電氣自動(dòng)化技術(shù)在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

張曉龍

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

隨著中國工業(yè)的發(fā)展，當(dāng)前各個(gè)領(lǐng)域的電力使用量都開始顯著增多，一方面促進(jìn)了電力產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，另一方面也為電力輸送的安全性和穩(wěn)定性帶來了更大的挑戰(zhàn)。國內(nèi)的電力基礎(chǔ)設(shè)備普遍較為老舊，導(dǎo)致供配電系統(tǒng)中存在許多不確定的風(fēng)險(xiǎn)因素，使得國內(nèi)的電力輸送質(zhì)量和效率與當(dāng)前電力市場用電需求不斷提升趨勢之間的矛盾日益嚴(yán)重[1]。但是，隨著國內(nèi)最近幾年科技的迅猛發(fā)展，電力行業(yè)較之以往有了很大的改善，越來越多的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用到了電力產(chǎn)業(yè)中。而其中自動(dòng)化技術(shù)在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用更是十分重要的一次突破，這一突破為國內(nèi)供電質(zhì)量和穩(wěn)定性提供了更加廣闊的提升空間，為電力事業(yè)未來的發(fā)展指明了方向。

1 國內(nèi)供配電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)能夠提高工作效率

供配電系統(tǒng)內(nèi)部每個(gè)自動(dòng)化配件的互相分布范圍較大，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的整體以及某一部分及時(shí)地進(jìn)行檢測，減少了操作人員的工作量。自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)不但能夠減少人力的使用，而且大幅度提升了電力系統(tǒng)的工作效率，使其操作起來更加簡單，降低了操作的專業(yè)門檻，同時(shí)也能有效地防止事故發(fā)生，增強(qiáng)安全性，提升設(shè)備的使用壽命[2〗。

1.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)水平接軌國際標(biāo)準(zhǔn)

一直以來，國內(nèi)在供配電系統(tǒng)這一領(lǐng)域上耗費(fèi)的建設(shè)資金都十分大，在不一樣的使用環(huán)境中供配電系統(tǒng)可以提供兩類數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，不但能夠在技術(shù)思維以及電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的建設(shè)更加安全、可靠、靈活，而且在實(shí)際建設(shè)中也已經(jīng)獲得了很好的成效。供配電系統(tǒng)在結(jié)合自動(dòng)撥號、衛(wèi)星云圖技術(shù)以及投影屏技術(shù)等之后，使其自身的穩(wěn)定性和可靠性得到了極大的提升，而且在管理水平方面也得到了改善，并逐漸與國際接軌，使得國內(nèi)電力事業(yè)的發(fā)展更加迅猛。

1.3 技術(shù)研發(fā)力度、市場化水平有待提高

當(dāng)前各行各業(yè)都開始朝著自動(dòng)化控制的方向發(fā)展，電力行業(yè)也不例外，供配電系統(tǒng)不但逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，而且漸漸變得多元化起來，從以往單一的功能逐漸實(shí)現(xiàn)了多功能一體化。不過當(dāng)前國內(nèi)在供配電系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化以及市場化方面，依然與發(fā)達(dá)國家之間存在不小的距離，而且研究創(chuàng)新的力度也較低，國內(nèi)的供配電系統(tǒng)在追上世界步伐的路上依然存在許多困難。

1.4 電力自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用不平衡

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，電力自動(dòng)化技術(shù)及控制系統(tǒng)也得到了大規(guī)模的應(yīng)用和推廣，但是各行業(yè)水平不一致，應(yīng)用效果也參差不齊。目前，國內(nèi)電網(wǎng)系統(tǒng)電力自動(dòng)化水平較高，發(fā)展很快，系統(tǒng)性及穩(wěn)定性較高，工業(yè)領(lǐng)域電力自動(dòng)化也得到了大規(guī)模應(yīng)用，但是碎片化、模塊化現(xiàn)象明顯，系統(tǒng)性不足。

2 電氣自動(dòng)化在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 電氣自動(dòng)化的應(yīng)用特點(diǎn)

在電力供配電系統(tǒng)之中，使用電氣自動(dòng)化技術(shù)主要目標(biāo)在于對供電系統(tǒng)實(shí)行更加完善的保護(hù)和監(jiān)控作用。而在國內(nèi)當(dāng)前的電力自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，關(guān)鍵在于利用計(jì)算機(jī)終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對供配電系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)設(shè)備的自動(dòng)化操控從而達(dá)成對電能的調(diào)配，對出現(xiàn)故障的線路進(jìn)行自動(dòng)地分析以及修復(fù)，對電力線路中各類電流的使用狀況展開綜合監(jiān)測，若是發(fā)現(xiàn)其存在問題或者安全隱患，就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行警報(bào)，提示操作人員對其進(jìn)行處理。電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠使得供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)轉(zhuǎn)更加有保障。

