變電站電氣自動化與電力安全運行分析

張旭東

（內(nèi)蒙古電力勘測設計院有限責任公司，呼和浩特 010020）

1 引言

變電站是電力系統(tǒng)負責控制電力流向，接收并分配電能的設備的總稱，可利用變壓器對各級電網(wǎng)進行聯(lián)系。電氣自動化可以理解為以信息技術為基礎，對變電站的運行情況進行監(jiān)控。而電力安全運行所強調(diào)的重點是以安全管理需要達成的目標為前提，通過對安全監(jiān)管體系加以完善，為電網(wǎng)系統(tǒng)打造可長期、穩(wěn)定運行的環(huán)境，為人們提供學習、工作以及日常生活所需電能。

2 電氣自動化和電力安全運行的意義

在很長一段時間內(nèi)，變電站均處于自動化水平偏低的狀態(tài)，這一問題給其運行質效所造成的影響較為深遠，無論是對客戶還是對電力單位而言，變電站實現(xiàn)電力安全運行以及電氣自動化均具有重要意義，可使管理變電站的水平得到顯著提高。近幾年，國內(nèi)電網(wǎng)規(guī)模較之前有所擴大，隨著覆蓋范圍的增加，社會各界對變電站所提出的要求自然變得更加嚴格，變電站的日常工作難度和強度均不可同日而語，電力安全運行以及電氣自動化，可通過提升管理水平的方式，使電網(wǎng)工作所取得效果達到預期，隨著管理變電站的任務完成，后續(xù)的優(yōu)化電力系統(tǒng)等工作也具備了有序開展的先決條件[1]。另外，變電站電氣自動化與電力安全運行可以使人們學習、工作和日常生活所需電能得到有力保障。作為清潔能源的代表，電能對改善人們生活質量、加快社會發(fā)展具有重大作用，隨著電氣設備類型及數(shù)量的增多，人們的生活變得更加便利，但是，要使電氣設備發(fā)揮出應有的作用，應不斷提高電氣自動化水平并為電力運行的安全性提供保證。

3 基于建筑變電站的電氣自動化分析

基于自動化運行建立的變電站調(diào)度機房嵌入管控系統(tǒng)的拓撲結構如圖1 所示。該系統(tǒng)內(nèi)部結構可被劃分成3 層：站控層、間斷層和網(wǎng)絡層。站控層的作用是以信息技術為依托，對電氣設備進行控制；間斷層負責傳遞指令并分析故障；網(wǎng)絡層的任務主要是傳輸相關數(shù)據(jù)。

圖1 變電站調(diào)度機房嵌入管控系統(tǒng)拓撲結構

3.1 通用平臺

該系統(tǒng)的通用平臺強調(diào)將分布性、開放性和擴展性良好的客戶機-服務器系統(tǒng)（Client/Server）作為核心，通過實時處理海量數(shù)據(jù)的方式，確保網(wǎng)元管理系統(tǒng)及能量管理系統(tǒng)所提出要求得到滿足。

平臺網(wǎng)絡模型規(guī)定任一客戶機均有服務程序對應，由服務程序負責對服務器信息進行獲取，根據(jù)相關信息對鏈路進行建立?？蛻魴C所安裝應用的連接對象為本地服務程序，如圖2 所示[2]。

圖2 通用平臺網(wǎng)絡模型

結合圖2 所傳遞信息可知，服務器與任一客戶機間的數(shù)據(jù)鏈路僅有1 條，本地應用服務器端為本地網(wǎng)絡程序，而系統(tǒng)客戶端同樣為本地網(wǎng)絡程序。兩級結構模式的特點主要體現(xiàn)在以下方面：（1）減少了網(wǎng)絡鏈路數(shù)量，使管理網(wǎng)絡的難度有所降低；（2）除特殊情況，客戶應用均不關聯(lián)系統(tǒng)服務器，可使應用數(shù)據(jù)更加透明；（3）本地程序以實際需求為依據(jù)，對鏈路進行增刪，通過對網(wǎng)絡效率進行提高的方式，使網(wǎng)絡負擔得到減輕；（4）不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈路的無縫切換，還保證了切換過程透明。

3.2 分布式管理

3.2.1 通信管理

基于主站系統(tǒng)運行節(jié)點，其工作方式可被概括如下：（1）在客戶端與服務器之間建立數(shù)據(jù)鏈路，為通信實時性提供保證；（2）以標準協(xié)議為依據(jù)，在客戶端與服務器之間進行數(shù)據(jù)共享；（3）將客戶端提出的服務請求上傳至相應服務器；（4）由服務器以客戶端提出的請求為依據(jù)，定期對數(shù)據(jù)進行更新。

3.2.2 數(shù)據(jù)追趕

數(shù)據(jù)追趕指的是以歷史數(shù)據(jù)庫因故停止運行為前提，在一定時間內(nèi)，實時系統(tǒng)仍可正常運行，待相關服務器故障解除、恢復正常運行后，對停機期間所產(chǎn)生數(shù)據(jù)加以恢復的功能。對該功能加以應用，可使系統(tǒng)更加可靠且穩(wěn)定。

3.2.3 軟總線訪問

系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫所提供服務為依據(jù)，對訪問請求進行處理，使其成為形式固定的邏輯客戶。而符合通用平臺特點的管理機制通常設有3 類接口（見圖3），這樣設計的目的主要是確保邏輯客戶可對軟總線進行有效訪問[3]。

圖3 軟總線訪問模式

4 如何保證變電站電力得到安全運行

要使電力系統(tǒng)運行安全，關鍵是以變電站需求及現(xiàn)行管控標準為依據(jù)，對原有方案進行升級，以數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)為基礎，由監(jiān)控系統(tǒng)為計算機提供全方位的保護，保證變電站運行方案的安全性。

