配電變電站自動化現(xiàn)存問題與解決對策

全昌明　付建軍

摘 要：土配電變電站是當(dāng)前配電網(wǎng)的重要組成部分。配電網(wǎng)自動化水平在一定程度上是由配電變電站實際自動化水平影響的。目前，國內(nèi)部分老式配電站運行期間會存在困難，為更好地解決配電過程中出現(xiàn)的各類問題，需要重點分析配電網(wǎng)自動化水平力度，尋求行之有效的解決措施。

關(guān)鍵詞：配電;變電站;自動化;問題;解決對策

中圖分類號：TM63 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）04--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.070

變電站是十分重要的電力設(shè)施，承擔(dān)著變換電壓、接收分配電能以及控制電力流向并調(diào)整電壓的重要職能。

隨著自動化技術(shù)的快速發(fā)展，變電站已經(jīng)基本實現(xiàn)自動化控制，主要體現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)等方面，通過顯示器呈現(xiàn)出各類監(jiān)測信息。

值得注意的是，變電站實現(xiàn)自動化運行應(yīng)關(guān)注繼電保護裝置的功能。微機自動化在變電站自動化運行中具有突出優(yōu)勢，在這一基礎(chǔ)上結(jié)合集成控制電路，巧妙融合通信技術(shù)、自動化技術(shù)，為變電站發(fā)展提供支撐。

1 變電站自動化系統(tǒng)的功能

變電站自動化系統(tǒng)是調(diào)度設(shè)備的關(guān)鍵組成部分，被廣泛使用在各個配電網(wǎng)中，成為調(diào)節(jié)與控制配電網(wǎng)實現(xiàn)調(diào)度自動化的重要方式，能夠及時控制與監(jiān)管電網(wǎng)，完成通信、遙控等任務(wù)。

遙信：收集到的電力系統(tǒng)繼電呈現(xiàn)保護狀態(tài)，通過斷路器隔斷狀態(tài)信息，發(fā)出預(yù)警信息。為適應(yīng)電網(wǎng)與設(shè)備運行目的與需求，集控中心需要妥善安排，及時掌控各班次變電站運行情況，確保做好全方位、多領(lǐng)域監(jiān)控。

遙測：收集電力系統(tǒng)運行的具體參數(shù)，測量各部門功能的實際情況，做好記錄和管理工作。

遙控：從集控中心發(fā)出對斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)執(zhí)行分合閘操作、信號復(fù)歸及功能投退等控制量信息。

遙調(diào)：集控中心向電力系統(tǒng)發(fā)布的調(diào)整指令，控制電壓。

2 智能變電站的自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)

目前，變電站建設(shè)發(fā)展均在向著高度自動化的方向前進，自動化裝置一般有三個階段，即站控、間隔和過程。

站控層通常包括負責(zé)監(jiān)視和通信的設(shè)備及調(diào)制調(diào)節(jié)器，功能主要有：在線編程，可通過閉鎖手段實現(xiàn)全面監(jiān)控;促使自動化設(shè)備提高至高度自動化的程度，并支持故障識別分析;人機聯(lián)系，支持本地監(jiān)測;根據(jù)實際需求，在符合本站調(diào)試規(guī)范的前提下獲取相關(guān)資源。

間隔層進行智能程度較高的維護和測控，功能主要有：建立與其他兩層的聯(lián)系渠道，在實現(xiàn)通信的基礎(chǔ)上妥善分析數(shù)據(jù)信息，確保變電站的安全性能。要及時監(jiān)督管理開關(guān)設(shè)備，及時做好檢查工作[1]。

變電站中自動化控制技術(shù)主要包括計算機技術(shù)、通信技術(shù)等，計算機技術(shù)中的微機自動化技術(shù)得到了大范圍應(yīng)用。計算機技術(shù)屬于變電站自動化控制中的核心關(guān)鍵技術(shù)，對于變電站自動化控制的發(fā)展具有促進作用，主要實現(xiàn)變電站的遠程自動化操作，還包含人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、PID控制技術(shù)等。

利用計算機控制技術(shù)，提高變電站隔離開關(guān)等裝置的操作便捷性。變電站自動化控制涉及大量關(guān)鍵信息傳輸，要依靠通信技術(shù)，將信息由控制中心傳輸?shù)讲煌它c，完成系統(tǒng)內(nèi)的信息交換。

