變電所智能輔助系統(tǒng)的應(yīng)用分析

國(guó)網(wǎng)河南省電力公司濟(jì)源供電公司 霍明霞 王 鋒 苗 堃

1 變電所智能輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

智能輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了滿足變電所的安全運(yùn)行和智能化的需求而進(jìn)行的一個(gè)總體的規(guī)劃與安排。其主要包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集及控制單元、通信網(wǎng)絡(luò)及繼電器的選擇與安裝，主接線方案的確定，各分段的短路電流計(jì)算，以及短路器的校驗(yàn)；監(jiān)控儀表的顯示功能和報(bào)警裝置的設(shè)置等。變配電網(wǎng)中的電氣設(shè)備的正常工作，首先要保證它們能夠在最糟糕的情況下，仍然能為電力用戶提供優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。在整個(gè)的系統(tǒng)中，它是非常重要的一部分也就是主接線。主接線的基本要求：可靠性、安全性和靈活性。這就需要其有很高的技術(shù)水平并做到經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)也對(duì)其設(shè)計(jì)方案提出了較高的要求，必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并能使之操作方便。

1.1 變電所智能輔助系統(tǒng)的基本組成

變電所智能輔助系統(tǒng)的基本組成有：

控制單元：主要是由監(jiān)控系統(tǒng)、操作/管理/維護(hù)自動(dòng)化裝置和通信網(wǎng)絡(luò)等組成。

信息交換設(shè)備：通過計(jì)算機(jī)或其他的相關(guān)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所的實(shí)時(shí)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集和處理，并將這些信號(hào)傳送到控制中心。

站控中心：負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在發(fā)生事故時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警通知，同時(shí)還可以將故障的地點(diǎn)及位置顯示到人員面前，以便于管理人員能夠快速的采取相應(yīng)的措施來解決問題。

計(jì)量與測(cè)量?jī)x表：為保證變配電器的正常工作，需要有一個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)與保護(hù)功能，并且在其內(nèi)部安裝各種傳感器，用來收集外部環(huán)境的變化情況，從而達(dá)到對(duì)電氣量的準(zhǔn)確評(píng)估。

1.2 變電所智能輔助系統(tǒng)的基本原理

在變電所中，電能是其主要的來源和動(dòng)力。而變電站的智能化是實(shí)現(xiàn)無人值班的重要技術(shù)手段。智能輔助系統(tǒng)的功能包括：根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，使其滿足用戶的用電量需求；當(dāng)電力發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)的切除電源，保證供電的可靠性；當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況，能迅速的恢復(fù)正常運(yùn)行，避免造成大面積的停電事故。

由此可見，智能輔助系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于提高整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益具有十分重大的意義和作用。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)生活的要求越來越高，對(duì)電氣設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性的重視也逐漸增加，所以智能化的變電所的設(shè)計(jì)與管理，不僅要考慮到安全性能，還要充分的體現(xiàn)出人性化的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)[1]。

2 變電所智能輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)中的電氣主接線的設(shè)計(jì)是變電所的核心部分，也是整個(gè)變電所的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，主接線的設(shè)計(jì)直接決定著供電的可靠性和靈活性。而在對(duì)主接線的設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)不同的情況來選擇合適的母線及斷路器，同時(shí)還要考慮到后期的維護(hù)等問題。對(duì)于變電站的二次回路，主要包括了變壓器的選型、隔離開關(guān)的選型、斷路器的選型以及高壓電器的選型。在對(duì)一次設(shè)備的布置上，要保證其與母線及繼電保護(hù)的合理配置，并且要滿足經(jīng)濟(jì)性的要求；另外，還需注意到，由于負(fù)荷的變化會(huì)引起的電流大小的改變；因此，為了確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，還應(yīng)采取必要的措施來防止故障的發(fā)生和影響的擴(kuò)大；最后，還需充分的重視的是，如何提高配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，使其能更好的發(fā)揮作用，從而為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的電能服務(wù)。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

變電所的智能輔助系統(tǒng)主要是通過對(duì)變配電所的信息進(jìn)行收集和分析，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)來對(duì)其電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做出判斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力資源的合理配置。在設(shè)計(jì)智能輔助系統(tǒng)的時(shí)候需要考慮到的問題有：在整個(gè)的系統(tǒng)中，主變壓器的容量以及電壓等級(jí)都應(yīng)該滿足供電的要求；主接線的方案選擇也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，要保證母線的可靠性和安全性，同時(shí)還要盡量降低成本，并且要符合經(jīng)濟(jì)性的原則；對(duì)于負(fù)荷的大小也要做到足夠的準(zhǔn)確；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)的切除電源，避免造成更大的損失；當(dāng)出現(xiàn)異常情況，可以快速的恢復(fù)正常工作，不會(huì)影響到正常的生產(chǎn)生活。因此在實(shí)際的工程當(dāng)中，我們一般都會(huì)采用雙回路的方式來完成。其中有一條線路就是由兩條母線連接起來，這樣就能使其不間斷的向用戶提供負(fù)載的作用了。

