數(shù)字化變電站站用電應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新方案研究

姚少偉，張曉泓，劉 通

（四川崇州供電有限責(zé)任公司，四川 崇州611200）

隨著自動(dòng)化在電力領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，很多的數(shù)字化變電站站用電都進(jìn)行了一定的引用計(jì)數(shù)創(chuàng)新，希望借此來(lái)推動(dòng)整個(gè)變電站站用電的數(shù)字化管理。數(shù)字化變電站相較于傳統(tǒng)變電站而言，在站用電應(yīng)用技術(shù)上具有高效、智能、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)，繼而在整個(gè)變電站站用電的改進(jìn)和優(yōu)化上起到了至關(guān)重要的作用。對(duì)數(shù)字化變電站站用電應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行深入的研究和創(chuàng)新對(duì)推進(jìn)整個(gè)變電站的數(shù)字化管理有著積極的意義，因此電力部門(mén)應(yīng)該采取有效的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)變電站站用電應(yīng)用技術(shù)的數(shù)字化創(chuàng)新，完善整個(gè)電力行業(yè)的管理工作。

1 數(shù)字化變電站特點(diǎn)

1.1 一次設(shè)備的智能化

數(shù)字化變電站利用電子式互感器替換了傳統(tǒng)變電站的電磁式互感器，利用光纖以太網(wǎng)向外部提供數(shù)字式的接口，同時(shí)結(jié)合智能開(kāi)關(guān)、變壓器等一系列的一次設(shè)備。這些設(shè)備能夠向外部進(jìn)行各種數(shù)字通信管理，及時(shí)將變電站的動(dòng)態(tài)信息或者靜態(tài)架構(gòu)以數(shù)據(jù)的形式傳輸?shù)酵獠浚阌诠芾砣藛T對(duì)整個(gè)變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掌握和分析。另外，在這些一次設(shè)備上進(jìn)行智能終端信號(hào)實(shí)時(shí)狀態(tài)和信息的檢測(cè)和轉(zhuǎn)化，將有關(guān)的信息能夠及時(shí)地傳輸?shù)蕉卧O(shè)備或者外部數(shù)據(jù)中心來(lái)，從而整體達(dá)到智能化的要求。一次設(shè)備和二次設(shè)備之間能夠以光纖傳輸信息的形式對(duì)整個(gè)變電站的信息進(jìn)行采集和交換，進(jìn)而達(dá)到控制命令和分析處理數(shù)據(jù)的作用，最終實(shí)現(xiàn)變電站的數(shù)字化。

1.2 二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化

二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化也是基于整個(gè)光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字化變電站的二次設(shè)備不僅具有傳統(tǒng)變電站的數(shù)字式特點(diǎn)，還擁有了整體對(duì)外的光纖網(wǎng)絡(luò)接口，不同于傳統(tǒng)的電纜傳輸信息的模式。這種信息傳輸和交換形式就是變電站實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理的一個(gè)重要標(biāo)志。傳統(tǒng)的變電站以電纜為媒介進(jìn)行信息的傳輸和命令的傳達(dá)，這樣使得變電站的裝置繁雜，對(duì)整個(gè)變電站管理起到了一定的限制作用。數(shù)字化變電站將這種裝置的繁雜轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒌募泻头倍?，降低了整個(gè)變電站的二次設(shè)備成本，同時(shí)提高了整個(gè)變電站管理的科學(xué)性和可靠性。二次設(shè)備利用通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)光纖以太網(wǎng)，將開(kāi)關(guān)量、模擬量以及各種控制命令信息等進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化，提升了整體的信息處理速率和管理效率，符合變電站數(shù)字化的要求。

1.3 管理運(yùn)行系統(tǒng)的自動(dòng)化

自動(dòng)化管理已經(jīng)成為了變電站數(shù)字化發(fā)展的重要應(yīng)用技術(shù)。數(shù)字化變電站通過(guò)引入自動(dòng)化技術(shù)，將變電站管理上的各種數(shù)據(jù)信息和管理狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行回饋，然后通過(guò)相應(yīng)的可視化技術(shù)、對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及異構(gòu)平臺(tái)技術(shù)等加以整合和控制，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)變電站管理運(yùn)行的自動(dòng)化。目前，很多數(shù)字化變電站已經(jīng)具備了很高的自動(dòng)化基礎(chǔ)，通過(guò)站內(nèi)設(shè)備之間的彼此信息交換、數(shù)據(jù)模擬等在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用下，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信號(hào)的傳輸以及信息共享程序，將整個(gè)變電站的數(shù)字化管理推向了自動(dòng)化的方向，并且最終進(jìn)行實(shí)施。數(shù)字化變電站能夠形成相應(yīng)的故障自動(dòng)分析系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)管系統(tǒng)以及維護(hù)控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的形成和相應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用使得整個(gè)變電站的管理工作量大大地減少，進(jìn)而提高了整個(gè)變電站管理的自動(dòng)化水平。隨著管理運(yùn)行系統(tǒng)的自動(dòng)化，數(shù)字化變電站的發(fā)展前景更加的廣闊。

