電力電氣自動(dòng)化在電力工程中的應(yīng)用

陳珍在

（廈門市瑞虹建設(shè)工程有限公司，福建 廈門 361000）

0 前言

為了滿足社會(huì)發(fā)展過程中日益增加的電能需求，我國(guó)電力工程項(xiàng)目的數(shù)量也逐漸增多，同時(shí)電力工程的規(guī)模也在不斷拓展，就導(dǎo)致電力系統(tǒng)開始涉及越來(lái)越多的電氣設(shè)備，而在該背景下，電力行業(yè)發(fā)展的新需求自然難以借助傳統(tǒng)電力技術(shù)得到充分滿足，因此必須要改革創(chuàng)新電力技術(shù)。在電力技術(shù)改革創(chuàng)新的過程中，起到重要技術(shù)支持作用的就是電力電氣自動(dòng)化技術(shù)，其能促進(jìn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化及智能化發(fā)展。

1 電力電氣自動(dòng)化的相關(guān)概述

對(duì)于電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說，其在具體運(yùn)行環(huán)節(jié)中，與自動(dòng)控制及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、電子技術(shù)等各領(lǐng)域有密切聯(lián)系，因此，它對(duì)推動(dòng)我國(guó)當(dāng)下經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要作用，同時(shí)也充分展現(xiàn)了我國(guó)在新時(shí)期低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的組成部分較多，而各組成部分發(fā)揮的作用也十分關(guān)鍵，通過充分發(fā)揮內(nèi)部各子系統(tǒng)的功能作用，能為系統(tǒng)整體的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

2 電力電氣自動(dòng)化在電力工程中的優(yōu)勢(shì)分析

電力電氣自動(dòng)化在電力工程中有以下3個(gè)優(yōu)勢(shì)：1） 提高電力工程技術(shù)的水平。在電力工程中應(yīng)用電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，能大幅度提升設(shè)備的運(yùn)行效率，有效節(jié)約各項(xiàng)資源及成本，為電力高效高質(zhì)輸送提供保障。2） 保障電力系統(tǒng)安全供電。應(yīng)用電力電氣自動(dòng)化技術(shù)，能及時(shí)有效地診斷、檢測(cè)故障，通過對(duì)故障問題的自動(dòng)化處理，可以有效避免問題的影響范圍及損失等進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)還可以借助電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力工程全過程的運(yùn)行情況，從而達(dá)到有效管控安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。3） 提高電力工程整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)節(jié)中，通常會(huì)產(chǎn)生各種類型的數(shù)據(jù)信息，要想為電力系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展提供保障，就需要相關(guān)工作人員分析處理運(yùn)行過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而找出系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)可能存在或已經(jīng)存在的問題，并制定相應(yīng)的解決措施，為電力系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)提供保障[1]。

3 電力電氣自動(dòng)化在電力工程中的應(yīng)用策略

3.1 電力網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方面的應(yīng)用

在電力工程中，電網(wǎng)調(diào)度是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要是借助服務(wù)器來(lái)達(dá)到調(diào)度電網(wǎng)的目的，該過程通過電力應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的效果，且效果十分顯著。將電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)融入電網(wǎng)調(diào)度環(huán)節(jié)，能不斷擴(kuò)大系統(tǒng)的綜合功能，為電力工程各項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)行提供推動(dòng)作用，從而達(dá)到電力工程運(yùn)行環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)。除此之外，還可以在電網(wǎng)調(diào)度環(huán)節(jié)應(yīng)用研樣嵌入式產(chǎn)品（其應(yīng)用流程如圖1所示），通過應(yīng)用該產(chǎn)品， 能使常廠端、變電站端、整機(jī)調(diào)度端系統(tǒng)、變電站控制工控機(jī)以及服務(wù)器等多個(gè)設(shè)備充分連接起來(lái)，進(jìn)而基于應(yīng)用多樣化的通信方式，分析并判斷電力系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷情況，為相關(guān)技術(shù)人員通過充分掌握基于系統(tǒng)運(yùn)行中電力數(shù)據(jù)的變化情況來(lái)對(duì)電力負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)提供幫助，保證能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理電力系統(tǒng)運(yùn)行過程的問題，為長(zhǎng)久處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的電力系統(tǒng)提供全面保障，圖1中變電站控制工控機(jī)下分出來(lái)的ARK-24188研樣系列模塊，通過2個(gè)常見弱電接口（RS-485/RS-232），也可以與其他研樣系列模塊之間建立關(guān)系，借此達(dá)到健全構(gòu)建一體化工作站的目的，進(jìn)一步為電網(wǎng)調(diào)度提供保障。

