數(shù)字技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

馮 婧

（山西焦煤西山煤電發(fā)電分公司電力公司，山西 太原 030053）

0 引 言

隨著現(xiàn)階段電力工業(yè)的快速發(fā)展，目前我國針對變電站的安全運(yùn)行提出了較高的要求。本文在此基礎(chǔ)上結(jié)合了近幾年國家工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及對變電站自動(dòng)化技術(shù)的使用，進(jìn)而分析我國數(shù)字技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況[1]。

1 數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)的特征

數(shù)字化變電站這個(gè)概念是由于數(shù)字式過程層設(shè)備的出現(xiàn)而有的。在以信息共享化及過程層數(shù)字化為基礎(chǔ)，數(shù)字化變電站重視SAS整體的信息化、站內(nèi)eID之間的統(tǒng)一模型化、變電站和控制中心之間集成應(yīng)用與協(xié)同操作的能力。SAS在不久的未來將以輸配電系統(tǒng)的統(tǒng)一信息源與自動(dòng)化功能、執(zhí)行終端的協(xié)調(diào)和集成作為目標(biāo)，在建設(shè)過程中逐漸實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。

數(shù)字化變電站在目前雖然還沒有嚴(yán)格意義上的定義，但數(shù)字化變電站的形態(tài)特征大致有以下兩個(gè)方面。

1.1 變電站具有層次化

在功能的差異上，可以將變電站根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)劃分為變電站層、過程層以及間隔層。變電站層所起到的作用是通過利用全站數(shù)據(jù)，不間斷地實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制一次設(shè)備，同時(shí)交換遠(yuǎn)方控制中心的數(shù)據(jù)。過程層所起到的作用是實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備接口相關(guān)的功能，如開出開入量及模擬量采樣等，此外還可以分擔(dān)常規(guī)變電站間隔層的部分功能。它所起到作用是無可代替的，是為數(shù)字式過程層設(shè)備特地設(shè)置的。間隔層是通過利用本間隔的數(shù)據(jù)，從而控制與保護(hù)本間隔的一次設(shè)備。

1.2 間隔層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化

變電站中間隔層設(shè)備是遠(yuǎn)動(dòng)、測控、繼電保護(hù)、故障錄波、防誤閉鎖以及電壓無功調(diào)節(jié)等裝置，這些裝置都是由數(shù)字式微處理器設(shè)計(jì)制造的，設(shè)備在與變電站層和過程層之間進(jìn)行交換信息都要通過高速通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檫^程層設(shè)備數(shù)字化，所以在常規(guī)間隔層往往都要用外部接口來代替通信接口設(shè)備的模擬量輸入、輸出等。

2 數(shù)字式變電站的優(yōu)勢

2.1 可靠性高

數(shù)字變電站采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使用更先進(jìn)的智能主設(shè)備和更智能的集成控制平臺(tái)，從而減少了設(shè)備配置和性能。傳統(tǒng)變電站始終存在致命的問題，如電纜老化、CT飽和以及許多操作錯(cuò)誤。使用數(shù)字變壓器，光纖網(wǎng)絡(luò)和智能控制，基本上可以解決這些問題，系統(tǒng)安全可靠，保證了積極有效性。

2.2 性價(jià)比好

在數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及標(biāo)準(zhǔn)化之后，原來的控制電纜將被網(wǎng)絡(luò)電纜和光纖取代。等待自動(dòng)轉(zhuǎn)換、無功調(diào)節(jié)以及小電流地線選擇等，不需要特殊硬件的單獨(dú)配置，減少設(shè)備配置量和變電站面積，從而節(jié)省了大量成本。變電站二次回路原理清晰，接線簡單，大大減少了安裝環(huán)節(jié)、調(diào)試、維護(hù)以及操作的工作量，降低了人員的復(fù)雜性，此外無需復(fù)雜的電纜驗(yàn)證，可以減少將來升級、應(yīng)用程序擴(kuò)展或技術(shù)改造的成本[2]。

