電網建設中電氣工程自動化技術應用研究

楊靜林，高峰

（內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，呼和浩特 010020）

1 引言

作為國民經濟的支柱產業、基礎產業、戰略產業，我國電力行業隨著近幾年國家經濟發展呈現出蓬勃發展態勢，電力發電量、用電量規模均持續擴展，已成為全球最大的電力能源生產國、消費國。截至2021 年6 月，我國規模以上電廠發電量達3.8717×1012kW·h，同比增長13.7%，全社會用電量為3.93×1012kW·h，同比增長16.2%。而電氣工程是電網中至關重要的一部分，電氣工程自動化技術的應用將為我國電網建設智能化提供充足支持。因此，探究電氣工程自動化技術在電網建設中的應用具有非常重要的意義。

2 案例概述

某電網建設工程位于呼和浩特市，項目總投資15 864.52 萬元，其中建設投資12 352.52 萬元，占項目總投資的77.86%，其余為流動資金。該電網建設工程包括AMI、AAM、ATO、ADO 幾個部分。其中，AMI 為高級測量架構，負責與用戶之間建立通信聯系，并發送帶時標的系統信息；AAM 為高級資產管理，負責使用高級輸電運行、高級配電運行以及高級測量架構信息，進行電網運行效率、資產配置的改善；ATO 為高級輸電運行，負責利用高級配電運行信息進行運行改善、輸入優化，并賦予高級測量架構訪問時長的權利；ADO 為高級配電運行，負責利用高級測量架構的通信收集配電信息，并對電網運行情況進行改善。

3 電網建設中電氣工程自動化技術的優勢

3.1 提高效率

傳統電網建設需要多人參與勘測設計監督管理，監督管理效率處于較低的水平，相關問題無法被及時發現和解決。而利用電氣工程自動化技術，可以通過指令輸入、評價標準設置的方式，實現對整個電網建設系統的動態監督，及時發現電網勘測設計階段存在的風險，提高勘測設計作業整體效率。

3.2 便捷操作

在我國科學技術蓬勃發展態勢下，電網建設智能化進程進一步加速，電氣工程自動化技術得到了良好的發展機遇，智能化特征更加突出。利用更具智能化的電氣自動化技術，可以對電網建設操作進行全程規范，并利用移動化終端進行電網建設工作的細化調控，提高電網建設操作的邊界性[1]。

3.3 保障安全

變電站是電網建設中整個電氣系統中心組件中轉站，通過利用電氣工程自動化技術，可以促使相關工作者更加便捷地管控變電站，進行變電站運行期間生產數據的集中收集、處理。同時根據數據發展趨勢，進行整個變電站的診斷，第一時間發現變電站運行階段存在的隱患，第一時間解決，為變電站安全運行提供保障。

4 電網建設中電氣工程自動化技術的應用

4.1 電力調度中的應用

電氣工程自動化技術應用之前，電網電力調度自動化主要包括變電站自動化、調度主站自動化2 個部分。變電站自動化主要利用遠方終端裝置RTU 與遙測裝置進行集中式或分布式調度；調度主站自動化則是依托SCADA（計算機數據采集與監控系統）進行調度自動化框架構建，內部信息孤島較多，信息共享受限?；诖耍谏鲜霭咐校劳型〞场詮姷膶嶓w電網架構，結合服務生產全過程需求，進行系統多種類別實時生產、運營信息的整合，進一步提高對工程完整、準確、標準且含精確時間斷面的全景信息的獲取能力[2]，進而面向電網業務，展開動態、實時的診斷、分析、優化，為電網運行工作者提供精細、全面的電網運營狀態圖，助力調度決策。

基于電氣工程自動化技術的電力調度自動化需要結合IEC 61970《能量管理系統應用程序接口（EMS-API）》，從多廠商開發EMS 應用集成、獨立完整EMS 系統集成、EMS 系統與電力系統運行及其他系統（發電系統、配電系統等）集成幾個方面，推進EMS 應用軟件開放化、組件化，降低調度信息集成、信息共享便捷性。該項目結合自身條件，依托高級測量體系AMI（通信網絡、智能電表、用戶室內外網絡），關聯負荷數據、調度系統，將高級智能配網子系統ADO、基于三維的GIS地理信息子系統、高級智能輸電運行子系統ATO 互相兼容，提高系統間冗余，消除全局范圍內信息孤島，便于從多個區域性電力系統數據庫內進行電網數據調用，實現電網的雙方向互動供應電力能源，提高電能資源調配的有效性。

在實際運行過程中，電氣工程自動化的電力調度包括電網數據采集、自動發電控制、經濟調度控制、電力市場化運營、電力故障分析及處理幾個環節。其中電網數據采集主要是利用信息采集模塊實時采集下級發電廠、變電站數據，并將數據集中上報給綜合分析中心——控制中心。進而經傳輸系統向調度中心傳達指令；自動發電控制主要是以調度自動化系統智能信息處理中心為依托，智能分析采集數據實現一定范圍內的發電控制自動化，規避發電不足、發電過量問題；經濟調度控制則是依據數據分析結果，進行電力資源的經濟配置，降低電力資源浪費風險[3]；電力市場化運營主要針對電力能源無法存儲的特點，以某一時間段內電力運行情況為對象，開展系統數據統計以及電力運行質保觀察，為電力資源市場化低風險運營規劃提供依據；電力故障分析及處理主要是依托信息采集與傳輸處理系統，對電力能源傳輸過程中易出現的問題進行檢測，及時發出警報或自動調節，避免大面積電力系統出現問題。

