110 kV變電站電氣自動化技術及應用研究

劉承剛，王 偉

（山東萊克工程設計有限公司，山東 東營 257000）

電氣自動化技術能夠推進變電站功能的智能化、自動化發展，實現電網電力、信息、業務等項目匯集管理，同時也是國家智能電網建設的重要內容和現代化變電技術發展的方向。110 kV變電站是我國電網工程建設的重要內容，要想發揮110 kV變電站的基礎功能，技術人員應融合使用信息技術、網絡技術、數據技術等現代化技術以及電氣自動化技術，實現資源化共享，幫助工作人員實現相關信息的采集測量以及現場保護監控等功能，時刻掌控電網運行動態并進行在線分析，幫助工作人員優化電力資源調配，提高電力資源利用率。因此，技術人員應深入研究電氣自動化技術以及智能變電站技術，擴大技術應用的范圍，開發全新的系統功能，保障電力運輸的安全性、穩定性與快速性。

1 變電站電氣自動化技術應用的意義

1.1 促進科研仿真技術發展

電氣自動化技術體現出自動化、智能化等基本特征，其在110 kV變電站中的有效應用不僅能夠提供穩定的數據傳輸通道，提高數據處理的效率，同時還能夠促進科研仿真技術的發展。根據當前電氣自動化技術的應用效能來看，110 kV變電站需要夠收集和提供完善的變電站運行數據，技術人員要以數據參數為基礎，使用仿真技術構建變電站設備運行模型，以動態展示的形式模擬和判斷變電站各設備的性能、運行狀態、使用壽命、運行安全等情況。如果實際運行情況與優化設置不相符，就需要技術人員對其進行調控，保障電力設備能夠在短時間內實現轉配，提高電力資源以及設備的利用率，保障當地持續性的電力供給。

1.2 推進電力服務智能化發展

隨著技術人員的不斷研究，我國在智能變電站發展以及運行方面已經取得了技術性的突破，同時還顯示出較為廣闊的發展前景。首先是智能變電站具有超強的抗干擾能力，能夠對外界的不良影響進行防御，技術人員在進行智能電網建設時還會增加一些傳感設施，這樣就能夠實現對電網情況的持續觀察，一旦變電站系統受到了影響或者干擾就會自動報警，操作人員通過及時的調配，將干擾的影響降至最低。其次，智能電網能夠實現實時在線，同時還具備連續安全評估與分析的能力，如果變電站出現了故障，智能系統還能夠自動對故障進行定位與診斷，在技術允許的范圍內還能夠完成故障的診斷與隔離，進而促進電力系統的自動恢復。最后，與普通電網相比，智能變電站還具有較強的兼容性，不僅能夠適用于可再生能源的合理介入，同時還能夠適應分布式電源以及微電網的接入，這樣就能夠促進用戶之間的溝通與交流，進而滿足用電者的實際需求，提高供電服務的質量。

2 110 kV變電站電氣自動化的特征

2.1 通信標準化

與傳統變電站運行管理情況相比，電氣自動化技術的應用提出了變電站通信系統行業標準，進一步規范了通信以及運行管理的操作流程，提出了規范化行業要求。當前使用的標準化通信規范為IEC61850標準，該標準針對自動化變電站系統的國際化通信進行了詳細解釋，同時為變電站的建設與對接提供了靈活的大環境，給予技術人員充分的選擇自由，實現不同電力設備之間的有效連接，共同構建數據共享化的變電站系統，為變電站運行管控以及電力設備維護保養打下了基礎。

2.2 狀態可視化

電氣自動化技術在110kV變電站中的應用能夠促進變電站的智能化發展，技術人員可以通過各種傳感器以及監控系統實現對電力系統所有電力設備的有效管控，隨時采集相關運行數據，通過現代化通信技術實現數據上傳與共享，利用大數據技術分析數據特征，從中獲取關鍵性信息用于判斷電力設備的實際運行狀態，分析和定位電力系統故障問題，為電力設備維修與保養提供信息支持。與傳統檢修模式相比，電氣自動化技術的應用能夠形象地展示電力設備的運行故障情況，體現出可視性的基本特征，減少了故障檢修與停電排查的工作量，保障了電力供給的穩定性，降低了設備檢修處理的成本。

