電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

甄佳鵬

赤峰宏基建筑（集團(tuán)）有限公司 內(nèi)蒙古 赤峰 025550

引言

當(dāng)前國內(nèi)電力系統(tǒng)設(shè)施運(yùn)行時(shí)間較久，給供配電環(huán)節(jié)帶來了諸多不可控的影響因素，導(dǎo)致國內(nèi)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率同市場中的電能需求程度之間存在不匹配的問題。但就實(shí)際發(fā)展情況來說，由于國內(nèi)技術(shù)水平逐年提升，電力領(lǐng)域的發(fā)展也出現(xiàn)了諸多變化，特別是一些先進(jìn)設(shè)施和高新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，成為電力領(lǐng)域突破的關(guān)鍵所在[1]。其中將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中更是成為研究的重點(diǎn)所在，也是未來國內(nèi)電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效率提升的基礎(chǔ)，為電力事業(yè)前行創(chuàng)造出有利條件。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要性

1.1 提高了電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平

電氣自動(dòng)化技術(shù)是將電子、信息、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)作為基礎(chǔ)，達(dá)成自動(dòng)控制的目標(biāo)，通過機(jī)械設(shè)備替代人工操作。也就是說，未來自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展將帶領(lǐng)電力系統(tǒng)朝著智能化、無人化的趨勢(shì)前進(jìn)，并且自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)也將進(jìn)一步提升電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效率。

1.2 提高智能控制水平

電力系統(tǒng)所涉及的環(huán)節(jié)較多，且設(shè)施復(fù)雜，應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)后可以利用計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信等實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的快速交互，進(jìn)而提升電網(wǎng)運(yùn)行的自控性能。就實(shí)際運(yùn)行情況來說，根據(jù)電能輸送指標(biāo)、荷載能力等參數(shù)進(jìn)行調(diào)控系統(tǒng)工況，可以有效提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。不僅如此，自動(dòng)化技術(shù)也能夠推動(dòng)電網(wǎng)不斷突破，朝著智能化目標(biāo)持續(xù)發(fā)展。

1.3 提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

電網(wǎng)運(yùn)行需要各個(gè)模塊之間有著良好銜接，同時(shí)因?yàn)橥獠凯h(huán)境條件和突發(fā)狀況的存在，可能會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來不可控的影響，造成系統(tǒng)運(yùn)行波動(dòng)以及電能供給的不穩(wěn)定。但隨著自動(dòng)化技術(shù)的融入，最大化降低了故障發(fā)生頻率[2]。一方面，通過自動(dòng)化技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的檢測預(yù)警，確保在最佳時(shí)間段進(jìn)行檢查，顯著降低經(jīng)濟(jì)損失。另外一方面，通過繼電保護(hù)模塊可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自主修復(fù)，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供有力保障。通過自動(dòng)化技術(shù)替代人工操作，也消除了人為因素的不確定性，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定度和可靠度。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用方向

2.1 仿真技術(shù)

仿真技術(shù)中綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、軟件技術(shù)、多媒體技術(shù)等多項(xiàng)高新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，是主流發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行來說，利用電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行仿真處理，可以更好的對(duì)系統(tǒng)暫穩(wěn)態(tài)進(jìn)行調(diào)控，并且快速獲取運(yùn)行參數(shù)，為系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 智能技術(shù)

智能技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)、傳感、定位等技術(shù)，同時(shí)也是未來研究的主要對(duì)象。將智能技術(shù)融入電力系統(tǒng)，可以更加方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為技術(shù)人員快速提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和異常情況報(bào)告，針對(duì)運(yùn)行環(huán)節(jié)中存在的問題精確處理，制定出有效的解決方案，確保系統(tǒng)問題不擴(kuò)散，不僅減輕技術(shù)人員的工作壓力，還有效提升工作效率。

2.3 技術(shù)集成

技術(shù)集成主要是將原有的一些獨(dú)立技術(shù)進(jìn)行重構(gòu)和融合，進(jìn)而獲得更加高效的技術(shù)。利用技術(shù)集成能夠滿足單一技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行需求，進(jìn)一步擴(kuò)展了系統(tǒng)技術(shù)的多樣性。就電力系統(tǒng)自身來看，配電網(wǎng)屬于系統(tǒng)終端，是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)[3]。在配電網(wǎng)中增加電氣自動(dòng)化技術(shù)，可以推動(dòng)配電網(wǎng)朝著數(shù)據(jù)化、智能化、自動(dòng)化發(fā)展，顯著降低了運(yùn)行中維護(hù)成本和技術(shù)難度，也有效提高數(shù)據(jù)的采集效率。利用技術(shù)集成，對(duì)系統(tǒng)中原有技術(shù)進(jìn)行重組分析，可以為系統(tǒng)運(yùn)行提供更加穩(wěn)定的功能，進(jìn)而提高效率和質(zhì)量。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在系統(tǒng)的各個(gè)層級(jí)之中，是對(duì)不同模塊、不同架構(gòu)之間的綜合調(diào)配，可以合理控制不同模塊的運(yùn)行狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中不同層級(jí)之間網(wǎng)絡(luò)和模塊的集成化，更好的統(tǒng)籌管理系統(tǒng)運(yùn)行，確保電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2 PLC技術(shù)