4.2 發電廠分散監控中的應用

發電廠分散監控系統又可稱之為DCS、分布式計算機控制系統，為引入控制分散、管理集中思想的現代化儀表控制系統。系統結構形式為多層分級，可以適應多種過程控制管理、數據獲取以及電力資源市場化運作要求。將電氣工程自動化技術應用到發電廠分散監控中，可以有效連接發電廠多區域、多功能計算機，在閉環控制系統內便捷維護。比如，在2 臺發電機組為一組的發電模式中，一旦其中一臺發電設備出現故障，就可以利用基于電氣工程自動化技術的分散監控系統斷開故障發電設備，規避故障發電設備對整體發電效率的影響。

在發電廠分散監控中，電氣工程自動化技術是實現監控綜合自動化的關鍵，可以在原有監控系統功能上進行自動化水平的進一步延展，為發電廠綜合控制功能的提升奠定基礎。以分層分布分散全微機自動化系統為例，需要經工業以太網，依據IP 通信協議將若干發電機組、控制終端設備互相聯結，推進發電廠分散監控系統的一體化運作，達成分散控制、集中管理目的。一般分層分布分散全微機自動化控制系統可以在中央控制室集中布置，并在取消常規控制室的基礎上，進行網孔部分、電氣自動化部分、控制部分的集中納入[4]。此時，利用網絡控制自動化，可以完成公用電氣系統、升壓站的檢測控制。同時考慮到分散控制系統配置合理性關于整個發電廠電力系統運行狀態，應選擇相對獨立的設計方式進行1 號機組、2 號機組分散控制系統的設計，并進行操作站、過程控制單元、歷史數據庫等節點的恰當分配，保證數據、指令的高效率傳輸。

4.3 配電網中的應用

根據電網建設中配電網自動化需求，技術人員可以建立以數字化變電站為切入點，以服務器模型、邏輯節點模型、數據對象模型、邏輯設備模型為基礎，結合非常規互感器、現代化變電站網絡通信、系統協議IEC 61850，進行裝置和變電站調度自動化數據模型，促使數據變得確定化、透明化。進而利用面向對象的數據自描述方法，進行不同類別數據對象DAType、DOType 類型的定義，促使其形成LNType（邏輯節點類型）。同時將多個類型的邏輯節點集成裝置模板，并將若干裝置實例與一次設備實例整合為變電站數據，實現面向對象數據服務的完整描述。在這個基礎上，利用新型互感器以及過程總線，突破站控層自動化功能裝置“邊界”，實現測量信息的全方位共享。并在信息交互的基礎上，利用自動化功能間邏輯配合代替“硬接線”，為配電網控制中心系統提供更加完整的一次設備監測信息、電網運行狀態信息、二次設備檢查信息與電網故障計量信息等。通過信息傳輸，實現電網故障分析、區域防誤策略、區域無功優化策略或區域備自投策略。

從本質上而言，配電網運行中的電氣自動化技術應用是借助計算機技術，以微機操縱的方式保障電力平穩、高效、安全運行。同時輔助工作者進行多級別運行信息的查找，推進自動化調度控制的實現。具體實操過程中可以運用具有混合式特征的PLC 技術，以自動化編程以及各環節操縱指令記錄的形式，聯結微機技術、配電網繼電接觸控制端以及系統內總線，為配電網壓力調控自動化、流量調控自動化以及開關量操作自動化的實現提供依據。

4.4 電氣設備控制中的應用

在電網建設中，電氣設備包括電氣傳動系統、電氣傳動控制系統2 個部分。前者包括傳動裝置、生產過程自動控制部分、動力部分幾個部分；后者包括邏輯元件系統（有觸點/無觸點）、程序控制系統（可變/固定）、開關量/連續量幾個部分。電氣工程自動化技術可以在電氣設備電氣傳動系統生產過程自動控制部分、電氣傳動控制系統程序控制系統中應用。即根據傳統電氣設備電氣傳動系統工作原理，以TCP/IP 協議嵌入電氣設備ROM 內的形式，與微處理器（微計算機）有機結合，利用微計算機計算、存儲功能處理電氣設備數據，并調節電氣設備內部行為，獲得最佳數據[5]。同時促使電氣設備具有雙向信息交互功能，在TCP/IP 協議的支持下，與外界數據網絡之間展開雙方向數據交換，實現現場級Internet/Intranet/Ethernet功能。此時，網絡授權用戶、開放Internet 的區域均可經瀏覽器獲得現場信息，滿足現場電氣設備遠距離在線控制、編程組態需求。

此外，考慮到電氣設備內含較多聯鎖保護裝置，對運行可靠性具有較高要求。因此，本案例在使用電氣工程自動化技術過程中，均選擇安全性高、抗干擾效果強、作業效率高的自動化保護裝置，以便在完成電氣設備正常啟動/停止、運行調度操作自動化的同時，實時監控電氣設備運行狀態，應急處理電氣設備數據故障，降低電氣設備運行風險。

5 結語

綜上所述，電網建設與電源建設共同組成了我國電力建設系統，包括輸電線路與變電設備建設、傳統輸配電網智能化升級改造等內容。通過將電氣工程自動化技術應用于電網建設中，可以提高能源利用率，改善服務體系，促使電網建設與國際能源多元化、清潔化結構相適應。因此，相關人員應根據電力調度、發電廠分散監控、配電網、電氣設備控制等模塊需求，進行電氣工程自動化技術的合理利用，為電網建設作業的高效率、高質量開展提供保障。