淺談電氣自動(dòng)化技術(shù)在變電站中的應(yīng)用

崔淵博

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東火電工程總公司，廣東 廣州 510730）

為了能夠?qū)l(fā)電場(chǎng)中的電能進(jìn)行遠(yuǎn)程輸送，因此變電站必須把電壓升高，輸送到用戶附近的變壓場(chǎng)所中再將電壓降低，以滿足居民用電。變壓器和開關(guān)是變電站的主要設(shè)備。近年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣自動(dòng)化在我國(guó)變電站改造中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)具有較高、較先進(jìn)的電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)電網(wǎng)的高效、順利運(yùn)行、電力系統(tǒng)工作效率的提高都起到了重要的作用。下文就變電站改造中對(duì)電氣自動(dòng)化的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

一、電氣自動(dòng)化技術(shù)的重要作用

電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)工作中的各個(gè)環(huán)節(jié)中滲透，使變電站逐步擺脫了電力運(yùn)行中人為操作的局面，給變電站的整體運(yùn)行面貌帶來(lái)了質(zhì)的改變。具體來(lái)講，電氣自動(dòng)化技術(shù)在變電站運(yùn)行中的應(yīng)用主要涉及到以下幾個(gè)方面：

1電氣自動(dòng)化幫助科研人員開展實(shí)時(shí)仿真工作。使用電氣化驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可以在更大程度上實(shí)現(xiàn)暫時(shí)狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)的同步存在，這使得同步實(shí)驗(yàn)成為了可能。為系統(tǒng)運(yùn)行提供了大量的精確數(shù)據(jù)，增加了實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度。在這種仿真的環(huán)境中，工作人員可以進(jìn)行更多的電力裝置測(cè)試，有助于幫助科研人員建立起一個(gè)混合型的實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)室。

2實(shí)現(xiàn)了電力服務(wù)的智能化。當(dāng)今時(shí)代，幾乎每個(gè)行業(yè)都離不開電力的使用，失去電力系統(tǒng)的支持，許多行業(yè)將陷入癱瘓的境地。電力的廣泛使用對(duì)電力系統(tǒng)的安全性和自動(dòng)化程度都提出了極高的要求。電氣自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)是電力系統(tǒng)智能化的重要組成部分，能夠幫助工作人員更精確地進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)工作，并能代替人力做到更精確的系統(tǒng)運(yùn)行故障分析。這種智能化的控制方式，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行更加高效準(zhǔn)確。這種高度安全的自動(dòng)化運(yùn)行體系，使電力系統(tǒng)的服務(wù)能力邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。

二、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)主要模式在變電站的應(yīng)用

1 對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中相對(duì)分散模式的應(yīng)用

圖1

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中相對(duì)分散模式是從90年代后出現(xiàn)的，并逐步在全國(guó)范圍得到推廣和廣泛的應(yīng)用。它的應(yīng)用原來(lái)是將變壓站以幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立小區(qū)的形式呈現(xiàn)，通過對(duì)小區(qū)內(nèi)部設(shè)備小室的建設(shè)，形成安裝小室地點(diǎn)并對(duì)各項(xiàng)用于監(jiān)控、安全保障的設(shè)備進(jìn)行安裝。對(duì)特殊控制設(shè)備，比如對(duì)波錄、通信控制器、直流的安裝仍然采用集中安裝方式，以便實(shí)現(xiàn)其總控制功能。最后通過對(duì)工業(yè)總線網(wǎng)路的使用，實(shí)現(xiàn)總控制室與各個(gè)安裝小室的互聯(lián)。

分散控制系統(tǒng)（DCS）是一項(xiàng)將“四C”技術(shù)充分結(jié)合的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?！八腃”即顯示技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)。DCS系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)高速公路把不同地方的不同功能的計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，依照分散控制、總體配置、集中管理、各司其職、信息共享的原則構(gòu)建具有高可靠性、高性能的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，安全可靠且維護(hù)方便，利于擴(kuò)展。如圖1。

2 對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中集中模式的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中集中模式是：設(shè)置特殊的操作控制室，同時(shí)相應(yīng)的對(duì)自動(dòng)化模塊通信模塊、保護(hù)模塊、監(jiān)控模塊進(jìn)行安裝。雖然這些自動(dòng)化模塊在一個(gè)控制室中集中放置，但是各個(gè)模塊之間根本不存在任何的聯(lián)系。這種電氣自動(dòng)系統(tǒng)集中放置方式，在電路外圍的接口的有效擴(kuò)展中發(fā)揮著重大的作用。但是在實(shí)際的放置過程中需要對(duì)不同檔次的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行使用，以完成變電站模擬量信息、數(shù)字量信息、開關(guān)量信息的集中采集、計(jì)算和處理。

