變電站電氣自動化與電力安全運行分析

張旭東

（內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，呼和浩特 010020）

1 引言

變電站是電力系統負責控制電力流向，接收并分配電能的設備的總稱，可利用變壓器對各級電網進行聯系。電氣自動化可以理解為以信息技術為基礎，對變電站的運行情況進行監控。而電力安全運行所強調的重點是以安全管理需要達成的目標為前提，通過對安全監管體系加以完善，為電網系統打造可長期、穩定運行的環境，為人們提供學習、工作以及日常生活所需電能。

2 電氣自動化和電力安全運行的意義

在很長一段時間內，變電站均處于自動化水平偏低的狀態，這一問題給其運行質效所造成的影響較為深遠，無論是對客戶還是對電力單位而言，變電站實現電力安全運行以及電氣自動化均具有重要意義，可使管理變電站的水平得到顯著提高。近幾年，國內電網規模較之前有所擴大，隨著覆蓋范圍的增加，社會各界對變電站所提出的要求自然變得更加嚴格，變電站的日常工作難度和強度均不可同日而語，電力安全運行以及電氣自動化，可通過提升管理水平的方式，使電網工作所取得效果達到預期，隨著管理變電站的任務完成，后續的優化電力系統等工作也具備了有序開展的先決條件[1]。另外，變電站電氣自動化與電力安全運行可以使人們學習、工作和日常生活所需電能得到有力保障。作為清潔能源的代表，電能對改善人們生活質量、加快社會發展具有重大作用，隨著電氣設備類型及數量的增多，人們的生活變得更加便利，但是，要使電氣設備發揮出應有的作用，應不斷提高電氣自動化水平并為電力運行的安全性提供保證。

3 基于建筑變電站的電氣自動化分析

基于自動化運行建立的變電站調度機房嵌入管控系統的拓撲結構如圖1 所示。該系統內部結構可被劃分成3 層：站控層、間斷層和網絡層。站控層的作用是以信息技術為依托，對電氣設備進行控制；間斷層負責傳遞指令并分析故障；網絡層的任務主要是傳輸相關數據。

圖1 變電站調度機房嵌入管控系統拓撲結構

3.1 通用平臺

該系統的通用平臺強調將分布性、開放性和擴展性良好的客戶機-服務器系統（Client/Server）作為核心，通過實時處理海量數據的方式，確保網元管理系統及能量管理系統所提出要求得到滿足。

平臺網絡模型規定任一客戶機均有服務程序對應，由服務程序負責對服務器信息進行獲取，根據相關信息對鏈路進行建立?？蛻魴C所安裝應用的連接對象為本地服務程序，如圖2 所示[2]。

圖2 通用平臺網絡模型

結合圖2 所傳遞信息可知，服務器與任一客戶機間的數據鏈路僅有1 條，本地應用服務器端為本地網絡程序，而系統客戶端同樣為本地網絡程序。兩級結構模式的特點主要體現在以下方面：（1）減少了網絡鏈路數量，使管理網絡的難度有所降低；（2）除特殊情況，客戶應用均不關聯系統服務器，可使應用數據更加透明；（3）本地程序以實際需求為依據，對鏈路進行增刪，通過對網絡效率進行提高的方式，使網絡負擔得到減輕；（4）不僅實現了數據鏈路的無縫切換，還保證了切換過程透明。

3.2 分布式管理

3.2.1 通信管理

基于主站系統運行節點，其工作方式可被概括如下：（1）在客戶端與服務器之間建立數據鏈路，為通信實時性提供保證；（2）以標準協議為依據，在客戶端與服務器之間進行數據共享；（3）將客戶端提出的服務請求上傳至相應服務器；（4）由服務器以客戶端提出的請求為依據，定期對數據進行更新。

3.2.2 數據追趕

數據追趕指的是以歷史數據庫因故停止運行為前提，在一定時間內，實時系統仍可正常運行，待相關服務器故障解除、恢復正常運行后，對停機期間所產生數據加以恢復的功能。對該功能加以應用，可使系統更加可靠且穩定。

3.2.3 軟總線訪問

系統以數據庫所提供服務為依據，對訪問請求進行處理，使其成為形式固定的邏輯客戶。而符合通用平臺特點的管理機制通常設有3 類接口（見圖3），這樣設計的目的主要是確保邏輯客戶可對軟總線進行有效訪問[3]。

圖3 軟總線訪問模式

4 如何保證變電站電力得到安全運行

要使電力系統運行安全，關鍵是以變電站需求及現行管控標準為依據，對原有方案進行升級，以數據采集和處理系統為基礎，由監控系統為計算機提供全方位的保護，保證變電站運行方案的安全性。

