電力綜合自動化系統(tǒng)與變電站繼電保護研究

六安市中醫(yī)院 夏義興

電力綜合自動化系統(tǒng)是在應用計算機網(wǎng)絡技術、通信技術、大數(shù)據(jù)技術的基礎上產生的一種電力應用系統(tǒng)，可促使發(fā)電廠、變電站、輸配電網(wǎng)、用戶等有效連接成為一個整體，促使電力資源生產、運輸、使用等實現(xiàn)全方位對接。該系統(tǒng)可對電力系統(tǒng)的整個運行過程進行集中控制，對其的主要目標是確保電力供應穩(wěn)定、安全、及時、可靠，確保電力資源根據(jù)要求生產后可安全、穩(wěn)定的運送到用戶手中。電力綜合自動化系統(tǒng)主要以控制部件為主，在計算機模塊相互聯(lián)合下，促使計算機硬件終端裝置和軟件控制單元進行結合，以此形成一種多功能系統(tǒng)，且在多功能系統(tǒng)不斷延伸下可自我調適自動化處理程度，促使電力綜合自動化系統(tǒng)功能更加強大。

繼電保護技術是當前一種較為先進的技術，其在電力資源生產、運輸、使用中較為廣泛，在該技術下可確保電力穩(wěn)定運行，有效避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)大范圍停電、意外故障等情況，對此在變電站建設和運行管理中應用該技術可有效保障變電站運行安全。且在智能技術、大數(shù)據(jù)技術發(fā)展下，電力技術也實現(xiàn)了創(chuàng)新發(fā)展，尤其是在變電站中各種新技術也被廣泛應用，對此需要建立電力綜合自動化系統(tǒng)以此強化繼電保護功能。

1 電力綜合自動化系統(tǒng)結構模式和主要功能

1.1 集中式變電站綜合自動化結構

集中式變電站綜合自動化結構。在確定計算機系統(tǒng)后，將其作為中心控制單元，通過增加外圍接口搜集變電站內部信息和數(shù)據(jù)，以此對變電站運行數(shù)據(jù)進行集中處理，并構建單元系統(tǒng)，提高信息處理的效率、可靠性。但在該系統(tǒng)下如果某一中心控制單元發(fā)生故障則會導致信息流失，對此該結構模式只能應用于特定規(guī)模和功率下的變電站。

分布式變電站綜合自動化結構。該結構是多功能計算機系統(tǒng)下集中處理的一種工作模式，通過移動網(wǎng)絡將不同監(jiān)控設備連接在一起，旨在提高意外事故的處理能力，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享、互建。該結構也具備開放性、兼容性特點，易于維護、延展性強，可繼續(xù)進行優(yōu)化改進，是當前變電站的主要運行模式主要應用于低壓變電站中。

1.2 變電站綜合自動化功能

變電站綜合自動化系統(tǒng)主要負責對各運行階段的參數(shù)信息進行采集、動態(tài)分析、問題處理等，具體包括母線電壓線路電壓、功率、電流等數(shù)值的獲取，變電站內部電氣設備的位置、運行狀態(tài)信息采集、脈沖量采集，線路、母線、電容器、變壓器、備用電源保護狀態(tài)的采集，數(shù)據(jù)處理和記錄等。對于以上參數(shù)信息主要是以變電站運行中的各種參數(shù)為主，例如變電站進線和回路的電壓電流、功率因數(shù)、電量統(tǒng)計、負荷統(tǒng)計、報表制作、開關頻數(shù)控制繼電保護裝置性能和時間、斷路器跳閘次數(shù)等。對于以上信息在采集后還需及時存檔，便于后期進行管理。

變電站綜合自動化系統(tǒng)也可實現(xiàn)屏幕閉鎖功能，當計算機在運行時出現(xiàn)問題后，各控制設備會出現(xiàn)故障，此時如啟動人工跳閘控制裝置，計算機屏幕會在恢復后被鎖定，則需通過系統(tǒng)輸入指令才可繼續(xù)工作；人機交互功能。工作人員在系統(tǒng)下可通過計算機屏幕信息把握變電站的工作狀態(tài)，便于第一時間通過屏幕輸入指令信息，及時有效地處理各種突發(fā)事故，如設定控制閉鎖、斷路器開關、變壓器分接位置、設備運行參數(shù)、保護裝置等，并及時將變電站運行數(shù)據(jù)進行存檔，便于后期進行歷史數(shù)據(jù)調取。