值得注意的是，通過電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化發(fā)展，還能監(jiān)控、準(zhǔn)確定位電力系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題（電力調(diào)度自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示），大幅度提高解決系統(tǒng)運(yùn)行問題的效率，有效地維護(hù)了電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，逐步提升了系統(tǒng)運(yùn)行的綜合效率，進(jìn)而為在電力工程的發(fā)展環(huán)節(jié)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益提供了保障。

圖2 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)控制流程圖

3.2 電力監(jiān)控運(yùn)行方面的應(yīng)用

當(dāng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)節(jié)發(fā)生故障時(shí)，不僅會(huì)影響企業(yè)的正常運(yùn)行及發(fā)展，而且還有可能會(huì)導(dǎo)致一些經(jīng)濟(jì)損失，因此，電力系統(tǒng)運(yùn)行管理環(huán)節(jié)的關(guān)鍵步驟就是進(jìn)行電力監(jiān)控。然而，由于電力系統(tǒng)的通常都會(huì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因此不可避免地會(huì)受各種因素影響而發(fā)生故障，面對(duì)該情況，如果仍然沿用傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方式，不僅難以為高效的檢測(cè)提供保障，同時(shí)也需要消耗大量時(shí)間來(lái)確認(rèn)故障點(diǎn)，選擇電力電氣自動(dòng)化技術(shù)不僅能夠確保智能化故障診斷的效果，而且可以在快速、實(shí)時(shí)分析故障錄波的同時(shí)，自動(dòng)隔離故障點(diǎn)。

電力工程涉及較多的電氣設(shè)備，在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)，一旦某一設(shè)備或元件發(fā)生故障，就會(huì)給電力的正常供應(yīng)、供配電的穩(wěn)定性等帶來(lái)影響，而借助電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)時(shí)、全面地監(jiān)控電力系統(tǒng)運(yùn)行過程的各設(shè)備、各環(huán)節(jié)，能大幅度減少系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，有效避免非計(jì)劃性停電現(xiàn)象的發(fā)生。以PLC技術(shù)為例，該技術(shù)有機(jī)結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和繼電器控制技術(shù)，通過該技術(shù)可以模擬電力系統(tǒng)的操作程序及鏈路，還可以構(gòu)建PLC監(jiān)控系統(tǒng)，如圖3所示，在依托PLC技術(shù)構(gòu)建的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，包括了開檢測(cè)電腦、組態(tài)軟件、DATA-6107及DATA-6124等DTU模塊(數(shù)據(jù)傳輸系列模塊，是基于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品)、Rs232BUS（串行通信接口）、PLC以及GPRS/CDMA/4G-VPN（網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商），在各模塊相互作用和聯(lián)通的情況下，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的高效收集、存儲(chǔ)和分析等功能，從而提升電力監(jiān)控的水平；此外，PLC技術(shù)還能大幅度降低故障發(fā)生的概率。

圖3 PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

3.3 變電站監(jiān)控管理方面的應(yīng)用

電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是變電站，而將電力電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到變電站中，能有效整合變電站內(nèi)部的電氣設(shè)備，大幅度提高變電站的工作效率和質(zhì)量，同時(shí)也能有效降低電力工作人員的工作量及工作強(qiáng)度等。在變電站中應(yīng)用電力電氣自動(dòng)化技術(shù)，能通過高效利用檢測(cè)設(shè)備對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，為相關(guān)工作人員充分、全面掌握設(shè)備的工作狀態(tài)提供幫助，進(jìn)而為設(shè)備始終處在最佳運(yùn)行狀態(tài)提供保障，充分發(fā)揮變電站的作用，為設(shè)備安全、可靠運(yùn)行提供助力[2]。

