110 kV變電站電氣自動化技術及應用研究

劉承剛，王 偉

（山東萊克工程設計有限公司，山東 東營 257000）

電氣自動化技術能夠推進變電站功能的智能化、自動化發(fā)展，實現(xiàn)電網(wǎng)電力、信息、業(yè)務等項目匯集管理，同時也是國家智能電網(wǎng)建設的重要內容和現(xiàn)代化變電技術發(fā)展的方向。110 kV變電站是我國電網(wǎng)工程建設的重要內容，要想發(fā)揮110 kV變電站的基礎功能，技術人員應融合使用信息技術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)技術等現(xiàn)代化技術以及電氣自動化技術，實現(xiàn)資源化共享，幫助工作人員實現(xiàn)相關信息的采集測量以及現(xiàn)場保護監(jiān)控等功能，時刻掌控電網(wǎng)運行動態(tài)并進行在線分析，幫助工作人員優(yōu)化電力資源調配，提高電力資源利用率。因此，技術人員應深入研究電氣自動化技術以及智能變電站技術，擴大技術應用的范圍，開發(fā)全新的系統(tǒng)功能，保障電力運輸?shù)陌踩浴⒎€(wěn)定性與快速性。

1 變電站電氣自動化技術應用的意義

1.1 促進科研仿真技術發(fā)展

電氣自動化技術體現(xiàn)出自動化、智能化等基本特征，其在110 kV變電站中的有效應用不僅能夠提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，提高數(shù)據(jù)處理的效率，同時還能夠促進科研仿真技術的發(fā)展。根據(jù)當前電氣自動化技術的應用效能來看，110 kV變電站需要夠收集和提供完善的變電站運行數(shù)據(jù)，技術人員要以數(shù)據(jù)參數(shù)為基礎，使用仿真技術構建變電站設備運行模型，以動態(tài)展示的形式模擬和判斷變電站各設備的性能、運行狀態(tài)、使用壽命、運行安全等情況。如果實際運行情況與優(yōu)化設置不相符，就需要技術人員對其進行調控，保障電力設備能夠在短時間內實現(xiàn)轉配，提高電力資源以及設備的利用率，保障當?shù)爻掷m(xù)性的電力供給。

1.2 推進電力服務智能化發(fā)展

隨著技術人員的不斷研究，我國在智能變電站發(fā)展以及運行方面已經(jīng)取得了技術性的突破，同時還顯示出較為廣闊的發(fā)展前景。首先是智能變電站具有超強的抗干擾能力，能夠對外界的不良影響進行防御，技術人員在進行智能電網(wǎng)建設時還會增加一些傳感設施，這樣就能夠實現(xiàn)對電網(wǎng)情況的持續(xù)觀察，一旦變電站系統(tǒng)受到了影響或者干擾就會自動報警，操作人員通過及時的調配，將干擾的影響降至最低。其次，智能電網(wǎng)能夠實現(xiàn)實時在線，同時還具備連續(xù)安全評估與分析的能力，如果變電站出現(xiàn)了故障，智能系統(tǒng)還能夠自動對故障進行定位與診斷，在技術允許的范圍內還能夠完成故障的診斷與隔離，進而促進電力系統(tǒng)的自動恢復。最后，與普通電網(wǎng)相比，智能變電站還具有較強的兼容性，不僅能夠適用于可再生能源的合理介入，同時還能夠適應分布式電源以及微電網(wǎng)的接入，這樣就能夠促進用戶之間的溝通與交流，進而滿足用電者的實際需求，提高供電服務的質量。

2 110 kV變電站電氣自動化的特征

2.1 通信標準化

與傳統(tǒng)變電站運行管理情況相比，電氣自動化技術的應用提出了變電站通信系統(tǒng)行業(yè)標準，進一步規(guī)范了通信以及運行管理的操作流程，提出了規(guī)范化行業(yè)要求。當前使用的標準化通信規(guī)范為IEC61850標準，該標準針對自動化變電站系統(tǒng)的國際化通信進行了詳細解釋，同時為變電站的建設與對接提供了靈活的大環(huán)境，給予技術人員充分的選擇自由，實現(xiàn)不同電力設備之間的有效連接，共同構建數(shù)據(jù)共享化的變電站系統(tǒng)，為變電站運行管控以及電力設備維護保養(yǎng)打下了基礎。

2.2 狀態(tài)可視化

電氣自動化技術在110kV變電站中的應用能夠促進變電站的智能化發(fā)展，技術人員可以通過各種傳感器以及監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對電力系統(tǒng)所有電力設備的有效管控，隨時采集相關運行數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)代化通信技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與共享，利用大數(shù)據(jù)技術分析數(shù)據(jù)特征，從中獲取關鍵性信息用于判斷電力設備的實際運行狀態(tài)，分析和定位電力系統(tǒng)故障問題，為電力設備維修與保養(yǎng)提供信息支持。與傳統(tǒng)檢修模式相比，電氣自動化技術的應用能夠形象地展示電力設備的運行故障情況，體現(xiàn)出可視性的基本特征，減少了故障檢修與停電排查的工作量，保障了電力供給的穩(wěn)定性，降低了設備檢修處理的成本。

