棒線圈作為磁場檢測與測量裝置。信號接收部分由信號采集單元與信號分析單元組成，其工作原理為檢測線圈受線路電流磁場影響產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，配合后續(xù)信號放大處理來實現(xiàn)非接觸式的電流信號采集。對電流信號進行采集、濾波及放大處理的有源濾波器共有3級，其通帶范圍為95～1600Hz。信號分析單元通過對處理后的信號進行相關(guān)計算，提取故障點位置信息。

由脈沖電壓信號引起的線路響應(yīng)分為分布電容充電階段與分布電容放電階段，由于分布電感阻抗較小，因此只考慮分布電容的充放電響應(yīng)。圖1 （a）、（b）分別為分布電容充電階段、放電階段的等效電路圖。規(guī)定從高壓信號發(fā)生器到線路的流動方向為正方向，分布電容充電階段的線路電流由分布電容的充電電流與流過接地電阻的電流組成，則此階段故障點上下游電流流向均為正方向。

如圖1 （b）所示，當(dāng)線路上的充電電壓等于脈沖發(fā)生器電壓時，分布電容停止充電，線路充電電流為0，其后隨著脈沖電壓的衰減，分布電容上累積的充電電荷開始向接地點放電，其中故障點上游的電流方向仍為正，故障點下游的電流方向反轉(zhuǎn)為負(fù)。由于故障點上游電流為脈沖電容器與線路分布電容放電電流之和，而故障點下游電流僅由線路分布電容放電電流組成，故障點上游電流的幅值遠(yuǎn)大于故障點下游，因此可利用故障點上、下游電流的極性與幅值差異，進行故障點精確定位。

2.2位置雙確認(rèn)技術(shù)

2.2.1斷路器位置雙確認(rèn)判據(jù)

（1）位置遙信變位判據(jù)

位置遙信變位判據(jù)是采取分合雙位置輔助接點的方式，各相開關(guān)遙信量采取各相位置輔助接點的方式。各相斷路器均采用與邏輯關(guān)系，當(dāng)斷路器三相分位接點同時閉合，與此同時，三相合位接點全部斷開時，這時才能判斷斷路器位置遙信從合位到分位;當(dāng)斷路器三相分位接點同時斷開，與此同時，三相合位接點全部閉合時，這時才能判斷斷路器位置遙信從分位到合位。

（2）遙測電流電壓判據(jù)

遙測電流電壓判據(jù)是根據(jù)三相電流或者電壓的有無變化作為斷路器分合位置判據(jù)。斷路器分合位置的最終確認(rèn)是在位置遙信判斷當(dāng)下分合位置的基礎(chǔ)上追加的判據(jù)，斷路器位置遙信由合位變分位時，只要“三相電流的變化情況是有流變?yōu)闊o流、母線（間隔）三相帶電設(shè)備顯示有電變?yōu)闊o電/母線（間隔）電壓狀態(tài)有壓變?yōu)闊o壓”或邏輯關(guān)系成立，才能斷定此時斷路器已處在分位狀態(tài);斷路器位置遙信由分位變合位時，只要“三相電流的變化情況是無流變?yōu)橛辛鳌⒛妇€（間隔）三相帶電設(shè)備顯示無電變?yōu)橛须?母線（間隔）電壓狀態(tài)無壓變?yōu)橛袎骸被蜻壿嬯P(guān)系成立，才能斷定此時斷路器已處在合位狀態(tài)。

綜上所述，符合位置遙信變位和遙測電流電壓兩種判據(jù)時，就可以準(zhǔn)確判斷出某一時刻的斷路器分合位置情況。

2.2.2隔離刀閘位置雙確認(rèn)判據(jù)

（1）壓力（姿態(tài)）傳感器方式

壓力傳感器或姿態(tài)傳感器雙確認(rèn)方式，將傳感器安裝到隔離開關(guān)上，采集一次設(shè)備隔離開關(guān)分合位操作時所產(chǎn)生的壓力數(shù)據(jù)或角度位移數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集裝置分析處理后解析為輔助位置信號統(tǒng)一上送至監(jiān)控后臺，供一體化控制系統(tǒng)使用。對隔離開關(guān)的分合閘結(jié)果判斷系統(tǒng)支持采用“位置遙信+傳感器”方式，即第一狀態(tài)判據(jù)采用直接位置遙信，第二狀態(tài)判據(jù)采用壓力（姿態(tài)）傳感器方式判別設(shè)備的位置狀態(tài)，從而滿足兩個非同原理或非同源指示變化作為操作后的雙重判據(jù)。敞開式隔離開關(guān)加裝無線壓力（姿態(tài)）傳感器，借助傳感器接收器把觸頭壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輔助位置信號傳送到站控層網(wǎng)絡(luò)，如果“輔助接點”變位，而且觸頭壓力（位移角度）數(shù)據(jù)值比分、合位門檻值大時，說明設(shè)備已操作到位。每一組隔離開關(guān)要裝3個無線壓力（姿態(tài)）傳感器，A、B、C三相，主變中性點接地刀裝一個壓力（姿態(tài)）傳感器。