2 傳統(tǒng)變電站站用電應(yīng)用技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1 斷相運(yùn)行的問(wèn)題

傳統(tǒng)變電站的站用變低、高壓側(cè)通常都是采用的單相熔斷器，這樣讓整個(gè)變電站在運(yùn)作過(guò)程中很容易出現(xiàn)斷相運(yùn)行的問(wèn)題。對(duì)站用變低壓側(cè)而言，使用的一般是Yyn12接線，三相四線制的中性線界面依照相線截面積的一半進(jìn)行選擇，但是由于中性線的截面積小，當(dāng)整個(gè)變電站在運(yùn)行過(guò)程中，中性線會(huì)出現(xiàn)因?yàn)樨?fù)荷過(guò)大而發(fā)熱的情況，繼而引發(fā)斷相運(yùn)行問(wèn)題。對(duì)站用變高壓側(cè)而言，在變壓器的隔離作用影響下，高壓側(cè)出現(xiàn)斷相時(shí)，整個(gè)變壓器將從正常運(yùn)行時(shí)的三相供電變?yōu)閱蜗喙╇?，高壓?cè)斷線的情況對(duì)整個(gè)變電站具有更大的危害。對(duì)已經(jīng)運(yùn)作的電動(dòng)機(jī)，出現(xiàn)高壓側(cè)斷線時(shí)，整個(gè)回路中的電流增大，電壓出現(xiàn)降低，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減小，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行將燒毀相關(guān)的用電設(shè)備。

2.2 滿足無(wú)人值班需求的問(wèn)題

由于傳統(tǒng)變電站沒(méi)有引進(jìn)相應(yīng)的自動(dòng)化、數(shù)字化技術(shù)，使得在整個(gè)變電站站用電的管理過(guò)程中無(wú)法滿足無(wú)人值班的要求。在各個(gè)基層變電設(shè)施中無(wú)人值班變電站的分布十分廣泛，為了保障整個(gè)變電站在無(wú)人值班時(shí)的自動(dòng)化，站用電的電源轉(zhuǎn)換十分重要。傳統(tǒng)的變電站在處理這類問(wèn)題時(shí)，通常采用三種方案：利用雙頭刀閘對(duì)站用電的低壓用電進(jìn)行人為切換、利用單相熔斷器對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)、利用空氣斷路器。這三種方案都存在著一些不足之處，不能夠很好地進(jìn)行遠(yuǎn)程操作、獲得整個(gè)變電站運(yùn)行的保護(hù)信息以及無(wú)法有效對(duì)低壓并列以及反串電進(jìn)行防止。同時(shí)，在整個(gè)變電站自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用上，不能夠?qū)崿F(xiàn)整體信息的共享，不利于正常的管理。

2.3 相位差的問(wèn)題

變電站中的站用電回路是交流電，交流電的相位差主要是指頻率相等的兩個(gè)正弦電流之間的相位差，主要反映了兩個(gè)電流在時(shí)間上的關(guān)系。傳統(tǒng)變電站的站用電存在一定的相位差問(wèn)題，通常兩臺(tái)站用變分別接在10 kV和35 kV的母線上面，由于這兩條母線在變電站工作的時(shí)候存在一定的相位差，這樣對(duì)整個(gè)變電站在運(yùn)行低壓系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生了兩條母線雙路供電不能進(jìn)行并列的影響。在這種情況下，整個(gè)變電站的低壓系統(tǒng)無(wú)法做到每一個(gè)地方都設(shè)置相應(yīng)的機(jī)械聯(lián)鎖，進(jìn)而無(wú)法杜絕并列的情況，對(duì)整個(gè)變電站的運(yùn)行造成了一定的影響。

2.4 接線組別的問(wèn)題

傳統(tǒng)變電站都是應(yīng)用的Yyn12接線組的三相變壓器，主要是容量較小的油浸變壓器，但是這種變壓器在實(shí)際工作中存在一些特定的缺陷，對(duì)變電站站用電系統(tǒng)而言不適宜采用。傳統(tǒng)變電站的站用電系統(tǒng)在接線組別上主要存在以下三個(gè)缺點(diǎn)：一是變壓器的零序阻抗較大，對(duì)整個(gè)回路中的短路電流進(jìn)行了限制，導(dǎo)致整個(gè)站用變的高壓側(cè)防護(hù)對(duì)低壓側(cè)存在的單相短路情況幾乎沒(méi)有靈敏度，整體的保護(hù)工序很難進(jìn)行配合；二是變壓器對(duì)整個(gè)站用電系統(tǒng)中通過(guò)勵(lì)磁電流進(jìn)行正弦波磁通和一些負(fù)載的電子元件工作時(shí)產(chǎn)生的諧波無(wú)法取到很好的抑制效果，這樣就對(duì)整個(gè)變電站站用電系統(tǒng)的損害和阻礙作用加??；三是變壓器具有的載負(fù)荷能力較弱，當(dāng)三相負(fù)載運(yùn)行時(shí)因?yàn)椴黄胶舛a(chǎn)生整個(gè)電壓電網(wǎng)中性點(diǎn)存在一定的位移，三相供電電壓就會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的畸變情況。