2.3 功能一體化

110 kV變電站體現(xiàn)出集中化的系統(tǒng)功能。在電氣自動化技術的支持下，110 kV變電站能夠掌握實時運行數(shù)據(jù)，根據(jù)需求搜集全景數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動化管控。比如，管理系統(tǒng)能夠獲取電力設備的實時運行數(shù)據(jù)并判斷其運行狀態(tài)，再加上通信技術與設備保護措施的設置，系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對電力設備的自動化保護，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。其次，電氣自動化還促進了電力設備功能的更新，落實了設備功能集成化發(fā)展。功能集成化提升了電力設備的性能，優(yōu)化了系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的方式，同時還簡化設備的采樣以及接口模塊，在簡單有限的設備中發(fā)揮了更加強大和集中的數(shù)據(jù)處理與通信功能。比如，110 kV變電站當前使用的一體化保護裝置就能夠實現(xiàn)對電力系統(tǒng)電能量的計算以及故障數(shù)據(jù)的集中處理，體現(xiàn)出功能集中化的特征。從變電站電源結構設計來看，傳統(tǒng)的變電站電源大多為分散結構，不同電源的子系統(tǒng)之間是相互獨立的關系，這同時也會增加通信電力設備的維護維修工作難度。但電氣自動化技術在110 kV變電站中的應用就能夠解決以上問題，構建一體化電源系統(tǒng)，提升日常工作效率。

3 110 kV變電站電氣自動化系統(tǒng)設計

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)設計

110 kV變電站的監(jiān)控系統(tǒng)將對所有電力設備實現(xiàn)動態(tài)檢測與有效管控，利用電氣自動化技術以及通信自動化技術等實現(xiàn)對電力設備運行數(shù)據(jù)的收集以及對其運行狀態(tài)的分析，幫助技術人員了解電力設備的運行情況，將監(jiān)控設備數(shù)據(jù)上傳之后實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，方便各終端管理人員實施變電站的調控以及維修工作。要想發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)的以上功能，技術人員在設計系統(tǒng)時應為其配置簡單易操作的終端系統(tǒng)，利用通信技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速處理與共享，加強不同終端之間的信息互動，保障信息收集以及傳輸?shù)膶崟r性，提升整個監(jiān)控系統(tǒng)的操作安全性。

3.2 二次設備布置

二次設備同樣是110 kV變電站自動化設計中的重要內容，通常情況下可以采取分層布置的方式進行，將其分為變電站層和間隔層。其中的變電站層包括上位機和下位機兩種電力設備，一般放置于變電站主控室內。而間隔層的工作內容則是負責控制變電站不同間隔層的開關，因此間隔層一般采取設備單元獨立設置的方式，通過現(xiàn)代化通信技術實現(xiàn)設備之間的連接與互通。當前智能變電站的分層分布式結構包括分散式和集中組屏兩種，首先是分散式結構，該結構將系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的采集、控制單元以及保護單元等都安裝在開關柜或者其他設備中，不同電力設備之間通過電纜進行連接，最終實現(xiàn)整體系統(tǒng)功能。這樣的設備布置方式能夠節(jié)省電纜材料，同時保障信息傳輸?shù)挠行?，避免了電磁干擾，降低了變電站建設對于面積的要求。而集中組屏方式則是將系統(tǒng)的控制單元以及保護單元全部安裝于控制室內。這樣的分布安裝設計能夠發(fā)揮出較好的設備保護效果，方便后期開展設備維護工作，但是對于電纜的需求量有所增加。

4 110 kV變電站電氣自動化技術應用

4.1 數(shù)據(jù)采集與報警演示

110 kV變電站中電氣自動化技術的應用能夠實現(xiàn)對測控裝置回流數(shù)據(jù)以及直流屏數(shù)據(jù)的實時采集，擴充系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，更全面地分析和掌握電力設備的運行狀態(tài)。除了110 kV線路中的電流量、電壓量等常規(guī)性數(shù)據(jù)之外，系統(tǒng)還能夠實現(xiàn)對設備無功功率等數(shù)據(jù)的采集，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理與分析，最終用于判斷電力設備以及系統(tǒng)的綜合運行狀態(tài)。在智能化變電站系統(tǒng)的管理下，一旦變電站回路中出現(xiàn)故障或者異常情況，監(jiān)控系統(tǒng)就會觸發(fā)警告，并在終端控制畫面中彈出故障界面，直接定位和現(xiàn)實回路故障的具體位置，分析可能導致該故障的原因。為了展示不同的報警情況，系統(tǒng)將會利用不同的顏色區(qū)分故障報警情況，給予技術人員直觀的、可視化的故障信息展示。當技術人員完成故障處理并確認系統(tǒng)能夠正常運行之后，系統(tǒng)警告才會解除。另外，電力系統(tǒng)的故障報警顏色與聲音都可以根據(jù)技術人員需求進行調整，且能夠滿足獨立使用要求也能夠滿足同時使用的要求。