（2）視頻識別實現(xiàn)方式

第一，某220kV變電站視頻系統(tǒng)現(xiàn)存問題。主要以模擬監(jiān)控為主，顯示圖像清晰度低。監(jiān)控主要內(nèi)容是周界環(huán)境情況，關(guān)于實際現(xiàn)場相關(guān)裝置的攝像頭分布不夠，因此現(xiàn)實情況不能符合對裝置狀態(tài)監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn);調(diào)度主站沒有攝像頭預(yù)留位置，隔離刀閘動作時不能快速準(zhǔn)確識別隔離刀閘狀態(tài)。當(dāng)下變電站的視頻系統(tǒng)只能夠進行視頻復(fù)核，視頻業(yè)務(wù)還沒有真正實現(xiàn)在變電站日常運維。由于涉及數(shù)據(jù)信息安全性，監(jiān)控系統(tǒng)還是獨立在生產(chǎn)系統(tǒng)中，不能全面完成與調(diào)度主站視頻聯(lián)動，進行可視化運維操控。

第二，視頻攝像機布置要求。在變電站相關(guān)位置架設(shè)以安全監(jiān)控為核心的網(wǎng)絡(luò)高清攝像機，實現(xiàn)站端裝置獲取監(jiān)控信息，監(jiān)控信息以接口方式實現(xiàn)和調(diào)度自動化系統(tǒng)的信息交互，隔離刀閘要全部設(shè)置好攝像機預(yù)置位信息，完成裝置動作信息、監(jiān)控信息和故障信息的全面聯(lián)動，當(dāng)裝置動作、變化或故障時，攝像頭會自動校準(zhǔn)，將動作實時監(jiān)控信息與調(diào)度主站信息統(tǒng)一呈現(xiàn)給運維人員，從而實現(xiàn)隔離刀閘位置判斷的“雙確認(rèn)”。隔離刀閘的相位應(yīng)和攝像機預(yù)置位實現(xiàn)關(guān)聯(lián)，保證隔離刀閘每一相都能和攝像機一一對應(yīng);正常狀態(tài)下，隔離刀閘一相與一個攝像機位置對應(yīng)，一個攝像機位置能夠與多個隔離刀閘對應(yīng)。如果一個攝像機不能判斷隔離刀閘狀態(tài)，需要多添加并單獨標(biāo)注一個攝像機位。關(guān)聯(lián)信息應(yīng)在監(jiān)控系統(tǒng)中體現(xiàn)并以接線圖的狀態(tài)體現(xiàn)，這樣可以快速匹配定位監(jiān)控圖像。隔離刀閘的位置判據(jù)與三相位置有關(guān)，兩組隔離刀閘一般需要匹配三個攝像機，針對目前實際變電站的監(jiān)控攝像機布置情況，很多裝置并不符合標(biāo)準(zhǔn)，因此實現(xiàn)改造每個變電站還需額外布置大量網(wǎng)絡(luò)高清攝像機。

第三，視頻識別實現(xiàn)方式。滿足上述視頻攝像機布置的相關(guān)要求后實現(xiàn)視頻識別雙確認(rèn)方式，就是在一體化操作程序動作時實現(xiàn)與輔助設(shè)備監(jiān)控主機視頻聯(lián)動，輔助設(shè)備監(jiān)控主機控制視頻攝像頭與一次裝置位置實現(xiàn)一一對應(yīng)，獲取動作后的一次裝置位置狀態(tài)圖像信息，并借助視頻智能分析系統(tǒng)核算出動作后的位置狀態(tài)，反饋位置狀態(tài)信息到監(jiān)控后臺，作為輔助位置判據(jù)供一體化操作系統(tǒng)使用。對隔離開關(guān)的分合閘結(jié)果判斷系統(tǒng)還支持采用“位置遙信+視頻識別”方式，即第一狀態(tài)判據(jù)采用直接位置遙信，第二狀態(tài)判據(jù)采用視頻識別方式判別設(shè)備的位置狀態(tài)，從而滿足兩個非同原理或非同源指示變化作為操作后的確認(rèn)依據(jù)。當(dāng)一體化操作系統(tǒng)對某個隔離刀閘執(zhí)行一體化操作指令時，首先向視頻主機發(fā)送視頻聯(lián)動信息，視頻主機自動顯示該設(shè)備的現(xiàn)場圖像信息，運用智能視頻分析技術(shù)對隔離開關(guān)的各項指標(biāo)實現(xiàn)智能分析，進而獲取設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)，最后把智能分析判斷執(zhí)行后的結(jié)果狀態(tài)反饋給一體化操作系統(tǒng)。

結(jié)束語

在電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，應(yīng)該加強電網(wǎng)的自動化設(shè)置，通過現(xiàn)今的自動化技術(shù)可以有效提升供電質(zhì)量，避免故障的產(chǎn)生，及時發(fā)現(xiàn)問題，縮減處理故障的時間，提升供電效率和供電質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王卓輝.電力工程中的電力自動化技術(shù)應(yīng)用分析[J].電力設(shè)備管理，2020（07）：130-131+137.

[2]聶晨浩.試析電力工程中的電力自動化技術(shù)應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（17）：173-174.

[3]王璐.電氣自動化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用分析[J].輕紡工業(yè)與技術(shù)，2020，49（03）：144-145.

[4]何飛.電力工程自動化施工管理技術(shù)研究[J].電力設(shè)備管理，2020（03）：122-124.

[5]高煥.在電力工程中電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用實踐分析[J].通信電源技術(shù)，2020，37（05）：173-174.