微機保護屬于變電站系統(tǒng)自動化運行中的重要組成部分，主要作用是保護變電站中主要設(shè)備及配電線路的安全運行。

以某配網(wǎng)運行規(guī)模較大、電壓等級較高的變電站為例，在二次系統(tǒng)改造工作中實施保護裝置的微機自動化改造。在實際改造過程中，從變電站主要控制室到室外敷設(shè)屏蔽控制電纜連接配電設(shè)備，敷設(shè)電纜總長度為14 km左右，主要敷設(shè)兩條通訊線路，一條分布在6 kV高壓柜中，另一條用于連接網(wǎng)卡。

變電站完成自動化改造后，運行安全系數(shù)明顯增加，改造后運行微機綜合自動化控制系統(tǒng)可以建立人機交互界面，變電站管理工作也可以得到信息支撐[2]。

3 配電變電站自動化問題控制對策

3.1 溫、濕度影響啟動

輸電網(wǎng)內(nèi)的變電站與配電站內(nèi)部投入的自動化設(shè)備類似，主要在設(shè)計期間沒有預(yù)先設(shè)計與留存空調(diào)與采暖設(shè)備的位置。對此，配電變電站使用RTU與輸電網(wǎng)保持一致的情況下，溫度變化會給機械運行帶來麻煩，嚴重時會出現(xiàn)不能啟動的情況。

很多RTU制造廠家采用的芯片都為民品級的，民品級芯片的工作溫度通常是0 ℃～55 ℃，由于冬季我國北部很多地區(qū)天氣條件較差，變配電站室內(nèi)氣溫有時會降到-15 ℃以下，氣溫降低使RTU裝置無法正常開啟，導(dǎo)致裝置無法正常工作。為解決RTU設(shè)備低溫啟動困難的問題，一些制造廠家在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上使用了工業(yè)級芯片，也會造成成本增加。

研究發(fā)現(xiàn)，如果RTU進入低溫環(huán)境，大多數(shù)情況下仍能工作，這是因為器件在運行期間還在發(fā)熱，散發(fā)的熱量能夠滿足管芯需要的溫度。因此，低溫環(huán)境下也可以不選擇低功耗的器件。寒冷環(huán)境中，設(shè)備一旦發(fā)生問題，停機后不散熱，芯片溫度下降，會造成設(shè)備啟動困難。

為提高RTU設(shè)備啟動成功的可能性，要在開機前預(yù)熱設(shè)備，確保設(shè)備完成預(yù)熱后方可操作。因此，可以把工業(yè)品級的芯片添加在寒冷的環(huán)境下監(jiān)管，但民用級芯片依然適用于RTU及其他電子設(shè)備。

監(jiān)視定時器（WDT）一直保持正常運行，如果RTU沒有正常啟動，經(jīng)過一個時間階梯后會使監(jiān)視定時器（WDT）產(chǎn)生錯誤報警，需要啟用RTU，如果啟動不成功則不斷重復(fù)此步驟，直至RTU啟用完成[3]。

此外，使用環(huán)境機箱要借助半導(dǎo)體元件中的PTC完成加熱工作，確保環(huán)境機箱內(nèi)的溫度符合設(shè)備運行標(biāo)準(zhǔn)。半導(dǎo)體加熱期間要與其他配件協(xié)調(diào)使用，控制環(huán)境機箱溫度達到最佳使用效果。這種方案也存在缺點，像PTC斷電后需要較長的時間完成運行工作，會影響配電工程自動化提升效果，長此以往，會對配電網(wǎng)自動化水平產(chǎn)生影響。

3.2 建立完善的管理機制

對于智能變電站自動化設(shè)備，在原有巡檢工作計劃的基礎(chǔ)上，增加必要的巡檢項目，如在線巡檢、終端設(shè)備、開關(guān)設(shè)備等。同時，要完善和優(yōu)化設(shè)備維護機制，特別是加強網(wǎng)絡(luò)通信、光纜清洗等問題，使管理機制更符合智能變電站的運行要求。

3.3 加強智能設(shè)備管理

智能化設(shè)備調(diào)整操作方式一般是測控本地化，用智能控制柜代替原來的測控屏，放棄原有電纜的信號傳輸，建立基于光纖的通信模式。對于自動化設(shè)備的日常運行，主要問題是通信。