2.3 功能一體化

110 kV變電站體現出集中化的系統功能。在電氣自動化技術的支持下，110 kV變電站能夠掌握實時運行數據，根據需求搜集全景數據，實現自動化管控。比如，管理系統能夠獲取電力設備的實時運行數據并判斷其運行狀態，再加上通信技術與設備保護措施的設置，系統能夠實現對電力設備的自動化保護，保障電力系統的穩定運行。其次，電氣自動化還促進了電力設備功能的更新，落實了設備功能集成化發展。功能集成化提升了電力設備的性能，優化了系統收集數據的方式，同時還簡化設備的采樣以及接口模塊，在簡單有限的設備中發揮了更加強大和集中的數據處理與通信功能。比如，110 kV變電站當前使用的一體化保護裝置就能夠實現對電力系統電能量的計算以及故障數據的集中處理，體現出功能集中化的特征。從變電站電源結構設計來看，傳統的變電站電源大多為分散結構，不同電源的子系統之間是相互獨立的關系，這同時也會增加通信電力設備的維護維修工作難度。但電氣自動化技術在110 kV變電站中的應用就能夠解決以上問題，構建一體化電源系統，提升日常工作效率。

3 110 kV變電站電氣自動化系統設計

3.1 監控系統設計

110 kV變電站的監控系統將對所有電力設備實現動態檢測與有效管控，利用電氣自動化技術以及通信自動化技術等實現對電力設備運行數據的收集以及對其運行狀態的分析，幫助技術人員了解電力設備的運行情況，將監控設備數據上傳之后實現數據共享，方便各終端管理人員實施變電站的調控以及維修工作。要想發揮監控系統的以上功能，技術人員在設計系統時應為其配置簡單易操作的終端系統，利用通信技術實現數據快速處理與共享，加強不同終端之間的信息互動，保障信息收集以及傳輸的實時性，提升整個監控系統的操作安全性。

3.2 二次設備布置

二次設備同樣是110 kV變電站自動化設計中的重要內容，通常情況下可以采取分層布置的方式進行，將其分為變電站層和間隔層。其中的變電站層包括上位機和下位機兩種電力設備，一般放置于變電站主控室內。而間隔層的工作內容則是負責控制變電站不同間隔層的開關，因此間隔層一般采取設備單元獨立設置的方式，通過現代化通信技術實現設備之間的連接與互通。當前智能變電站的分層分布式結構包括分散式和集中組屏兩種，首先是分散式結構，該結構將系統數據信息的采集、控制單元以及保護單元等都安裝在開關柜或者其他設備中，不同電力設備之間通過電纜進行連接，最終實現整體系統功能。這樣的設備布置方式能夠節省電纜材料，同時保障信息傳輸的有效性，避免了電磁干擾，降低了變電站建設對于面積的要求。而集中組屏方式則是將系統的控制單元以及保護單元全部安裝于控制室內。這樣的分布安裝設計能夠發揮出較好的設備保護效果，方便后期開展設備維護工作，但是對于電纜的需求量有所增加。

4 110 kV變電站電氣自動化技術應用

4.1 數據采集與報警演示

110 kV變電站中電氣自動化技術的應用能夠實現對測控裝置回流數據以及直流屏數據的實時采集，擴充系統數據庫，更全面地分析和掌握電力設備的運行狀態。除了110 kV線路中的電流量、電壓量等常規性數據之外，系統還能夠實現對設備無功功率等數據的采集，并實現對數據的處理與分析，最終用于判斷電力設備以及系統的綜合運行狀態。在智能化變電站系統的管理下，一旦變電站回路中出現故障或者異常情況，監控系統就會觸發警告，并在終端控制畫面中彈出故障界面，直接定位和現實回路故障的具體位置，分析可能導致該故障的原因。為了展示不同的報警情況，系統將會利用不同的顏色區分故障報警情況，給予技術人員直觀的、可視化的故障信息展示。當技術人員完成故障處理并確認系統能夠正常運行之后，系統警告才會解除。另外，電力系統的故障報警顏色與聲音都可以根據技術人員需求進行調整，且能夠滿足獨立使用要求也能夠滿足同時使用的要求。