4.1 將電氣自動化與計算機技術相結合

4.1.1 自動巡查

電氣運行所采用的巡查方式為機器人巡查，強調(diào)以自動處理系統(tǒng)為依托，使自動檢測得到有效控制。以安全運行相關規(guī)范為依據(jù)，對巡檢機制進行完善，保證每次巡檢時，機器人均可對數(shù)據(jù)進行及時檢查與全面復審，通過定期排查變電站線路、設備元件的方式，確保潛在故障可被盡快解決，使電力系統(tǒng)的安全性得到維護。

4.1.2 信號處理

將自動處理機制與電氣系統(tǒng)相結合，可使設備狀態(tài)等信息被及時上傳至計算機，不僅系統(tǒng)操作更加規(guī)范，電力運行也會更加安全。由此可見，只有確保各項工作的開展均與標準規(guī)范相符，才能盡量避免出現(xiàn)安全隱患。

4.1.3 信息回傳

電氣自動控制系統(tǒng)可憑借自動處理功能對信息數(shù)據(jù)進行及時且有效的回傳，確保故障信息均有對應的處理指令，使計算機所具有的保護功能得到充分發(fā)揮，為變電站的安全、穩(wěn)定運行提供支持。在此基礎上，結合安全抽檢結果對潛在問題進行糾正，通過提高管控水平保證管控效果。這也表明相關技術可被用來對計算機的日常運行加以約束，例如，對運行模式進行糾正，及時發(fā)現(xiàn)并解決自動巡查相關模塊存在的故障。

4.2 將電氣自動化與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)結合

為確保電力系統(tǒng)安全運行，應以自動控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集、處理模塊提出的要求為依據(jù)，通過電氣自動化及時收集模擬信號與數(shù)字信號，為脈沖狀態(tài)的判斷提供參考。例如，對斷路器所處狀態(tài)、故障警告和故障跳閘情況進行分析，確保隔離開關始終處于可控狀態(tài)，為變電站的長期、穩(wěn)定運行提供保證。

4.3 將電氣自動化與技術升級結合

對變電站所用技術進行管控時，相關部門應將重心放在技術管理要點上，這是因為只有保證運行管控平臺更加完善，才能減少安全隱患，確保電力系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定[4]。

此外，以下內(nèi)容也應引起重視：（1）將操作人員納入管理計劃，保證操作人員能夠以技術規(guī)范為依據(jù)，對各項工作進行貫徹落實，以發(fā)揮技術優(yōu)勢為前提，將技術使用不合理造成的負面影響降至最低；（2）根據(jù)技術人員的需求，定期組織專業(yè)培訓活動，保證工作人員的技術水平可達到安全管理的要求；（3）定期檢查各項技術的落實情況，將技術管理工作交由監(jiān)督部門負責，通過定期模擬并開展演練的方式，使技術管理質量得到提高；（4）對消防設備進行完善，通過建立切實可行的管控機制為安全管理相關工作的有序開展助力。

4.4 安全數(shù)據(jù)信息的獲取

為確保電氣自動化以及電力設備的安全、穩(wěn)定運行，需要校驗電氣設備的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性，獲取具體的短路基準電流值和阻抗值。

通常情況下需按照三相短路計算，短路計算點選擇通過導體和電氣設備短路電流最大的點。根據(jù)上述原則，選取220 kV 母線、110 kV 母線、10 kV 母線，計算點定義為1、2、3。取基準容量Sj=100 MV·A，基準電壓Uj一般為各級平均電壓Up，即Uj=Up=1.05UN，UN為電壓有效值，又被稱為標稱電壓。3 個計算點的基準電壓結果為：

根據(jù)母線短路時基準電流Ij=Sj/（Uj），可得到3 個計算點所在母線的短路時基準電流為：Ij1=0.25 kA；Ij2=0.5 kA；Ij3=5.5 kA。

基準阻抗：X′=UkSj/(100×SNT)式中，Uk為阻抗電壓；SNT 為阻抗標幺值所對應基準值。

220 kV 母線實用阻抗：XΣ(220)=0.16/1.1=0.15 Ω

110 kV 母線實用阻抗：XΣ(110)=(0.16+0.006)/1.1=0.15 Ω

10 kV 目前實用阻抗：XΣ(10)=(0.16+0.006+0.09)/1.1=0.23 Ω

通過上述計算公式對電氣設備運行中的數(shù)據(jù)參數(shù)進行獲取是確保安全運行的基礎，能夠為電氣自動化升級方案提供數(shù)據(jù)支持。在電氣自動化控制中，相關人員應關注電路基準點電壓、電流最大有效值、短路電流沖擊值，短路容量等數(shù)據(jù)，并將其納入計算機平臺，以此獲得相對完善的參考值，為決策制定提供參考，為電氣自動化與安全運行奠基。

5 結語

電力系統(tǒng)的安全運行是變電站的職責，并且在加快電力改革速度方面發(fā)揮著重要作用。通過上文的分析可知，電力系統(tǒng)的安全運行及其自動化與人們的日常生活存在密切聯(lián)系，相關單位應視具體情況制訂針對性的運行和管理方案，通過提升管理水平的方式為電力系統(tǒng)提供安全可靠的運行環(huán)境。以電力行業(yè)的實際情況為依據(jù)構建自動控制系統(tǒng)，對工作人員的素質與能力進行提高，及時發(fā)現(xiàn)并排除潛在危險，使電能供應能夠滿足人們的需求。