智能變電站自動化設(shè)備的運行狀態(tài)是關(guān)鍵，應(yīng)組織全面的運行、維護和檢查，確保包括在線監(jiān)測和終端在內(nèi)的各類設(shè)備保持較好的工作狀態(tài)。此外，相關(guān)管理和操作人員應(yīng)定期檢查設(shè)備的運行狀態(tài)，避免發(fā)現(xiàn)特殊問題，提高管理效果。

3.4 智能單元包括測控和保護模塊，分別完成測控和保護功能

主控與間隔通信單元使用雙網(wǎng)并聯(lián)故障通信方式完成傳輸，一般情況下，兩者傳輸不同的數(shù)據(jù)信息，如果一方網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生故障，另一方則傳輸全部數(shù)據(jù)，加強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。實時數(shù)據(jù)在傳輸期間要有效分布，避免網(wǎng)絡(luò)沖突，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.5 變電站自動化系統(tǒng)為分布式系統(tǒng)

目前，變電站自動化智能設(shè)備處理能力更加先進，使用自動化智能設(shè)備能夠配置其他智能設(shè)備。換言之，通過獨立的設(shè)備自動化性能控制其他智能設(shè)備，完成集中管理工作。

3.6 狀態(tài)量采集精度

變電站收集的狀態(tài)量多種多樣，斷路器、隔離開關(guān)等都需要檢測，把握電力精準(zhǔn)程度，確保在收集期間不產(chǎn)生誤差，避免對電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[4]。

第一類是利用反應(yīng)動作條件的有關(guān)繼電保護裝置保護繼電器觸點。安裝期間，不需要任何轉(zhuǎn)換，可以直接連入光耦隔離器的SI板。

第二類則是切換或進入計算機系統(tǒng)狀態(tài)的接點，如刀開關(guān)和斷路器中的開、閉輔助接點和跳閘接點。這種觸點通常用來連接和切斷在高電壓（220 V或110 V）電路中開關(guān)式繼電器線圈的勵磁電回路。分動箱繼電器的連接點也反映刀閘和斷路器的分、合閘狀態(tài)，反映刀閘和剩余電流斷路器之間的相對位置。弱電流電路中的傳輸繼電器觸點可直接連接到帶有光電隔離的RTU開關(guān)輸入板上，由分動繼電器線圈的勵磁電路和大電壓（110 V或220 V）的電路直接相通，發(fā)揮防止干擾及隔離的作用，提高系統(tǒng)的抗干擾能力[5]。

第三類觸點要借助開關(guān)繼電器完成轉(zhuǎn)換工作，對斷裂器與工具開關(guān)信號給予反饋。遠程信號傳輸繼電器大多情況下會呈現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)。通過提高轉(zhuǎn)換繼電器信號把控精度，同時轉(zhuǎn)換繼電器也有缺點，有時會延時，在一定情況下削弱了soe分辨率。

3.7 電氣系統(tǒng)變電站自動調(diào)試

電力系統(tǒng)變電站自動化過程中，電壓無功自動控制系統(tǒng)的功能是準(zhǔn)確識別系統(tǒng)的運行方式和相應(yīng)的一次接線方式。根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，可以取得較好的效果。調(diào)試期間，保證電力系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能正常運行，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證合理控制電容器的投切狀態(tài)。

數(shù)據(jù)終端在電力系統(tǒng)中的作用非常重要，主要是因為數(shù)據(jù)終端屬于中間設(shè)備，一般安裝在主計量站，具有數(shù)據(jù)存儲、處理、傳輸和采集的作用。如果系統(tǒng)中出現(xiàn)調(diào)度開關(guān)位置不匹配的情況，采用遠程信號調(diào)試策略，檢測上傳到電力系統(tǒng)的信息。如果檢測結(jié)果表明遠程主控制器發(fā)送消息，基本可以判斷調(diào)度終端發(fā)生故障。

工作人員還可以將信息下載情況明確告知變電站，實施相應(yīng)的調(diào)試工作。如果電源系統(tǒng)不能正常運行，下載通信故障調(diào)試策略，明確系統(tǒng)前端計算機的控制權(quán)限，降低了自動化系統(tǒng)的故障概率。