按照相關(guān)規(guī)定，供配電系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要?jiǎng)澐譃槿髮哟?，即配電自?dòng)化基礎(chǔ)層、中間層以及管理層。

1)基礎(chǔ)層。即電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的最底層，利用大量的終端設(shè)備來采集供配網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，使用計(jì)算機(jī)保護(hù)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對供配網(wǎng)內(nèi)部各類設(shè)備的信息收集和監(jiān)測保護(hù)等功能[3]。

2)中間層。主要是作為終端設(shè)備與主站二者之間相連的通信信道，具有管理與監(jiān)控的職責(zé)，能夠降低管理層的負(fù)擔(dān)。

3)管理層。是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的最高層，其主要功能在于保證供配網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)刻處于最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，能夠?qū)σ欢ǚ秶鷥?nèi)電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)行自動(dòng)一體化控制。

2.2 電氣自動(dòng)化的應(yīng)用功能

2.2.1 控制功能

供配電系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的使用，使供配電的操作不再僅僅局限于人力操控和就近操作，使得遠(yuǎn)距離的自動(dòng)化控制得以實(shí)現(xiàn)，使操作人員的人身安全得到保障。而且在實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備的遠(yuǎn)距離操控之后，需要調(diào)派的工作人員數(shù)量就能得到大幅度減少，并且對電力操作人員的專業(yè)性要求也會(huì)降低。

2.2.2 保護(hù)功能

電氣自動(dòng)化技術(shù)的使用同時(shí)也牽涉到繼電保護(hù)的自動(dòng)化管理，繼電保護(hù)的自動(dòng)化管理能夠有效提升供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。而且由于此繼電保護(hù)是基于自動(dòng)化技術(shù)的，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)操控，所以一旦電網(wǎng)中發(fā)生故障，就能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，并立即采取應(yīng)對措施將其處理，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止由于意外事故而發(fā)生停電。

2.2.3 監(jiān)測功能

在供配電系統(tǒng)中使用自動(dòng)化技術(shù)，其中有一項(xiàng)十分重要的功能，即監(jiān)測功能。供配電系統(tǒng)的監(jiān)測功能主要包括電力質(zhì)量、遠(yuǎn)程測量、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和電網(wǎng)參數(shù)等[4]。

1)電力質(zhì)量監(jiān)測。在電力質(zhì)量監(jiān)測方面應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)的主要運(yùn)作原理為：判斷電力系統(tǒng)線路在供電和配電的環(huán)節(jié)，是否有電力設(shè)備對其造成干擾使線路上產(chǎn)生極大的回路電壓和諧波，若是存在就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，然后立即對其進(jìn)行處理。

2)遠(yuǎn)程測量監(jiān)測。將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程測量上，對于當(dāng)前的供配電系統(tǒng)的發(fā)展具有極大的作用，可以有效減少抄表人員的工作量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，并且降低了工作難度，使得抄表工作更加高效便捷；還能夠?qū)崿F(xiàn)電力用戶隨時(shí)查詢電量的使用狀況，尤其是對于那些每月用電量比較多的商業(yè)用戶，能夠更好地控制用電量，從而更好地控制公司的經(jīng)營成本。

3)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測。使用電氣自動(dòng)化技術(shù)對電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測的關(guān)鍵目的，是通過對電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的部分常見參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，把這些數(shù)據(jù)收集起來，及時(shí)輸送至監(jiān)測計(jì)算設(shè)備上，然后對其加以分析、研究和存儲(chǔ)，方便以后在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比和查驗(yàn)，從而更好地判斷系統(tǒng)故障原因。而且若是電網(wǎng)數(shù)據(jù)較之以往出現(xiàn)較大的異常，也能及時(shí)進(jìn)行警報(bào)，通知工作人員檢查電網(wǎng)系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防故障。

2.3 電氣自動(dòng)化的技術(shù)應(yīng)用

2.3.1 利用自動(dòng)化技術(shù)完善數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制

為了使電氣自動(dòng)化技術(shù)更好地應(yīng)用于供配電系統(tǒng)中，需要對電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)做出合理的改善。按照國內(nèi)頒布的相關(guān)規(guī)章制度，嚴(yán)格遵守電網(wǎng)安全的相關(guān)規(guī)定，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)內(nèi)電能分配數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模與服務(wù)具備固定特性，所以應(yīng)當(dāng)滿足電力自動(dòng)化系統(tǒng)對安全、穩(wěn)定性的更高標(biāo)準(zhǔn)，而且需要?jiǎng)?chuàng)建專用電網(wǎng)的外在環(huán)境。因此，可以采用在電網(wǎng)通道層構(gòu)建電能分配專用線路的方法，來完成電能供配電系統(tǒng)與另外的網(wǎng)絡(luò)之間的相互隔離，從而使供配電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性得到更加有效的保障。

2.3.2 利用自動(dòng)化技術(shù)保障數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全