3 對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中分層分散模式的應(yīng)用

作為一種全監(jiān)控的應(yīng)用模式，分層分散模式的應(yīng)用原理是對(duì)中低壓變電站自動(dòng)化模式的參照和利用。該過程中采用集中組屏的設(shè)備是高壓線路、主變、母線設(shè)備中的通信、保護(hù)監(jiān)控、中央信號(hào)。在設(shè)備小室中依照設(shè)備間隔進(jìn)行監(jiān)控、電容器、出線設(shè)備的安裝，或者直接將上述設(shè)備在一次設(shè)備上進(jìn)行安裝，各個(gè)設(shè)備模塊之間的互聯(lián)應(yīng)用的是通信規(guī)約和標(biāo)準(zhǔn)局域總線。同時(shí)這些模塊的安裝采用集中組屏的方式也較適宜。分散式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用對(duì)變電站二次設(shè)備之間互聯(lián)線的簡(jiǎn)化、連接電纜的大量節(jié)省、設(shè)備投入的降低發(fā)揮著重要的作用。其自身存在著較強(qiáng)的抗干擾力、安全可靠性高、維修保養(yǎng)操作簡(jiǎn)便、各器件之間組態(tài)靈活等特點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)的存在使變電站系統(tǒng)中，對(duì)這種模式的應(yīng)用十分的廣泛，特別是隨著當(dāng)今電力水平的不斷提高，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中有著很迅速的發(fā)展勢(shì)頭。

三、變電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)功能的有效運(yùn)用

1 計(jì)算機(jī)保護(hù)功能的有效運(yùn)用

對(duì)計(jì)算機(jī)保護(hù)功能的應(yīng)用是為了保護(hù)變電站運(yùn)行過程中使用到的所有的電氣設(shè)備，包括對(duì)安全自動(dòng)裝置母線、變壓器、線路等的保護(hù)。在變電站運(yùn)行過程中，記錄相應(yīng)的故障并儲(chǔ)存多套定值、顯示自身修改定值。在變電站運(yùn)行過程中，接受總監(jiān)控系統(tǒng)命令，并對(duì)該過程中的工作步驟和對(duì)應(yīng)的故障信息進(jìn)行發(fā)送，診斷和處理變電站運(yùn)行過程中設(shè)備出現(xiàn)的故障。對(duì)以往的定值進(jìn)行有效的修改同時(shí)校對(duì)時(shí)間。在變電站運(yùn)行過程中，為保障系統(tǒng)保護(hù)功能和控制功能的實(shí)現(xiàn)而采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

2 采集和處理運(yùn)行數(shù)據(jù)

變電站對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在對(duì)電氣自動(dòng)化具有的基本功能的應(yīng)用，即對(duì)變電站運(yùn)行過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和處理，其中變電站的脈沖數(shù)據(jù)、變電站的狀態(tài)數(shù)據(jù)和變電站的模擬數(shù)據(jù)是其主要處理數(shù)據(jù)。對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)的處理包括對(duì)事故跳閘總信號(hào)的處理、斷路器表現(xiàn)狀態(tài)的處理、預(yù)告信號(hào)的處理、隔離開關(guān)表現(xiàn)狀態(tài)的處理和一次設(shè)備告警信號(hào)的處理等。光電隔離方式和通信方式的應(yīng)用使這些信號(hào)能夠被有效的獲取并在系統(tǒng)中成功的輸入。對(duì)模擬數(shù)據(jù)的采集和處理主要包括對(duì)無(wú)功功率值、各段母線電壓、電流、饋線電流等模擬數(shù)據(jù)的采集及處理。

3 能夠及時(shí)準(zhǔn)確的記錄設(shè)備故障、事件播錄測(cè)距

變電站對(duì)電氣自動(dòng)化記錄功能的運(yùn)用，是為了對(duì)設(shè)備故障和事件播錄測(cè)距的準(zhǔn)確記錄。事件記錄內(nèi)容為：記錄運(yùn)行設(shè)備的開關(guān)跳合、保護(hù)動(dòng)作序列。對(duì)各種配置的選用是為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中的通信功能，并通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)分析、儲(chǔ)存事件、故障功能。

4 電氣自動(dòng)化的操作和控制

通過對(duì)后臺(tái)屏幕的應(yīng)用，變電站的操作人員可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作控制變電站中的各項(xiàng)變電器設(shè)備。但是在實(shí)際的操作過程中，為了使因系統(tǒng)故障而無(wú)法進(jìn)行設(shè)備操作的現(xiàn)象得到有效的避免，設(shè)計(jì)和建設(shè)變電站系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意對(duì)人工直接跳合閘的預(yù)先保留，這樣一來(lái)即使系統(tǒng)出現(xiàn)了故障事故，變電站仍然能夠正常的運(yùn)行。