1.3 變電站綜合動化下繼電保護問題

繼電設備安全。當前繼電保護設備主要有集中式、分散式兩種安裝方式，集中式是指將繼電保護設備集中安裝在控制室內的保護柜中進行集中控制和管理，分散式是指將繼電保護設備分散安裝在保護柜上，在保護柜上分散設置保護系統(tǒng)。分散式主要將監(jiān)控系統(tǒng)設置在控制室，將各個保護裝置和監(jiān)控系統(tǒng)進行連接以此進行管理，集中式主要通過保護柜各保護單元將保護裝置和監(jiān)控系統(tǒng)進行連接。以上集中式和分散式各有優(yōu)缺點，對此在具體設計時需科學選擇，確保各方式可相互配合，共同為變電站設備安全運行創(chuàng)造良好的環(huán)境。

數(shù)據(jù)采集共享?？紤]到繼電保護設備對電力系統(tǒng)運行的重要性，需在設計時和安裝時加強重視，一般繼電保護設備系統(tǒng)需有獨立操作的數(shù)據(jù)采集單元，避免和其他設備共用一個單元，以此降低電力系統(tǒng)運行故障發(fā)生率。如，在繼電保護管理時，如數(shù)據(jù)采集或共享系統(tǒng)中的某一個設備發(fā)生故障問題，會導致整個電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題，對此需工作人員做好日常檢修、管理、維護工作，對系統(tǒng)設備運行狀態(tài)進行控制和監(jiān)控，以此保障電力系統(tǒng)運行安全[1]。

干擾信號對繼電保護設備的干擾。低壓網(wǎng)絡和高壓網(wǎng)絡變電站技術要求不同，高壓網(wǎng)絡技術要求高并且電壓系統(tǒng)運行環(huán)境惡劣，在各開關裝置處安裝低壓繼電保護設備時會出現(xiàn)干擾信號，對設備保護功能的正常發(fā)揮會產生影響。另外，在低壓配電網(wǎng)絡中，直流電壓、短路電壓波動大也會對繼電保護設備產生負面影響，對此在設計時需要重點考慮該問題。

2 自動化綜合系統(tǒng)下繼電保護優(yōu)點

變電站綜合自動化系統(tǒng)繼電保護是一種微機保護，該系統(tǒng)技術水平高、易于調適、可靠性強、維護方便、自動化程度高：

硬件標準化。保護控制單元機箱主要由若干個插件組成，其電路原理簡單、硬件和插件可隨時調換，可應用在不同的機箱中，且各個控制單元測量精度高，在系統(tǒng)遇到故障時只需調節(jié)保護程序就可及時修復系統(tǒng)[2]。

保護、信號單獨出口。各個保護功能從屬于獨立運行的繼電器，其通過繼電器接點可直接輸出，如保護信號輸出、壓板退出等，各個回路運行收故障影響小且不會影響一般運行路線，工作人員可有效對各功能進行控制，以此確保繼電設備接口的兼容性。且在設計防誤操作系統(tǒng)時，也需考慮硬件損壞導致出口輸出不當?shù)膯栴}，可將微機防誤裝置和監(jiān)控系統(tǒng)進行結合，以此降低閉鎖出現(xiàn)的頻率。也可通過多線系統(tǒng)設計對各個軟件、硬件運行情況進行動態(tài)監(jiān)測，以此避免軟件出現(xiàn)意外情況。另外，也可對操作控制系統(tǒng)設置等級管理，確保該管理只有輸入運行口令后才可進行控制，對此環(huán)節(jié)的等級管理主要是安全密集在發(fā)揮作用，一般工作人員只需要進入指定界面修改密碼后才可恢復屏幕。

科學輸入開關量電壓。早期主要使用24V的電源開關量來啟動微機保護功能，在此過程中會因變電站電壓值增加而出現(xiàn)磁場信號干擾情況，常會出現(xiàn)各種誤報情況，對此需要使用220V的電壓值作為開關量，在優(yōu)化接線方式的同時也可以提高預報的精準性。