PLC技術(shù)自身具有較高的穩(wěn)定性，同時(shí)還有極高的抗干擾能力。利用PLC技術(shù)可以將系統(tǒng)內(nèi)部的電氣開關(guān)控制精確到千分位，以此降低了系統(tǒng)異常出現(xiàn)頻率。不僅如此，PLC還具有異常診斷的功能，不單單可以對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行快速確定和及時(shí)預(yù)警，還能自主調(diào)整，確保系統(tǒng)運(yùn)行不發(fā)生中斷。通過PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)不同數(shù)據(jù)間的綜合分析，利用控制指令完成相應(yīng)操控，進(jìn)而提高運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效率，合理調(diào)配電能的輸送量和荷載量，進(jìn)一步控制成本投入，以達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性。

3.2.1 信息集成處理。技術(shù)人員根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的綜合分析和處理，并根據(jù)環(huán)境情況篩選有用信息，并利用相關(guān)技術(shù)完成對(duì)應(yīng)的狀態(tài)分析，結(jié)合對(duì)應(yīng)程序完成采集計(jì)算，生成結(jié)果報(bào)告和綜合評(píng)定，最后將綜合分析結(jié)果發(fā)送到指定位置。系統(tǒng)中融入自動(dòng)化技術(shù)后，不僅提升了數(shù)據(jù)處理效率，還降低了工作的重復(fù)強(qiáng)度，確保工作效率滿足實(shí)際需求。

3.2.2 系統(tǒng)順序控制。電力系統(tǒng)架構(gòu)分為不同的子模塊和電網(wǎng)層級(jí)，同時(shí)也包括了諸多的獨(dú)立系統(tǒng)。通過PLC技術(shù)能夠按照系統(tǒng)運(yùn)行順序精準(zhǔn)連接不同模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的綜合分析，為不同模塊的穩(wěn)定運(yùn)行提供數(shù)據(jù)保障，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

3.2.3 系統(tǒng)的模擬閉環(huán)控制。電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所面對(duì)的外部環(huán)境較為復(fù)雜，同時(shí)由于電能傳輸所覆蓋的范圍較大，加之電能傳輸自身的特殊性，會(huì)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中生成大量熱。而系統(tǒng)中的溫度參數(shù)、荷載指標(biāo)以及輸送量又會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響，所以如何精確控制就成為關(guān)鍵所在。采用自動(dòng)化技術(shù)，能夠快速獲取系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行狀態(tài)模擬。利用建模對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行綜合分析，能夠模擬出運(yùn)行過程中可能發(fā)生的異常，并結(jié)合建模運(yùn)行結(jié)果對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，以此保障電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率、質(zhì)量達(dá)到實(shí)際需要。

4 電氣自動(dòng)化在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 電氣自動(dòng)化的應(yīng)用特點(diǎn)

從供配電系統(tǒng)的運(yùn)行來說，采用電氣自動(dòng)化技術(shù)主要是為了加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控和保護(hù)。對(duì)于國內(nèi)應(yīng)用最多的電力自動(dòng)化系統(tǒng)來說，其最為核心的是計(jì)算機(jī)裝置，能夠完成對(duì)系統(tǒng)中不同模塊和設(shè)備間的自控控制，并合理調(diào)節(jié)電能指標(biāo)，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)工況，對(duì)存在的異常問題及時(shí)檢修，同時(shí)還能對(duì)不同電流參數(shù)進(jìn)行綜合分析，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異?；蛘叽嬖陔[患，及時(shí)向技術(shù)人員發(fā)出警報(bào)進(jìn)行快速處理，以保證異常影響不擴(kuò)大[4]。應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)后可以有效提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定程度和可靠性能，為用戶提供更高質(zhì)量的電能。一般來說，供配電系統(tǒng)自身可以分為以下3個(gè)層級(jí)：基礎(chǔ)層，通過終端裝置完成數(shù)據(jù)信息獲取，并通過計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控保護(hù)；中間層，用于終端裝置和主控系統(tǒng)的信息交互；管理層，主要用于調(diào)整系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。

4.2 電氣自動(dòng)化的應(yīng)用功能

4.2.1 控制功能。將電氣自動(dòng)化技術(shù)融入電力系統(tǒng)運(yùn)行之中，可以突破傳統(tǒng)人工操作的局限性，真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，提高技術(shù)人員的安全性。同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作后，系統(tǒng)控制所需人員數(shù)量和專業(yè)能力會(huì)顯著降低。