4.2 繼電保護技術

要想發(fā)揮變電站的正常供電功能，技術人員還應優(yōu)化系統(tǒng)的繼電保護裝置。當110 kV變電站處于正常運行狀態(tài)的時候，系統(tǒng)內部的保護裝置也處于額定工況中，此時的繼電保護系統(tǒng)將持續(xù)監(jiān)控電力設備的運行狀態(tài)，保障其正常運轉。一旦電力設備或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障或異常，繼電保護裝置就應當發(fā)揮作用，避免電力故障擴大化造成嚴重的影響。具體來說，此時的繼電保護裝置將會切斷故障設備以保護其他電力設備與線路，保障整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，繼電保護設備在感應到供電異常情況時還會及時發(fā)出警告，通過通信終端通知技術人員及時維護與修理，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4.3 數(shù)字通信同步技術

電子式互感器也是構建智能變電站的關鍵電子元件，其有效應用能夠實現(xiàn)對變電站的數(shù)字化保護。在智能變電站的實際運行中，一旦出現(xiàn)合并單元失步、時鐘同步源丟失等情況的時候，就會進一步導致通信失步以及變電站保護誤動作等情況，影響整個變電站系統(tǒng)的正常運行。電子互感器就是在變電站中負責分發(fā)與收集運行信息的單位元件，其在日常運行過程中容易受到電路轉換、報文處理延時等問題的影響，導致自身精度不足，影響系統(tǒng)通信?，F(xiàn)代化智能變電站技術的發(fā)展與應用能夠利用時鐘同步裝置提高各設備通信精度，利用冗余技術消除時鐘切換過程中存在的抖動現(xiàn)象，進而實現(xiàn)數(shù)字通信同步，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。

4.4 遠程控制技術

電氣自動化技術的應用能夠實現(xiàn)電力系統(tǒng)對所有電力設備的遠程控制，包括對現(xiàn)場開關柜的控制、對系統(tǒng)斷路器的控制、對補償電容器的控制以及對保護操作的控制等。遠程控制技術的開發(fā)與應用能夠改善一線技術人員的工作條件，保障其工作安全性。技術人員只需要通過操作終端的畫面調控就能夠實現(xiàn)對現(xiàn)場各電力設備的控制，智能化電力系統(tǒng)本身具有自動校正功能，不僅能夠判斷電力設備的實際運行情況，同時還能夠進一步復核與糾正技術人員的遙控指令，保障遠程操作的有效性與可靠性。另外，電力系統(tǒng)還將對遙控條件以及遙控環(huán)境進行檢查，只有符合安全條件的指令能夠得到系統(tǒng)響應。技術人員可在終端輸入操作指令，并根據(jù)界面引導選擇確定或者取消等操作，之后再輸入控制人員對應的權限指令與操作代碼，經(jīng)過系統(tǒng)復核通過之后就可以根據(jù)界面顯示的“合閘”“分閘”等功能性指令進行相關操作，實現(xiàn)遠程操控。

4.5 事故追憶功能

基于電氣自動化技術的110 kV變電站控制系統(tǒng)還具有事故記錄與追憶的功能，能夠對電力設備的模擬量與狀態(tài)量進行實時采集。系統(tǒng)將統(tǒng)一時鐘，并以毫秒為時間單位記錄電力設備運行數(shù)據(jù)，重點記錄系統(tǒng)斷路器和保護動作信號，通過系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸或者打印，協(xié)助技術人員分析故障事件。電力系統(tǒng)能夠一次性展示事故前后14個工作周期的相關數(shù)據(jù)，為技術人員提供依據(jù)。另外，智能化系統(tǒng)還能夠通過仿真與建模等技術實現(xiàn)對事故運行狀態(tài)的重現(xiàn)，為技術人員展示事故發(fā)生的全過程，協(xié)助其解決故障問題，預防事故的再次發(fā)生。

4.6 系統(tǒng)安全管理

110 kV變電站在運用電氣自動化技術的同時還應注重系統(tǒng)的安全管理功能，能夠根據(jù)操作權限限制不同用戶的登錄行為與操作控制功能，以防出現(xiàn)超權限操作的問題。技術人員可以為電力系統(tǒng)設置相關口令限制用戶登錄情況，只有用戶輸入對應口令時才能夠進入電力系統(tǒng)操作界面，進而保障系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。針對不同類型的操作員應設計不同的口令和權限，并由系統(tǒng)管理人員登錄后臺進行用戶權限的設置與調整。

5 結束語

綜上所述，電氣自動化技術在110 kV變電站的廣泛應用能夠改善傳統(tǒng)變電站的監(jiān)控、通信等問題，促進變電站系統(tǒng)的發(fā)展。對此，技術人員應該不斷完善和推進電氣自動化技術的創(chuàng)新發(fā)展，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行，進而為人們提供高質量的供電服務，促進我國電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。