4.1 將電氣自動化與計算機技術相結合

4.1.1 自動巡查

電氣運行所采用的巡查方式為機器人巡查，強調以自動處理系統為依托，使自動檢測得到有效控制。以安全運行相關規范為依據，對巡檢機制進行完善，保證每次巡檢時，機器人均可對數據進行及時檢查與全面復審，通過定期排查變電站線路、設備元件的方式，確保潛在故障可被盡快解決，使電力系統的安全性得到維護。

4.1.2 信號處理

將自動處理機制與電氣系統相結合，可使設備狀態等信息被及時上傳至計算機，不僅系統操作更加規范，電力運行也會更加安全。由此可見，只有確保各項工作的開展均與標準規范相符，才能盡量避免出現安全隱患。

4.1.3 信息回傳

電氣自動控制系統可憑借自動處理功能對信息數據進行及時且有效的回傳，確保故障信息均有對應的處理指令，使計算機所具有的保護功能得到充分發揮，為變電站的安全、穩定運行提供支持。在此基礎上，結合安全抽檢結果對潛在問題進行糾正，通過提高管控水平保證管控效果。這也表明相關技術可被用來對計算機的日常運行加以約束，例如，對運行模式進行糾正，及時發現并解決自動巡查相關模塊存在的故障。

4.2 將電氣自動化與數據采集和處理系統結合

為確保電力系統安全運行，應以自動控制系統對數據采集、處理模塊提出的要求為依據，通過電氣自動化及時收集模擬信號與數字信號，為脈沖狀態的判斷提供參考。例如，對斷路器所處狀態、故障警告和故障跳閘情況進行分析，確保隔離開關始終處于可控狀態，為變電站的長期、穩定運行提供保證。

4.3 將電氣自動化與技術升級結合

對變電站所用技術進行管控時，相關部門應將重心放在技術管理要點上，這是因為只有保證運行管控平臺更加完善，才能減少安全隱患，確保電力系統的運行更加穩定[4]。

此外，以下內容也應引起重視：（1）將操作人員納入管理計劃，保證操作人員能夠以技術規范為依據，對各項工作進行貫徹落實，以發揮技術優勢為前提，將技術使用不合理造成的負面影響降至最低；（2）根據技術人員的需求，定期組織專業培訓活動，保證工作人員的技術水平可達到安全管理的要求；（3）定期檢查各項技術的落實情況，將技術管理工作交由監督部門負責，通過定期模擬并開展演練的方式，使技術管理質量得到提高；（4）對消防設備進行完善，通過建立切實可行的管控機制為安全管理相關工作的有序開展助力。

4.4 安全數據信息的獲取

為確保電氣自動化以及電力設備的安全、穩定運行，需要校驗電氣設備的熱穩定性和動穩定性，獲取具體的短路基準電流值和阻抗值。

通常情況下需按照三相短路計算，短路計算點選擇通過導體和電氣設備短路電流最大的點。根據上述原則，選取220 kV 母線、110 kV 母線、10 kV 母線，計算點定義為1、2、3。取基準容量Sj=100 MV·A，基準電壓Uj一般為各級平均電壓Up，即Uj=Up=1.05UN，UN為電壓有效值，又被稱為標稱電壓。3 個計算點的基準電壓結果為：

根據母線短路時基準電流Ij=Sj/（Uj），可得到3 個計算點所在母線的短路時基準電流為：Ij1=0.25 kA；Ij2=0.5 kA；Ij3=5.5 kA。

基準阻抗：X′=UkSj/(100×SNT)式中，Uk為阻抗電壓；SNT 為阻抗標幺值所對應基準值。

220 kV 母線實用阻抗：XΣ(220)=0.16/1.1=0.15 Ω

110 kV 母線實用阻抗：XΣ(110)=(0.16+0.006)/1.1=0.15 Ω

10 kV 目前實用阻抗：XΣ(10)=(0.16+0.006+0.09)/1.1=0.23 Ω

通過上述計算公式對電氣設備運行中的數據參數進行獲取是確保安全運行的基礎，能夠為電氣自動化升級方案提供數據支持。在電氣自動化控制中，相關人員應關注電路基準點電壓、電流最大有效值、短路電流沖擊值，短路容量等數據，并將其納入計算機平臺，以此獲得相對完善的參考值，為決策制定提供參考，為電氣自動化與安全運行奠基。

5 結語

電力系統的安全運行是變電站的職責，并且在加快電力改革速度方面發揮著重要作用。通過上文的分析可知，電力系統的安全運行及其自動化與人們的日常生活存在密切聯系，相關單位應視具體情況制訂針對性的運行和管理方案，通過提升管理水平的方式為電力系統提供安全可靠的運行環境。以電力行業的實際情況為依據構建自動控制系統，對工作人員的素質與能力進行提高，及時發現并排除潛在危險，使電能供應能夠滿足人們的需求。