故障檢修順序是自動調(diào)試的重要方法之一，主要包括分段和順序。排除順序故障時，工作人員應(yīng)注意遵循規(guī)定的順序和流程，逐一檢查每個環(huán)節(jié)。設(shè)備信息收集過程中如發(fā)現(xiàn)設(shè)備通信故障，應(yīng)采用分階段故障排除的方法，確保工作效果符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.8 故障處理

二次設(shè)備測試難免出現(xiàn)故障，要設(shè)置處理計劃。如果調(diào)試時保護設(shè)備發(fā)生異常，維護人員要主動全面檢查，獲取裝置有關(guān)資料與歷史調(diào)試日志，確定問題原因。在全部處理結(jié)束后再次啟動設(shè)備，觀察運行狀態(tài)，如果問題還未解決，應(yīng)繼續(xù)測試合閘出口與軟壓板、壓板情況。發(fā)現(xiàn)智能終端出現(xiàn)問題時，應(yīng)先判斷故障原因，查看運行狀態(tài)。故障處理中，要重點關(guān)注GOOSE斷鏈，防止發(fā)生錯發(fā)與漏發(fā)問題。調(diào)試合并單元時，一旦有通信及內(nèi)部異常，會直接干擾通信終端和數(shù)據(jù)采集模塊。對此，開啟裝置自檢，判斷異常點及原因，完成簡單診斷。如果故障未能消除，應(yīng)立即重啟，視情況安排處理計劃。

3.9 注重變電站六氟化硫重合器的管理

六氟化硫重合器同樣是變電站自動化運行中的關(guān)鍵部件，維護時如果缺乏相應(yīng)的壓力表，可選擇使用氣壓法檢測六氟化硫重合器。具體檢測應(yīng)先拆下集線盒蓋板，施加壓力于下頂蓋上面的軸，之后松手使其恢復(fù)至原本狀態(tài)，證明氣壓正常。如果檢查維護具備壓力表的六氟化硫重合器，檢查時只要擰下氣門蓋就可以檢查氣壓，監(jiān)測環(huán)境為20 ℃，氣壓為0.35 MPa代表正常，如果氣壓低于0.25 MPa則要停止運行。另外，應(yīng)測量六氟化硫重合器的合閘和分閘速度，比對測量數(shù)值與規(guī)定數(shù)值，超過規(guī)定數(shù)值時應(yīng)調(diào)整彈簧拉力，保證合閘與分閘速度都滿足運行要求[6]。

3.10 注重變電站跌落熔斷器的管理

相關(guān)管理人員在管理和維護跌落熔斷器時，應(yīng)重視倒閘操作，檢查跌落熔斷器的熔絲，盡快更換受損的熔絲。熔管變形情況時有發(fā)生，主要由于受潮引起，除了更換變形的熔管，還應(yīng)檢查作業(yè)環(huán)境，采取防潮措施。對于絕緣子是瓷質(zhì)的跌落熔斷器應(yīng)檢查是否存在放電痕跡及裂紋等，出現(xiàn)此類異常情況時應(yīng)及時更換。為避免熔管鴨嘴夾在變壓器運行中脫落，應(yīng)及時調(diào)整松弛的鴨嘴夾，確保其對于熔管具有足夠的夾力。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，電力系統(tǒng)變電站技術(shù)水平得到了顯著提高，尤其是自動化水平提升效果較為明顯。為保障自動化水平，要確保其擁有安全穩(wěn)定的施工環(huán)節(jié)，做好自動化管理工作。為避免變電站的自動化系統(tǒng)受到各種因素的影響，施工人員要結(jié)合施工狀況，排除不合理的風(fēng)險因素，確保電力供應(yīng)的安全性。

參考文獻

[1] 高泓怡，郁夢琪，曾柔逸倩，等.電力系統(tǒng)中的電氣自動化技術(shù)應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2021（6）：154-155.

[2] 曾湘聰.自動化技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2021（5）：1-3.

[3] 李帆.電力系統(tǒng)中的自動化技術(shù)應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2021（1）：66-67.

[4] 陳啟明.110kV變電站綜合自動化優(yōu)化設(shè)計[D].贛州：江西理工大學(xué)，2021.

[5] 李曉東.35kV變電站自動化系統(tǒng)升級及智能決策功能規(guī)劃[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2020.

[6] 范永恒.變電站綜合自動化安全監(jiān)控與運維一體化研究[D].長春：長春大學(xué)，2020.