2.1.1 系統(tǒng)界面

變電所的主接線設(shè)計(jì)在變電所的主接線中，其主要的電氣設(shè)備有：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)和母聯(lián)裝置。其中變壓器的作用是將電壓進(jìn)行升壓，從而使高壓斷路器和負(fù)荷供電。斷路器的作用是切斷短時(shí)的線路并使其能夠正常工作。隔離開關(guān)的功能就是當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以將電路中的低壓回路切除，保證其他的用電設(shè)備的安全；斷路器的性能直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。智能化的繼電器的配置智能化的繼電器的種類有很多，包括了單相式和雙相式的繼電器，它們都具有一定的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)[3]。

2.1.2 變電所智能輔助系統(tǒng)的通訊

通信系統(tǒng)是變電所的核心部分，它主要由數(shù)據(jù)交換設(shè)備、控制裝置和測(cè)量?jī)x表組成。在變電所中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體是光纜，光纜的作用就是將光纜進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控。而在傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)中，通常都是采用電纜的形式來完成信息的傳遞和交流，但是這種方式存在著一定的弊端，那便是線路鋪設(shè)的復(fù)雜以及布線的困難等問題，而且一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)造成大面積的停電事故，這也就使得人們對(duì)于電網(wǎng)的安全產(chǎn)生了質(zhì)疑。因此為了保證供電的穩(wěn)定性與安全性，需要對(duì)其的通訊系統(tǒng)加以改進(jìn)。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與成熟，我們已經(jīng)開始使用電腦的終端來代替原來的PC機(jī)，通過利用數(shù)字化的手段將各個(gè)模塊的信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)，然后再由軟件的程序來處理這些數(shù)據(jù)，這樣既可以簡(jiǎn)化操作人員的工作量，又能提高可靠性，同時(shí)也能夠使其更加的方便快捷。

2.1.3 系統(tǒng)安全性

由于變電所中的電氣設(shè)備的絕緣等級(jí)較高，所以在發(fā)生故障時(shí)，會(huì)造成整個(gè)變電所的供電線路的損壞以及影響到用戶的正常生活，甚至可能導(dǎo)致火災(zāi)事故的出現(xiàn)；而在電力系統(tǒng)中的變壓器、開關(guān)等的運(yùn)行狀態(tài)也會(huì)受到一定的干擾；而當(dāng)這些電器的絕緣性和耐壓性都比較低的時(shí)候就很容易被破壞，進(jìn)而引起短路的現(xiàn)象；同時(shí)，如果是在長(zhǎng)期的工作過程當(dāng)中，因?yàn)橐恍┩饨缫蛩氐淖兓蛘呤侨藶榈牟僮魇д`，也會(huì)使其產(chǎn)生誤動(dòng)作，從而引發(fā)安全隱患。因此為了保證變電站的安全性和穩(wěn)定性，必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的控制管理。對(duì)室外的熱源的監(jiān)控、對(duì)周圍的濕度、氣壓等的檢測(cè)、對(duì)室內(nèi)的煙霧濃度的檢測(cè)等，根據(jù)報(bào)警信號(hào)的具體情況，采取相應(yīng)的措施：當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常的警報(bào)聲時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即停止該裝置的運(yùn)作并發(fā)出緊急的燈光提示，以提醒工作人員及時(shí)的處理問題[3]。

3 變電所智能輔助系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于變電所的智能輔助系統(tǒng)來說，它是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它主要包括了主接線的設(shè)計(jì)、繼電器的選擇、控制策略的制定以及通信接口的設(shè)置等等。在實(shí)際的工作中，我們需要根據(jù)不同的要求來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和配置，從而使整個(gè)變電所能夠正常的運(yùn)行下去。主接線的基本原則就是：滿足供電可靠性和靈活性的需求，便于擴(kuò)建、經(jīng)濟(jì)合理、占地面積小，投資少。主接線的設(shè)計(jì)是十分重要的部分之一，也直接影響著電力的安全與穩(wěn)定。下面就對(duì)變電站的智能輔助系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程做具體的介紹。

變壓器的選用：為了保證電能的傳輸與分配的順利完成，必須要有一定的容量大小，這樣才能使其可以方便的管理與調(diào)度。同時(shí)也要考慮到未來的發(fā)展方向，對(duì)設(shè)備的選型，應(yīng)該盡量的降低成本，并且還要提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

3.1 智能輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵算法

對(duì)于智能輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說，其主要的關(guān)鍵在于對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理，所以在對(duì)智能輔助系統(tǒng)的研究過程中，需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)。

