淺談電氣工程及其自動化的建設(shè)與發(fā)展

周祥龍

【摘 要】自動化變電站是堅強智能電網(wǎng)的組成部分，是電氣工程自動化建設(shè)的重要工作任務(wù)。設(shè)備可靠是變電站堅強的基礎(chǔ)，綜合分析、自動控制是變電站智能的關(guān)鍵，信息化、集成化、緊湊化、狀態(tài)化和高效化是發(fā)展方向和目標。近些年來，變電站自動化改造成為了電氣工程自動化的主要發(fā)展趨勢，文章首先介紹了國內(nèi)外對自動化變電站的研究現(xiàn)狀，提出通過自動化改造解決傳統(tǒng)變電站存在的問題，說明了本文研究的意義和內(nèi)容，為電氣工程自動化的建設(shè)與發(fā)展添磚加瓦。

【關(guān)鍵詞】電氣工程；自動化；現(xiàn)狀；建設(shè)

引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)用電負荷發(fā)生了迅猛的增長，采用傳統(tǒng)的基于微處理器和以太網(wǎng)通信的自動化系統(tǒng)已無法滿足當今社會的發(fā)展需求，傳統(tǒng)變電站由于電纜繁雜和眾多干擾等因素嚴重影響了一次設(shè)備和二次設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，同時電纜雜亂容易誘發(fā)電氣事故，給變電站安全運行造成嚴重威脅。與傳統(tǒng)變電站不同，智能變電站通過采用新型的二次設(shè)備、智能自動控制技術(shù)、測控保護等技術(shù)，對變電站的保護、綜合自動化、系統(tǒng)穩(wěn)定性等提出了更高、更嚴格的要求。智能電網(wǎng)中各領(lǐng)域的研究成為我國和國際電力發(fā)展的新熱點，作為電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點，自動化變電站是我國建設(shè)智能電網(wǎng)的重要樞紐，同時也是堅強電網(wǎng)的基礎(chǔ)。

1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

二十世紀初，美國就開始探索智能電網(wǎng)。2006 年，美國科羅拉多博爾德市宣布建設(shè)首個城市智能電網(wǎng)，通過大數(shù)據(jù)對電網(wǎng)進行控制和調(diào)度，有效提高了供電可靠性和穩(wěn)定性，同時，用戶可以實時了解電價、用電情況，有了更多的個性化選擇。

近十年來，智能電網(wǎng)在歐洲國家也得到了快速發(fā)展，通過采用新型電氣設(shè)備和智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)的綜合自動化和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2005 年歐洲首次提出智能變電站概念，結(jié)合 2008 年發(fā)布的智能電網(wǎng)建設(shè)戰(zhàn)略技術(shù)規(guī)劃藍圖報告，歐洲詳細闡釋了智能變電站的未來發(fā)展規(guī)劃。日本和韓國受制于自身能源短缺特點，主要通過風能、太陽能等新能源大力開展智能電網(wǎng)建設(shè)，2009 年設(shè)立智能電網(wǎng)研究中心，開展智能電網(wǎng)綜合自動化試驗并投入運行。2009 年，我國數(shù)據(jù)化程度最高的蘭溪智能變電站完成改造，通過采用高級應(yīng)用程序、一體化設(shè)備、控制保護等自動化技術(shù)，實現(xiàn)了信息一體化和狀態(tài)可視化，有效提升了供電可靠性。隨著自動化技術(shù)的日益發(fā)展，國內(nèi)各地區(qū)相繼建設(shè)了自動化變電站和傳統(tǒng)變電站自動化改造，基于一體化設(shè)計理念，運用了先進的智能技術(shù)，實現(xiàn)了智能變電站的高效性、可靠性和穩(wěn)定性。

2、變電站自動化改造方向分析

隨著計算機數(shù)據(jù)處理能力及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平的不斷提升，智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)和安全自動裝置等大部分設(shè)備都已經(jīng)相互連接，利用計算機通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、信息共享。而常規(guī)變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備間的連接則是通過二次電纜，利用二次電氣回路進行數(shù)據(jù)交換，這是智能變電站與常規(guī)變電站最大的不同。通過上述對比分析，我們應(yīng)從以下幾方面對傳統(tǒng)變電站進行自動化改造：

（1）一次設(shè)備的自動化改造：傳統(tǒng)變電站的電流互感器及電壓互感器輸出的均是模擬量，必須通過采樣，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，使其與數(shù)字化設(shè)備接口匹配。為解決二次側(cè)系統(tǒng)機構(gòu)復雜、輸出增多、負載能力增加的問題，必須提高一次設(shè)備自動化程度。

（2）二次設(shè)備的自動化改造：二次設(shè)備型號種類繁多，且采用各自特定的專用通信協(xié)議，這無形中增加了自動化改造的困難度，因此，在自動化改造中，必須提高二次設(shè)備相互間的兼容性。