3 創(chuàng)新數(shù)字化變電站站用電應(yīng)用技術(shù)的具體方案

3.1 四級(jí)空氣斷路器的運(yùn)用

針對(duì)傳統(tǒng)變電站存在斷相運(yùn)行的問(wèn)題，數(shù)字化變電站站用電系統(tǒng)將原有的單相熔斷器取消，安裝四級(jí)空氣斷路器，從而為整個(gè)變電系統(tǒng)提供保護(hù)作用。目前，在數(shù)字化變電站站用電系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的就是YSA2四級(jí)智能式空氣斷路器，這種空氣斷路器能夠在變電站站用電系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的保護(hù)。例如，當(dāng)變電站站用電系統(tǒng)中出現(xiàn)電流過(guò)大，電壓過(guò)低導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)等情況時(shí)，四級(jí)空氣斷路器能夠進(jìn)行瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)，同時(shí)將調(diào)控整個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而避免出現(xiàn)上述情況時(shí)對(duì)整個(gè)站用電系統(tǒng)的損害。四級(jí)空氣開(kāi)關(guān)的運(yùn)用同時(shí)還能夠及時(shí)提供負(fù)載過(guò)多、短路和斷路等信息，便于整個(gè)變電站站用電的管理。

3.2 設(shè)置站用變高壓側(cè)開(kāi)斷電器

在數(shù)字化變電站站用電系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用中，設(shè)置站用變高壓側(cè)開(kāi)斷電器能夠?qū)嵤┖芎玫谋Ｗo(hù)工作。在10 kV母線的變壓狀態(tài)中，利用負(fù)荷開(kāi)關(guān)熔斷器組的保護(hù)能夠有效地對(duì)高壓側(cè)的斷相云梯進(jìn)行規(guī)避，但是這種熔斷器的應(yīng)用無(wú)法對(duì)低壓側(cè)進(jìn)行保護(hù)，這樣也會(huì)給整個(gè)數(shù)字化變電站站用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成不利的影響。設(shè)置站用變高壓側(cè)開(kāi)斷器則能很好地對(duì)這一情況進(jìn)行處理，在變壓過(guò)程中當(dāng)高壓側(cè)出現(xiàn)斷相異常的情況時(shí)，開(kāi)斷器就能夠?qū)Υ俗鞒龌貞?yīng)，對(duì)整個(gè)低壓側(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，這樣就能夠很好地保障高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的配合運(yùn)行。

3.3 實(shí)行智能化的管理模式

數(shù)字化變電站站用電應(yīng)該利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等前沿技術(shù)實(shí)行智能化的管理。通常是為一片區(qū)域內(nèi)的變電站設(shè)置一個(gè)主機(jī)，讓這些數(shù)字化邊站站用電的運(yùn)作能夠形成一個(gè)整體。在管理過(guò)程中，需要對(duì)相應(yīng)的變電站進(jìn)行信息和命令的傳輸和保護(hù)時(shí)，只需要通過(guò)主機(jī)上面的相關(guān)操作就能夠達(dá)到遠(yuǎn)程控制的作用。同時(shí)，當(dāng)某個(gè)變電站的站用電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者異常時(shí)，能夠及時(shí)將信息反饋到主機(jī)上，主機(jī)的操作人員就可以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，并及時(shí)采取措施進(jìn)行檢修和維護(hù)，保證了整個(gè)變電站站用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.4 加強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字變電站站用電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了更好地維持整個(gè)變電站站用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，加強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用是很有必要的。電力機(jī)關(guān)要及時(shí)掌握國(guó)內(nèi)外在變電站站用電應(yīng)用技術(shù)中自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，并了解相應(yīng)的技術(shù)信息，當(dāng)這些數(shù)字化變電站站用電系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)跟不上自動(dòng)化發(fā)展的步伐時(shí)，有關(guān)部門(mén)應(yīng)該要做好技術(shù)引進(jìn)工作，將一些具有高效、智能的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用起來(lái)，進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)邊站點(diǎn)站用電系統(tǒng)的數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程。

4 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，數(shù)字化變電站站用電系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的變電站而言獲得很大的進(jìn)步。目前，在國(guó)家的“二網(wǎng)改造”工作中，推動(dòng)變電站站用電系統(tǒng)的數(shù)字化是整個(gè)改造過(guò)程中的重點(diǎn)。集結(jié)合數(shù)字化變電站的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)變電站站用電系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，能夠幫助我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦袑?duì)整個(gè)變電站站用電系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)施形成積極的影響。

［1］張 健.關(guān)于變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究——以廣東電網(wǎng)揭陽(yáng)供電局為例［J］.信息系統(tǒng)工程，2011，（8）.

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