試析電氣自動化技術在變電站中的應用

汪春艷

（廣東白云學院，廣東 廣州 510450）

0 引言

隨著電力使用總量的不斷增加，電網長時間處于高負荷的狀態下，逐漸顯現出各種問題。老舊變電站在使用的過程中，經常會出現老化嚴重、技術落后等一系列的情況，導致當前的電力資源需求得不到滿足，給社會帶來了負面影響。為了改善以上情況，需將自動化技術與變電站的各種基礎數據進行有效融合，并產生全新的控制形式，從而對生產、發展起到促進作用。

1 電氣自動化的應用優勢

在變電站中應用電氣自動化技術，能在一定程度上節省人力資源。基于自動化技術建立相應的工作理念，能夠保障人員操作過程的安全性以及監督管理工作的全面性。在變電站中應用電氣自動化技術，可以根據電氣運行的真實狀況，對系統問題進行高效處理。一旦出現異常情況，系統便會發出警告，相應技術人員根據提示內容，及時對設備進行檢修，或對系統進行修正，確保變電站自動化設備硬件、軟件可以正常工作。不僅如此，電氣自動化控制系統單位功能較為強大，能夠根據系統運行方式對相應參數進行及時調整、實時監控、信息預警等，并且其還具備全方位、多范圍的特征，以便達到最佳的工作狀態。除此之外，變電站還廣泛使用了全微機化的設備種類，強化了電氣自動化技術的效果[1]。

2 電氣自動化功能設計構思

在變電站中應用電氣自動化技術時，技術人員可以通過電腦自身的兼容性，依據電網調度控制、生產系統的需要內容，及時掌握內部生產設備的運行情況、狀態信息等，將其與變電站中的各子系統進行連接，從而實現對內部的全面管控[2]。正常情況下，變電站內部的一次設備、在線監測裝置、測控裝置等通過控制電纜相互連接，從而將變電站電氣設備的非電氣量、電氣量等信息傳送給相應設備，設備接收到信息后再將其反饋到后臺生產調度系統，提供給監控人員使用。通過對電氣自動化技術的合理應用，可以使運行人員準確判斷設備的狀態，從而完成調度、運行維護等工作（圖1）。

圖1 自動化融入構思

電氣自動化系統內部的生產調度臺可以及時接收故障信息，即該位置接收到任何的異常故障內容后，都會在第一時間反饋給調度、監控人員。軟件系統通過對數據的分析、邏輯運算等，將設備對應問題的輸出命令信息傳送到控制裝置，從而縮短設備故障處理所需要的時間，提升變電站內設備運行的安全性、穩定性，確保用電的可靠性。

與傳統的模擬式控制方式相比，電氣自動化技術更為先進，并且功能種類豐富、性能相對穩定，具備極高的實用性。正常情況下，電氣自動化是以數據庫、高性能電腦、電力系統之間的通信技術作為基礎，達到人機交互的效果。變電站與電氣自動化系統的結合，提升了工作人員調取、使用內部信息的便利性，使其能夠制定出更合理的運維策略，為變電站內部設備的穩定運行奠定良好基礎。

當前，變電站、電氣自動化技術結合后，內部的關鍵組成主要有：數據網管機器、多樣化的測控裝置、計量系統、自動裝置、智能生產輔助系統等。電氣自動化系統還具備發電機、變壓器、輸電線路等保護功能，以及火災發生報警、遠距離視頻、數據信息共享、自動操作控制等一系列功能[3]。

3 電氣自動化設計方案

3.1 背景條件

國家科技實力快速提升的同時，促使變電站自動化研究工作不斷進步，使大量專業人員投入電力能源網的各個環節，并提出了一系列專業理論，為變電站自動化設計、實施奠定了基礎。當前國內大多數老舊變電站都利用了全新技術對系統進行優化、創新，不僅提升了系統的安全性、穩定性，還減少了其中的一系列安全隱患，增強了變電站業務能力。

3.2 設計方案

通過對國內情況的細致調查發現，大多數變電站都較為陳舊，并且設計理念較為落后，其中的一次、二次設備老化問題嚴重，導致出現故障的概率大幅提升，需要及時進行創新、優化工作。在接近負荷側的變電站進行電氣自動化改造設計時，由于聯絡站數量較多，并且多數是終端變電站，這在維持電力穩定方面上造成一定的困難。針對該問題，相關設計人員制定了以下4 種措施：①將110 kV 的主變壓器改造成三相、三繞組有載調壓式設備；②在對110 kV電氣裝置進行優化時，技術人員提供的設計方案是使用戶外中型單母線連接的裝置；③在對35 kV 電氣裝置進行優化時，設計方案內容是使用戶外中型母線分段布置裝置；④無功補償電容設計的優化方案是戶外布置過框架式的電容器設備[4]。在設計變電站內部電氣設備控制方案時，可以使用分層分布形式的電腦監控系統，將繼電保護裝置集中安設在綜合控制樓的繼電器室內。