5 對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)中自行診斷功能的應(yīng)用

應(yīng)用系統(tǒng)中各個(gè)插件的自行診斷功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)方調(diào)度中心和系統(tǒng)后臺(tái)的輸送。系統(tǒng)裝置的本身可以及時(shí)的進(jìn)行自檢，使維護(hù)和維修工作能夠更加方便快捷的進(jìn)行。實(shí)時(shí)檢查各項(xiàng)運(yùn)行設(shè)備，有效的找出運(yùn)行裝置的自身缺陷和存在的故障，并對(duì)故障的出現(xiàn)位置進(jìn)行有效的提示。

6 數(shù)據(jù)記錄和處理的有效性

系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的工作任務(wù)是對(duì)變電站工作歷史數(shù)據(jù)的有效處理，是進(jìn)行變電保護(hù)、管理、上級(jí)調(diào)度中心所需數(shù)據(jù)的處理。詳細(xì)的分為斷路器運(yùn)行動(dòng)作次數(shù)的記錄；對(duì)變壓器和輸電線有功、無(wú)功的記錄；對(duì)斷電器跳閘次數(shù)和累積數(shù)量的記錄；母線電壓最大、最小值應(yīng)用時(shí)間記錄等。在具體的操作過程中會(huì)根據(jù)實(shí)際的需要，在變電站運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)記錄和處理數(shù)據(jù)。同時(shí)也可以通過調(diào)度中心和遠(yuǎn)動(dòng)操作實(shí)行上述功能。

7 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中診斷功能的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中診斷功能的應(yīng)用原理是：對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部插件具有的自行診斷功能的應(yīng)用。在對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行傳遞時(shí)，通過對(duì)其的應(yīng)用使信息的傳遞數(shù)量大大的增加，并且能夠進(jìn)行時(shí)鐘的統(tǒng)一設(shè)置、實(shí)現(xiàn)運(yùn)行系統(tǒng)的維護(hù)和保護(hù)功能。

四、電氣自動(dòng)化在變電站的發(fā)展前景

新的電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高程度的應(yīng)用，使得電氣自動(dòng)化技術(shù)在變電站中的應(yīng)用體現(xiàn)出一種普及化的狀態(tài)，具有代表性的是IED電力自動(dòng)化技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)廠家對(duì)管理信息的共享和操作，是一種性能優(yōu)良的電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，為了規(guī)范這一系統(tǒng)的應(yīng)用，國(guó)際上對(duì)這種自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用出臺(tái)了一些特定的使用標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的研究人員在推動(dòng)電氣自動(dòng)化的應(yīng)用中主動(dòng)將這種技術(shù)向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏，以便該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和推廣有一個(gè)更好的前景，目前已經(jīng)按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)開始了電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研發(fā)。另外，電氣自動(dòng)化技術(shù)在變電站中的大規(guī)模應(yīng)用，也必將推動(dòng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的現(xiàn)代信息及通信控制技術(shù)在智能控制工作中的應(yīng)用進(jìn)展。未來(lái)，多媒體、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)也都將被吸納成為現(xiàn)代電氣自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。這些技術(shù)的綜合應(yīng)用也必將推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用更加深入。

結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)變電站改造中對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)主要模式的應(yīng)用、變電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用功能的簡(jiǎn)單分析，闡明了對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中相對(duì)分散模式的應(yīng)用、對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中集中模式的應(yīng)用、對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中分層分散模式的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)保護(hù)功能的有效運(yùn)用、采集和處理運(yùn)行數(shù)據(jù)、能夠及時(shí)準(zhǔn)確的記錄設(shè)備故障、事件播錄測(cè)距、電氣自動(dòng)化的操作和控制、對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)中自行診斷功能的應(yīng)用、數(shù)據(jù)記錄和處理的有效性、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中診斷功能的應(yīng)用。提出了電氣自動(dòng)化在我國(guó)變電站改造中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)具有較高、較先進(jìn)的電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)電網(wǎng)的高效、順利運(yùn)行、電力系統(tǒng)工作效率的提高都起到了重要的作用。

[1]戴軍明.論變電站檢修的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].廣東科技，2009（06）.

[2]溫曙輝.探討變電站電氣自動(dòng)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）2011（23）.

[3]李娜，武瓊.有關(guān)110kV變電站電氣自動(dòng)化應(yīng)用探究[J].黑龍江科技信息，2012（25）.