應(yīng)用分層分布式變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。在計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)發(fā)展到一定程度的情況下，能夠廣泛應(yīng)用于變電站中的一種電氣自動(dòng)化技術(shù)就是變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)，該技術(shù)有機(jī)結(jié)合了變電站遠(yuǎn)動(dòng)、電力設(shè)備、微機(jī)保護(hù)以及變電站自動(dòng)化控制等多種技術(shù)，極大地改革了傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的間隔層來(lái)看，間隔層是以CAN總線以下的現(xiàn)場(chǎng)總線為主，構(gòu)成部分為間隔單元，在劃分各間隔單元時(shí)，是以變電站主設(shè)備為主，例如線路及變壓器等，進(jìn)而確?？梢杂行?gòu)成對(duì)應(yīng)間隔，而在放置各間隔單元時(shí)，地點(diǎn)的選擇以主設(shè)備的具體情況和實(shí)際要求為主要依據(jù)，例如室內(nèi)的主設(shè)備配電裝置通常會(huì)選擇分散放置的方式進(jìn)行應(yīng)用，簡(jiǎn)單來(lái)說，就是放置在開關(guān)柜上方的儀表柜中。通過構(gòu)建這樣的間隔單元，能達(dá)到保護(hù)、監(jiān)控變電站的目的，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)控制的目標(biāo)。

圖4 分層分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4 創(chuàng)新和引進(jìn)新技術(shù)的應(yīng)用

在電力工程中不斷實(shí)踐電力電氣自動(dòng)化技術(shù)的背景下，必然能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新及引進(jìn)新技術(shù)目的。例如目前已經(jīng)應(yīng)用到電力工程中的負(fù)荷動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及其仿真分析技術(shù)，其中已經(jīng)成功在電力工程中實(shí)踐的就是實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)（RTDS）。對(duì)于仿真實(shí)驗(yàn)室來(lái)說，數(shù)據(jù)信息的混合性及實(shí)時(shí)性是其主要特征，在以上2點(diǎn)需求得到充分滿足的情況下，能以真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)信息支撐電力工程其他物理實(shí)驗(yàn)的有效開展，而通過應(yīng)用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，可以給電力控制裝備提供可靠的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并且也能對(duì)新的電力設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。RTDS的硬件組成部分主要包括后臺(tái)工作站及數(shù)層6 U機(jī)箱，而以RISC工作站為后臺(tái)工作站，就能借助以太網(wǎng)與RTDS實(shí)時(shí)仿真機(jī)箱建立良好的通信關(guān)系，對(duì)于每層機(jī)箱來(lái)說，它可以分別與其他層機(jī)箱連接，進(jìn)而確保可以有效組建一種大規(guī)模仿真器。如果在電力自動(dòng)化系統(tǒng)的新型繼電保護(hù)產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用RTDS，就能仿真一次電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置的具體運(yùn)行環(huán)境，而在借助RTDS進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試的情況下，就能為繼電保護(hù)產(chǎn)品的先進(jìn)性、可靠性提供保障，之后將在電力系統(tǒng)中應(yīng)用結(jié)合RTDS的繼電保護(hù)裝置，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供保障。在借助RTDS對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試的過程中，需要配備電壓放大器及電流放大器，進(jìn)而放大RTDS仿真電壓及電流量模擬量輸出的信號(hào)，取代實(shí)際電力系統(tǒng)中的PT、CT二次側(cè)輸出。

4 結(jié)語(yǔ)

在電力工程發(fā)展的過程中，建設(shè)自動(dòng)化電力系統(tǒng)是必要舉措，為了確保電力工程的發(fā)展步伐能夠逐步加快，必須要加強(qiáng)對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，以電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中科學(xué)地應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，并通過充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。