3.3 自動調度

開展變電站內部調度通信自動化管控時，技術人員使用了OPEN3000 系統，并將其作為擴展、強化能力的重要設施。OPEN3000 系統具備多樣化的通信規約功能，例如，對以往信息內容的保存、對警告信息的記錄、對調度管控人員進行曲線信息推送、對變壓器抽頭與隔離開關進行調整等，其在應用中還能自動完成在線監測、自動修復，降低設備自身故障情況出現的概率，并且還能與變電站內部的刀閘、開關、保護測量裝置、交直流電源等一次、二次設備進行連接，保護一次、二次設備的運行安全、穩定，完成數據信息之間的交互。同時，OPEN3000 系統還可以與變電站內部調度自動化系統進行連接，構建完善的通信網絡。不僅如此，OPEN3000 系統還具備報告管控、一鍵操作、保護信息處理、報警、直接傳輸等功能，為變電站的良好運行奠定了堅實基礎。

3.4 電氣自動控制

為了大幅提升變電站內部的安全系數、供電實力，可以利用分層分布形式網絡結構的PCS9700 廠站電腦監控系統，以及使用一致的組網種類，依據安全、高效等原則，以及信息直接傳送、數據信息優化供應的要求，對變電站中的一次、二次變電設備運行數據進行實時傳送、控制、處理。與此同時，在變電站內部安裝保護裝置的過程中，還要對裝置閉鎖的信息內容進行驗證，保障變電站的安全運行。

變電站內部的電氣自動化系統還要對內部的一次、二次設備的運行、網絡通信情況，以及主變有載分接開關運行的檔位、斷路器位置、站內隔離開關等設備的狀態進行檢測、控制，可以配備電壓無功控制、自動按頻率減負荷等自動裝置，以此全面保障變電站運行的安全性。不僅如此，在內部還需要配備一定數量的公用測控裝置、35 kV 的線路保護裝置、10 kV 電容器保護裝置等。

變電站中的后臺系統由設備層網絡、單元層網絡、站控層網絡組成。站控層可以對設備運行中的數據信息進行收集，并通過多媒體消息業務（multimedia messaging service, MMS）的形式來完成信息傳送[5]。單元層可以在站控層失效后，代替其完成系統的數據信息采集、設備控制等工作，具有輔助控制的作用。

3.5 電源系統

技術人員可以根據電源監控設備的使用情況，加強設備的監控與管理，保證電源系統可以正常使用。為了充分發揮電源監控設備的作用，需要借助以太網來連接變電站內部的電源監控設備和后臺系統。正常情況下，變電站裝設有硅整流直流形式的電源系統，能夠提供穩定的220 V 電力資源。與此同時，變電站通常配備220 V 鉛酸免維護封閉式的蓄電池組，平時蓄電池組以浮充電的方式運行，當直流電源消失時，可以迅速接入系統，保證變電站二次系統的正常運行。除此之外，變電站中還安設了不斷流的電力能源，工作人員可通過輻射的方式完成持續性的電源供應，從而保障變電站的穩定運行。

4 電氣自動化技術在變電站中的實際應用

4.1 數據采集處理

變電站運行過程中會產生大量的數據信息，想要保障變電系統的安全、可靠、穩定運行，便要對數據進行精準的采集和整理。在變電站內部的使用電氣自動化技術時，還要保證數據信息的準確性及信息處理的有效性。例如，模擬量轉成數字量、電氣設備開關變位識別、設備運行狀態識別等產生的信息，通過自動化分析、處理工作，將最終結果傳送到控制系統內，再由其對斷路器的分合閘、母線電壓等開展管控，從而保證設備處于安全、穩定的狀態。

4.2 監控系統應用

隨著科學技術的快速發展，電氣自動監控技術優勢逐漸展現出來。正常情況下，電腦監控系統涉及的范圍廣泛，不但不需要人工操作便可以對內部通信設備、信息進行實時監控，還要對變電站中的不間斷電源設備（uninterruptable power system, UPS）、直流系統等進行監控，隨時調整無功補償裝置狀態（圖2）。在變電站中應用電氣自動化技術，能夠實現無人操作、減少人工值班等目標，因此，系統內部在進行功能設計時，會將“分層設計”作為關鍵原則，所謂的“層”主要為功能、間隔、控制等，其可依據實際狀況完成調節任務。不僅如此，在變電站內部使用電氣自動化技術時，為了充分展現電腦監控系統的作用，應盡可能簡化外圍設備的設置，從而大幅提升控制系統的實力。

圖2 變電站綜合自動化系統

4.3 設備故障信息記錄

電氣自動化技術與變電站結合后，在日常運行中便可對內部出現的設備異常情況、時間順序等進行全面記錄，其中還涉及變電站在運行中的保護動作序列、設備開關跳合情況等。與此同時，技術人員通過合理使用配置，能夠在一定程度上發揮變電站中監控系統通信功能，從而完成對故障記錄信息的分析以及對相應信息的保存[6]。

5 結語

綜上所述，為滿足當前社會的電力使用需求，需將電氣自動化技術與變電站相結合，保障電力變換傳輸過程中的安全性和穩定性。與此同時，通過對電氣自動化應用優勢、設計、應用方面的細致分析，相關技術人員可以基于當前的真實情況，借鑒國外的優秀成果，研發出更加先進、更加靈活的智能化技術，進一步提升變電站運行中的安全性、穩定性。