2.3 系統(tǒng)程序化自動(dòng)操作的實(shí)現(xiàn)

預(yù)先編寫和修改的操作票會(huì)保存在計(jì)算機(jī)中。當(dāng)操作員接收訂單時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)執(zhí)行操作并通過預(yù)定的操作票系統(tǒng)單擊“執(zhí)行”按鈕來檢查票。自動(dòng)鎖定，確定是否要執(zhí)行某個(gè)操作步驟并給出操作過程中的必要信息，一個(gè)按鈕的自動(dòng)智能操作狀態(tài)不僅可以有效地防止故障，而且還能真正讓操作員在繁重而危險(xiǎn)的操作工作中得到解放[3]。

2.4 為綜合自動(dòng)化狀態(tài)檢修奠定了基礎(chǔ)

數(shù)字化變電站模糊了保護(hù)，遠(yuǎn)程控制和通信的專業(yè)劃分，站內(nèi)設(shè)備緊密相連，相互鏈接，大大提高了系統(tǒng)的在線自檢、自診斷以及自恢復(fù)能力，決策信息極為豐富，為完全自動(dòng)維護(hù)變電站的狀態(tài)創(chuàng)造了良好的條件。

3 我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國的局部監(jiān)視功能主要是查看變電站人員的行為和功能，通過圖形顯示或語言等多種方法監(jiān)視變電站的情況，然后通過控制來實(shí)現(xiàn)MIS。另外，變電站中的保護(hù)信息管理功能也是報(bào)告打印或數(shù)據(jù)注冊表格的主要方法，用于管理我國的自動(dòng)安全設(shè)備。在我國，信息傳遞較為普遍，保護(hù)信息系統(tǒng)，通過系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換可以使信息進(jìn)入通用狀態(tài)，提高變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性，節(jié)約資源。我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的隔室部分主要是保護(hù)裝置和自動(dòng)化裝置，這種裝置必須安裝在每個(gè)繼電保護(hù)室或開關(guān)柜中[4]。

4 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)控制技術(shù)

在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)廣泛使用的背景下，變電站還實(shí)現(xiàn)了分散管理模式，可以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和監(jiān)督。在串口通信模式下確保各設(shè)備暢通無阻，獨(dú)立運(yùn)行變電站自動(dòng)化系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)程測量和遠(yuǎn)程信令這兩個(gè)方面?？刂苾?nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)變電站組件的通信和獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)，連接通信網(wǎng)絡(luò)信息采集與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等各種功能（如圖1）。控制技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

圖1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)控制技術(shù)

4.1 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的創(chuàng)新使用

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也稱為DSP技術(shù)，是用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和計(jì)算機(jī)保護(hù)設(shè)備的先進(jìn)智能技術(shù)，該技術(shù)基于直接交流電采樣，可以實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的自動(dòng)測量，如重合閘、故障定位以及故障記錄等。同時(shí)，它不僅可以自動(dòng)測量這些設(shè)備，還可以實(shí)現(xiàn)有效的遠(yuǎn)程控制，借助這種自動(dòng)控制技術(shù)可以控制變壓器中的電流，還能夠控制方向、電壓值以及故障電流。實(shí)施精確測量，借助強(qiáng)大的自動(dòng)化分析功能可以獲得準(zhǔn)確的值，并以此來實(shí)現(xiàn)對變電站的有效保護(hù)[5]。

4.2 PLC自動(dòng)化控制技術(shù)的使用

PLC是基于軟件的模塊化設(shè)計(jì)，可以大大提高數(shù)據(jù)的可讀性和可移植性，在無人值守的自動(dòng)化狀態(tài)下，通過PLC和上位機(jī)的監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過電氣設(shè)備的故障狀況、事件日志、故障趨勢分析圖以及運(yùn)行狀況下的故障分析報(bào)告進(jìn)行分析，變電站處于PLC自動(dòng)化控制技術(shù)的控制下極大地提高了變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，不僅減少了維護(hù)工作量，而且提高了變電站管理的自動(dòng)化水平[6-8]。