（3）優(yōu)化二次回路：由于常規(guī)變電站二次設(shè)備功能單一、相互獨立，導致二次回路種類多、結(jié)構(gòu)復雜、信息共享度低，因此，在自動化改造中需要優(yōu)化二次回路。

3、智能電網(wǎng)變電站自動化改造原則

3.1安全可靠原則

常規(guī)變電站自動化改造首先要確保變電站自動化改造后安全運行的可靠性水平不能下降。所以常規(guī)變電站在進行自動化改造的時候，要嚴格按照國家電網(wǎng)公司制定的規(guī)章制度進行改造。

3.2經(jīng)濟實用原則

常規(guī)變電站自動化改造應(yīng)本著“運行可靠性高，改造成本低，運營效率高”的原則。根據(jù)變電站的重要程度、設(shè)備運行情況等，使改造后智能電網(wǎng)運行可靠性高、運營效率高、經(jīng)濟、實用。

3.3 因地制宜原則

常規(guī)變電站自動化改造應(yīng)在國家電網(wǎng)公司的總體規(guī)范下，根據(jù)每一個變電站的特點，再制定出詳細的、有針對性的改造方案。

4、變電站自動化改造具體實施計劃

常規(guī)變電站的自動化改造工程是一個綜合性的大型變電類施工項目，涉及到線路臨時搭接、大量一次設(shè)備及構(gòu)架起吊、安裝和調(diào)試；高空作業(yè)較多，工藝流程相對復雜；本次工程工期長，階段性操作任務(wù)多，且施工階段現(xiàn)場人員眾多，工作地點較分散，現(xiàn)場監(jiān)控有一定難度；具有易發(fā)生觸電傷害、高空墜落、生產(chǎn)過程連續(xù)性強易引發(fā)疲勞等特點。因此，改造時需做好運行設(shè)備與改造設(shè)備的隔離和安措，做到技術(shù)措施、安全措施層層保證。在常規(guī)變電站的自動化改造的過程中，為了縮短技術(shù)改造的工期，降低由于設(shè)備的停役而帶來的安全生產(chǎn)風險，需要制定出合理的技術(shù)改造的實施方案。常規(guī)變電站的自動化改造總體可以分為兩個階段：第一個階段，主要是完成變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)和智能變電站的主系統(tǒng)的構(gòu)建和調(diào)試工作，這個階段設(shè)備不停電。第二個階段，設(shè)備的停役改造，從公共設(shè)備開始針對每一個間隔進行改造。以下的工作內(nèi)容主要是在第一個階段，設(shè)備部停電時完成：

（1）鋪設(shè)變電站網(wǎng)絡(luò)和光纜，并對光纖進行衰耗測試，避免在敷設(shè)過程中出現(xiàn)損傷；

（2）對整個變電站進行連接和組網(wǎng)并且鋪設(shè)站層和過程網(wǎng)絡(luò)，并做好相對應(yīng)的測試；

（3）建設(shè)變電站智能設(shè)備和單元，并對各單元進行調(diào)試；

（4）針對母差及主變進行多間隔保護的安裝，并對110k V刀閘、電流互感器、電壓互感器、110k V避雷器進行高壓試驗，對電流互感器開展特性試驗；

（5）將時鐘同步接入網(wǎng)絡(luò)，對信息進行同步采樣；

（6）將變電站層網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度中心與監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)進行連接，連接完成后做好相關(guān)的測調(diào)工作；此時即完成了變電站改造的全部準備工作，常規(guī)變電站自動化改造工作就進入了設(shè)備停電階段。

結(jié)束語

本次改造與建設(shè)極大地提升了變電站的自動化水平。全站通訊實現(xiàn)信息建模標準化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、全站通信協(xié)議標準化（遵循DL/T 860標準），為變電站和電網(wǎng)之間的溝通提供標準可靠的解決方案。全站實現(xiàn)保護測控一體化，采用集中式錄波裝置，減少了設(shè)備的數(shù)目，簡化了設(shè)備之間的二次連線，降低了系統(tǒng)的故障；設(shè)備之間還具備了相互操作性，使設(shè)備的更新和維護更加簡便，調(diào)試時間也大大降低，工作效率得到大幅度的提升；此外，減少了二次設(shè)備屏位，減小了變電站設(shè)備占地面積，便于變電站的擴建及自動化系統(tǒng)的擴充。對一次設(shè)備安裝以變壓器、斷路器等為重點監(jiān)測對象的在線監(jiān)測單元，便于及時發(fā)現(xiàn)變壓器及斷路器存在的問題，為實現(xiàn)狀態(tài)檢修及全壽命周期管理奠定了基礎(chǔ)。站控層高級應(yīng)用功能及輔助功能的采用，提升了變電站的運行管理水平，符合智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展方向。

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