電力的調(diào)度對于電能系統(tǒng)而言十分關(guān)鍵，其安全與否直接決定電力網(wǎng)絡(luò)的整體安全。所以，若要使電力網(wǎng)絡(luò)調(diào)度體制的安全有所保障，就應(yīng)當(dāng)創(chuàng)新管理機(jī)制和技術(shù)機(jī)制，使二者的功能得到更好的發(fā)揮[5]。

1)從電力體系的管理制度上著手。通過對電網(wǎng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的各處結(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，來保障電力調(diào)度中信息的安全性，以此提升供配電系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。

2)創(chuàng)建有效、全面的電力信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)轉(zhuǎn)管理機(jī)制。強(qiáng)化對自動(dòng)化操作人員的管理，提升操作人員對于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全的重視程度，防止由于操作人員因信息數(shù)據(jù)使用不當(dāng)而對企業(yè)造成損失。

3)強(qiáng)化供配電系統(tǒng)的安全檢查力度。按時(shí)邀請專業(yè)人員對電力網(wǎng)絡(luò)的信息數(shù)據(jù)安全性進(jìn)行診察，確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全。

4)將電力生產(chǎn)體系與電力調(diào)度管理系統(tǒng)維持全面的隔離。以此確保數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸送只能是單向的狀態(tài)，這一技術(shù)的使用，可以有效地保證生產(chǎn)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)二者之間的數(shù)據(jù)隔離，以此確保調(diào)度與生產(chǎn)的安全。

2.4 電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的需求與調(diào)試

1)使用綜合防護(hù)設(shè)備來保障供配電系統(tǒng)的安全，并且使用數(shù)據(jù)通信接口來傳遞和下載數(shù)據(jù)。

2)遠(yuǎn)程操控和調(diào)節(jié)裝置，能夠24 h不間斷地管理和監(jiān)測任何電壓等級下的設(shè)備和線路，操控管理饋線開關(guān)的開閉狀態(tài)。

3)綜合管理的智能配電設(shè)備，能夠通過專用接口來傳遞數(shù)據(jù)。

4)全天候通信在線監(jiān)察設(shè)備使數(shù)據(jù)管理更加方便。一般在安裝好所有裝置之后，需要對軟件和硬件進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。

2.5 電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

2.5.1 在集中監(jiān)控中的實(shí)踐應(yīng)用

在供配電系統(tǒng)中，電氣自動(dòng)化技術(shù)具有操作簡便、遠(yuǎn)程控制的優(yōu)勢，而且監(jiān)控系統(tǒng)加入電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)過程十分簡單，主要考慮的對象是對供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響的有關(guān)因素，如：集中監(jiān)控系統(tǒng)是由統(tǒng)一的處理設(shè)備展開信息的采集和處理，負(fù)擔(dān)較重；電纜線太長也將對電氣自動(dòng)化的集中監(jiān)控效果帶來干擾。因此，需要在集中監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，某工程的集中監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 某工程電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.5.2 在電纜與電纜監(jiān)控器中的實(shí)踐應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用為變配電中的外電纜規(guī)劃提供了方便，在其需求和功能符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，還能創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)收益。在外電纜設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，有兩個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)，即220 V通信電纜與交流電源線。通信電纜內(nèi)又分為雙芯屏蔽雙絞線和屏蔽電纜線。在挑選電氣監(jiān)控設(shè)備時(shí)，需要確保其抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)保證其穩(wěn)定性和運(yùn)行的可靠性；在選擇監(jiān)控器的類型時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮供電系統(tǒng)的電源類型。

2.5.3 在變壓電站中的實(shí)踐應(yīng)用

變壓電站的綜合電氣化系統(tǒng)設(shè)備在目前的電能制造環(huán)節(jié)應(yīng)用十分普遍，而其中電氣設(shè)備的選擇是十分關(guān)鍵的，不但需要分析設(shè)備的參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)要求等因素；還需要研究國內(nèi)當(dāng)前供配電系統(tǒng)的實(shí)際情況，確保設(shè)備在供配電系統(tǒng)中充分、有效地應(yīng)用；同時(shí)需要滿足數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等方面的要求，以此實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化技術(shù)在供配電系統(tǒng)中的合理使用。

3 結(jié)束語

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)體制的變革，對電力供應(yīng)的質(zhì)量和效率的要求也開始不斷提高，電力供配電系統(tǒng)需要積極使用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，全面提升運(yùn)轉(zhuǎn)效率。自動(dòng)化技術(shù)的使用能夠?yàn)殡娏┡潆娤到y(tǒng)的各個(gè)方面帶來突破，一方面能夠提升電力輸送的效率，確保電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；另一方面能夠促進(jìn)智能電網(wǎng)的早日實(shí)現(xiàn)，使我國電力事業(yè)的供配電服務(wù)更加完善和多元化，使其更加符合當(dāng)下時(shí)代對企業(yè)生存和發(fā)展的要求。