4.3 綜合自動(dòng)化控制技術(shù)的使用

變電站調(diào)度中心實(shí)施的遠(yuǎn)程控制技術(shù)主要是在無人值守狀態(tài)下自動(dòng)控制，綜合自動(dòng)控制技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)無人值守狀態(tài)下的保護(hù)倒換和選值。控制人員只需對故障進(jìn)行保護(hù)和修改，采集故障錄波器等數(shù)據(jù)，然后在IT平臺(tái)上對這些海量信息進(jìn)行綜合處理，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在大型系統(tǒng)中，綜合自動(dòng)化控制技術(shù)必須與其他設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合，從而在控制系統(tǒng)操控的條件下充分實(shí)現(xiàn)機(jī)組保護(hù)的自動(dòng)控制功能。總線網(wǎng)絡(luò)可以完全接收本地計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息，其出入口始終處于安靜狀態(tài)，具有良好的安全性和穩(wěn)定性。

5 變電站自動(dòng)化監(jiān)視技術(shù)

我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能配置基本可以滿足變電站運(yùn)行的基本要求。但是，根據(jù)現(xiàn)階段我國信息技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，我國變電站系統(tǒng)自動(dòng)化的運(yùn)行已成為變電站需要面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因此必須增加變電站的數(shù)量，完善自動(dòng)化系統(tǒng)，不斷豐富和發(fā)展變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能。

5.1 電能質(zhì)量的在線監(jiān)測

由于用戶對能源質(zhì)量的要求不斷提高，因此我國的能源供應(yīng)公司應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)的能源質(zhì)量進(jìn)行了相應(yīng)的識(shí)別和評估，促使能源供應(yīng)和消費(fèi)質(zhì)量達(dá)到有效共識(shí)。在加強(qiáng)法律約束的基礎(chǔ)上分析電網(wǎng)頻率，避免與供電電壓有關(guān)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，并自動(dòng)監(jiān)測電壓指標(biāo)，有效提高自動(dòng)化技術(shù)水平[9,10]。此外要對電能質(zhì)量要求不同的變電站實(shí)施建設(shè)并安裝在線監(jiān)測裝置（如圖2）。

圖2 監(jiān)測裝置

5.2 電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

在我國科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，已在高壓變電站應(yīng)用了電氣設(shè)備的狀態(tài)故障監(jiān)測及診斷技術(shù)，可以采用科學(xué)技術(shù)手段及時(shí)檢查電氣設(shè)備，避免發(fā)生故障。通過電容器設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與診斷以及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)整，可以根據(jù)不同的電氣設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)構(gòu)造與判斷。對于變壓器的檢測與判斷，可以通過注油變壓器的色譜分析來診斷變壓器。檢測狀態(tài)與故障診斷技術(shù)的提高能夠推動(dòng)我國變電站電氣設(shè)備的快速發(fā)展，使其在應(yīng)用我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)過程中獲得更多的機(jī)遇。

5.3 數(shù)字式視頻圖像監(jiān)視技術(shù)

視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效解決無人值守巡邏的問題。通過數(shù)字視頻圖像技術(shù)可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控逐步發(fā)現(xiàn)問題。我國的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)并未集成相應(yīng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，因此要充分利用數(shù)字視頻圖像監(jiān)控技術(shù)，將數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)集成到變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，從而加強(qiáng)對變電站中各種設(shè)備的控制，保障人員的操作并控制變電站內(nèi)部各種設(shè)備的有效性和安全性。

6 結(jié) 論

我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)階段仍然存在一定的不足，應(yīng)該充分把握這些問題找出緣由，加大改革力度，以此滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的運(yùn)行功能和管理需求，促進(jìn)應(yīng)用和我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的升級，此外設(shè)計(jì)并完善變電站中的自動(dòng)系統(tǒng)，以確保變電站的安全運(yùn)行。