傳感器的選擇：在變電所中，由于變電所的負(fù)荷會(huì)隨著電力線路的負(fù)載而不斷的變化著，因此要想使智能輔助裝置的工作效果達(dá)到最佳，就要根據(jù)具體的情況來進(jìn)行合理的選取。

通信的方式：在智能輔助系統(tǒng)的通訊時(shí)，要想使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高，就必須選用能夠滿足遠(yuǎn)程控制的通信設(shè)備，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)也可以減少人工的操作。

上位機(jī)的編寫：為了保證智能輔助裝置的正常運(yùn)行，就得先將主控機(jī)與各下級(jí)的控制中心之間的信息傳遞給上級(jí)的調(diào)度中心，再由主控室的工作人員來負(fù)責(zé)完成。

3.2 服務(wù)器

對(duì)于變電所中的電能供應(yīng)和需求的監(jiān)控系統(tǒng)，其核心處理器是服務(wù)器。它主要負(fù)責(zé)整個(gè)變電所的數(shù)據(jù)信息的采集、處理和分析等工作。在對(duì)服務(wù)器進(jìn)行管理時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作員的指令執(zhí)行情況作出判斷，并將相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置在顯卡上。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能，它可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的通信、存儲(chǔ)以及控制等多種功能，因此它的應(yīng)用范圍非常廣泛。目前，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟，基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程視頻會(huì)議系統(tǒng)已經(jīng)成為主流，而變電器主站作為其中的一個(gè)分支，其作用也越來越重要。而傳統(tǒng)的模擬電視電話的傳輸方式其存在的問題是：信號(hào)的衰減性比較高，容易受到外界環(huán)境因素的影響；而且電纜線的敷設(shè)位置也會(huì)產(chǎn)生一定的干擾；同時(shí)電纜線的敷設(shè)還會(huì)造成電磁感應(yīng)，從而導(dǎo)致故障的發(fā)生；此外無線設(shè)備的布線也會(huì)帶來一些安全隱患。所以采用數(shù)字化的有線化的智能化的智能化的變電站的解決方案勢(shì)在必行。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸主要包括電纜和大地線的傳輸兩個(gè)方面。在變電所中，可以使用遠(yuǎn)程控制的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所的智能輔助，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在實(shí)際的工作中，通過遠(yuǎn)程的監(jiān)控能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障的位置并進(jìn)行處理，從而提高了檢修的效率；對(duì)異常的情況做出判斷，避免事故的發(fā)生；還能對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況作出評(píng)估，減少不必要的損失；同時(shí)加強(qiáng)數(shù)據(jù)的保密性，防止信息泄露。但是在目前的電力系統(tǒng)當(dāng)中，由于各種因素的影響以及一些人為的原因造成的數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致了這些問題的出現(xiàn)都會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的安全性受到一定的威脅與挑戰(zhàn)。為了確保變電站的安全可靠，需要采取多種措施來解決這一系列的問題：采用數(shù)字化技術(shù)，將模擬電路與數(shù)字信號(hào)相結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)性，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)而達(dá)到有效的保護(hù)作用。

4 變電所智能輔助系統(tǒng)的具體應(yīng)用

目前，變電所的智能輔助系統(tǒng)主要有以下幾種：

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越廣，其功能也在逐步的擴(kuò)展和豐富，其在變電站中的應(yīng)用也更加的廣泛和完善。

集中式監(jiān)控。由于變電所的規(guī)模較大，所以對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。而通過對(duì)各個(gè)區(qū)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)異常情況，從而采取相應(yīng)的措施來降低故障的發(fā)生率或者是避免事故的發(fā)生。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的操作控制，使其具有較高的安全性。此外能有效的解決一些突發(fā)的問題。最后對(duì)于電網(wǎng)的安全管理，智能化的設(shè)備都有著不可替代的作用和意義。

總線式的通信與控制系統(tǒng)。在我國(guó)的大部分地區(qū)，分布式的自動(dòng)化程度比較低，因此需要建立一個(gè)統(tǒng)一的信息平臺(tái)，將這些先進(jìn)的通訊方式引入到其中，這樣才能更好的發(fā)揮出它的優(yōu)勢(shì)所在。

現(xiàn)如今，變電所的智能輔助系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電力、供配電網(wǎng)、工業(yè)控制等領(lǐng)域。在我國(guó)，變電所的智能輔助系統(tǒng)的應(yīng)用還處于發(fā)展初期，其主要的應(yīng)用及效果是：在配電網(wǎng)中的自動(dòng)化監(jiān)控。通過對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)視，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；在工廠的生產(chǎn)過程中的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)不同的要求和工作狀態(tài)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量的變化做出分析，以確定是否需要改變；為實(shí)現(xiàn)無人值班。利用計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程操作，可將工控室的值班功能與現(xiàn)場(chǎng)人員的值班功能相結(jié)合，提高了工作人員的安全系數(shù)。同時(shí)也使企業(yè)的管理更加規(guī)范化。