4.2.2 保護(hù)功能。實(shí)際應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，還會(huì)涉及繼電保護(hù)系統(tǒng)，其穩(wěn)定的自控性能可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。同時(shí)由于繼電保護(hù)系統(tǒng)的自動(dòng)化性能，能夠在電網(wǎng)出現(xiàn)運(yùn)行異常后快速確定異常范圍，并進(jìn)行自主調(diào)控，防止發(fā)生電能供給中斷等問題。

4.2.3 監(jiān)測功能。應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)將是未來發(fā)展的趨勢(shì)，其中很重要的一項(xiàng)便是監(jiān)測技術(shù)。主要包括對(duì)系統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)測、參數(shù)監(jiān)測以及狀態(tài)監(jiān)測等。

（1）電力質(zhì)量監(jiān)測。根據(jù)供配電情況確定是否存在其他電力裝置的干擾，一旦存在會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)警，確保能夠及時(shí)處理。

（2）遠(yuǎn)程測量監(jiān)測。遠(yuǎn)程測量能夠顯著降低抄表技術(shù)人員的工作負(fù)擔(dān)，減輕工作壓力，提高抄表效率，同時(shí)還能讓用戶實(shí)時(shí)查看自身的電力使用情況，確保用戶能夠更好地進(jìn)行成本把控。

（3）運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測。參數(shù)監(jiān)測的意義在于可以實(shí)時(shí)測定系統(tǒng)的常用數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行綜合分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，便于后續(xù)的參數(shù)對(duì)比，進(jìn)而能夠快速確定系統(tǒng)異常原因。如果電網(wǎng)參數(shù)波動(dòng)較大，能快速警報(bào)，確保影響控制在最小范圍內(nèi)。

4.3 電氣自動(dòng)化的技術(shù)應(yīng)用

4.3.1 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(duì)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(duì)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。

4.3.2 利用自動(dòng)化技術(shù)保障數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全。電力調(diào)度作為電力系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其是否安全直接關(guān)系著電網(wǎng)性能。因此，要采用更加高效和合理的技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度，并不斷完善相關(guān)技術(shù)，確保技術(shù)同實(shí)際需求相匹配。

（1）從管理制度分析。根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)運(yùn)行情況，確保電力調(diào)度信息安全，進(jìn)而提高系統(tǒng)整體的穩(wěn)定度。

（2）建立綜合化的網(wǎng)絡(luò)管理體系。加強(qiáng)對(duì)技術(shù)人員的管理，確保操作過程中的數(shù)據(jù)安全，防止造成不必要的經(jīng)濟(jì)虧損。

（3）加強(qiáng)系統(tǒng)的安全檢查。聘請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員定期對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行安全測定，保證系統(tǒng)安全可靠。

（4）將生產(chǎn)系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)綜合分離。保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗蛐?，在生產(chǎn)過程和控制系統(tǒng)間建立起可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)屏障，為生產(chǎn)調(diào)度創(chuàng)造良好環(huán)境。

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

利用綜合保護(hù)系統(tǒng)可以為供配電系統(tǒng)提供有力的安全保障，并通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集下載；遠(yuǎn)程控制可以讓系統(tǒng)全天處于實(shí)時(shí)監(jiān)測下，確保開光狀態(tài)處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)；在線監(jiān)測設(shè)備能夠在部署完成后利用軟硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

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

4.5.1 在集中監(jiān)控中的實(shí)踐應(yīng)用。對(duì)于供配電系統(tǒng)來說，使用電氣自動(dòng)化技術(shù)更加方便快捷且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，同時(shí)電氣自動(dòng)化的應(yīng)用較為簡單，只需要分析對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響的相關(guān)參數(shù)，例如說：集中監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析和交互均是有統(tǒng)一設(shè)備完成，而電纜線路的距離又會(huì)對(duì)集中監(jiān)控產(chǎn)生一定影響，這就需要在集中監(jiān)控系統(tǒng)中部署電氣自動(dòng)化技術(shù)，以保證監(jiān)控的穩(wěn)定性。

4.5.2 在電纜與電纜監(jiān)控器中的實(shí)踐應(yīng)用。采用電氣自動(dòng)化技術(shù)還便利了外部電纜的規(guī)劃部署，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)收益。對(duì)于外部電纜設(shè)計(jì)來說，電源線和電纜最為關(guān)鍵，因此選擇監(jiān)控設(shè)施時(shí)，要著重分析設(shè)備的抗干擾性能和電源型號(hào)，從而保證變配電過程的質(zhì)量和效率。

4.5.3 在變壓電站中的實(shí)踐應(yīng)用。變電站的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)備選型至關(guān)重要，不僅僅需要確定相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)還要結(jié)合實(shí)際情況保證系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮作用，并且利用好數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)運(yùn)行提供良好的數(shù)據(jù)信息交互。

5 結(jié)束語

伴隨電力領(lǐng)域的不斷發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)不斷完善，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)增?？梢哉f未來電力系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的依賴程度會(huì)不斷加深，這就要進(jìn)一步提高相關(guān)設(shè)備的智能化水平，以保證系統(tǒng)可以處于最佳狀態(tài)。