4.2 繼電保護技術

要想發揮變電站的正常供電功能，技術人員還應優化系統的繼電保護裝置。當110 kV變電站處于正常運行狀態的時候，系統內部的保護裝置也處于額定工況中，此時的繼電保護系統將持續監控電力設備的運行狀態，保障其正常運轉。一旦電力設備或者系統出現故障或異常，繼電保護裝置就應當發揮作用，避免電力故障擴大化造成嚴重的影響。具體來說，此時的繼電保護裝置將會切斷故障設備以保護其他電力設備與線路，保障整個電力系統的穩定運行。此外，繼電保護設備在感應到供電異常情況時還會及時發出警告，通過通信終端通知技術人員及時維護與修理，保障電力系統的穩定運行。

4.3 數字通信同步技術

電子式互感器也是構建智能變電站的關鍵電子元件，其有效應用能夠實現對變電站的數字化保護。在智能變電站的實際運行中，一旦出現合并單元失步、時鐘同步源丟失等情況的時候，就會進一步導致通信失步以及變電站保護誤動作等情況，影響整個變電站系統的正常運行。電子互感器就是在變電站中負責分發與收集運行信息的單位元件，其在日常運行過程中容易受到電路轉換、報文處理延時等問題的影響，導致自身精度不足，影響系統通信。現代化智能變電站技術的發展與應用能夠利用時鐘同步裝置提高各設備通信精度，利用冗余技術消除時鐘切換過程中存在的抖動現象，進而實現數字通信同步，提高電力系統運行的穩定性與可靠性。

4.4 遠程控制技術

電氣自動化技術的應用能夠實現電力系統對所有電力設備的遠程控制，包括對現場開關柜的控制、對系統斷路器的控制、對補償電容器的控制以及對保護操作的控制等。遠程控制技術的開發與應用能夠改善一線技術人員的工作條件，保障其工作安全性。技術人員只需要通過操作終端的畫面調控就能夠實現對現場各電力設備的控制，智能化電力系統本身具有自動校正功能，不僅能夠判斷電力設備的實際運行情況，同時還能夠進一步復核與糾正技術人員的遙控指令，保障遠程操作的有效性與可靠性。另外，電力系統還將對遙控條件以及遙控環境進行檢查，只有符合安全條件的指令能夠得到系統響應。技術人員可在終端輸入操作指令，并根據界面引導選擇確定或者取消等操作，之后再輸入控制人員對應的權限指令與操作代碼，經過系統復核通過之后就可以根據界面顯示的“合閘”“分閘”等功能性指令進行相關操作，實現遠程操控。

4.5 事故追憶功能

基于電氣自動化技術的110 kV變電站控制系統還具有事故記錄與追憶的功能，能夠對電力設備的模擬量與狀態量進行實時采集。系統將統一時鐘，并以毫秒為時間單位記錄電力設備運行數據，重點記錄系統斷路器和保護動作信號，通過系統進行數據傳輸或者打印，協助技術人員分析故障事件。電力系統能夠一次性展示事故前后14個工作周期的相關數據，為技術人員提供依據。另外，智能化系統還能夠通過仿真與建模等技術實現對事故運行狀態的重現，為技術人員展示事故發生的全過程，協助其解決故障問題，預防事故的再次發生。

4.6 系統安全管理

110 kV變電站在運用電氣自動化技術的同時還應注重系統的安全管理功能，能夠根據操作權限限制不同用戶的登錄行為與操作控制功能，以防出現超權限操作的問題。技術人員可以為電力系統設置相關口令限制用戶登錄情況，只有用戶輸入對應口令時才能夠進入電力系統操作界面，進而保障系統的安全性與穩定性。針對不同類型的操作員應設計不同的口令和權限，并由系統管理人員登錄后臺進行用戶權限的設置與調整。

5 結束語

綜上所述，電氣自動化技術在110 kV變電站的廣泛應用能夠改善傳統變電站的監控、通信等問題，促進變電站系統的發展。對此，技術人員應該不斷完善和推進電氣自動化技術的創新發展，保障電力系統的穩定安全運行，進而為人們提供高質量的供電服務，促進我國電力行業的持續發展。