事件報警。在電力系統(tǒng)下自動保護動作會記錄下故障情況，通過系統(tǒng)自我診斷功能、計算機監(jiān)控功能、測控保護單位等對故障模塊進行在線診斷并做出報警動作，各保護單元在診斷時如果出現(xiàn)錯誤會自動閉鎖，報警各層級單元也會利用通訊進行互檢。事件報警具體保護開關量變位報警、事故報警、模擬量越限位報警等，當系統(tǒng)發(fā)出警報時，斷電保護信號和自動記錄斷路器會根據(jù)一定的順序進行記錄、分析，具體記錄內容包括事件發(fā)生的位置、時間、狀態(tài)、信號、名稱等。且該電力綜合自動化系統(tǒng)也會自動存儲整個事件的過程，便于工作人員在需要時查看，且各個控制中心、調度中心也可第一時間獲取該信息。

實時提供數(shù)據(jù)。在電力綜合自動化系統(tǒng)下，可根據(jù)具體的供電數(shù)據(jù)來把握電力負荷具體運行情況，且在電力資源生產的過程中可根據(jù)需要輸入信號，便于及時獲取信息數(shù)據(jù)。信號主要包括開關量、模擬量、脈沖量等，可直接通過濾波來分析故障狀態(tài)、事件原因、參數(shù)變化情況等，以此對數(shù)據(jù)庫進行補充和完善，最終及時將變電站運行狀態(tài)技術傳輸給微機監(jiān)控，以此實現(xiàn)實時保護目標。

實現(xiàn)自動化管理。在綜合自動化系統(tǒng)下可降低工作人員的工作量，也可利用最新的變電站技術對內部管理人員進行集中培訓和專業(yè)技術指導，以此確保變電站高效運行。在該系統(tǒng)下工作人員也可根據(jù)具體的運行情況及時對電流、溫度量、功率、電壓、電度量等數(shù)值進行抄表、累計、統(tǒng)計等，并根據(jù)具體的數(shù)值分析設備的運行安全性、合格率、負荷率、特征等。

其他優(yōu)點。電力綜合自動化系統(tǒng)變電站繼電保護可通過電壓無功控制模塊提高功率因數(shù)，控制電壓損耗，并通過鋪設光纖電纜保證電能傳輸質量，抑制電磁干擾，以此確保供電穩(wěn)定、可靠；其次，自動化系統(tǒng)也可對變電站內部的設備、線路、開關、閘口、軟硬件等進行實時監(jiān)控、測量、記錄等，便于在故障時工作人員可第一時間通過屏幕顯示信息獲取故障發(fā)生的位置、時間、程度等，以此針對性的進行控制，最終確保供電的穩(wěn)定可靠；可通過集成電路促使電力設備體積更小、功能更強、優(yōu)勢更加凸出，且其強大的功能也可多次進行二次設備設置，以此降低布置效率，提高設計精準度，降低投資成本。

3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計及發(fā)展趨勢

設計原則：實用性。變電站綜合自動化系統(tǒng)需根據(jù)具體供電情況進行設計，避免隨意性，以此確保電力資源的有限應用，對于系統(tǒng)界面也需要確保操作簡單、精準，便于工作人員精準把握；可靠性原則。自動化系統(tǒng)屬于實時控制系統(tǒng)，其具體包括各種監(jiān)控、運行、管理模塊，自動化裝置，通信控制平臺硬件設備，還有各種操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、控制系統(tǒng)等，其主要目的是確保系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行；配置和網(wǎng)格結構。對于自動化系統(tǒng)的配置主要包括主變壓器、隔離變壓器、發(fā)電機等設備配置，還包括各種母線、聯(lián)絡線、電動機等設備的配置[3]。

總線設計：自動化系統(tǒng)現(xiàn)場總線設計。不管是在各設備進行通信時，還是系統(tǒng)與設備通訊時都依賴于總線，當前常見的總線主要有Modbus總線、Profibus總線、CAN總線、DNP總線幾種，本文主要使用的是PROFIBUS-DP總線系統(tǒng)；自動化系統(tǒng)硬件設備設計。自動化系統(tǒng)功能多，例如數(shù)據(jù)備份管理、監(jiān)測、繼電保護等，這些功能的實現(xiàn)和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著直接的關系，對此在具體選擇硬件設備時，需綜合考慮設備的性能參數(shù)、運行狀態(tài)等。如以上總線系統(tǒng)結構的輸入和輸出控制單元、綜合保護控制裝置、變壓器繼電保護裝置等；自動化系統(tǒng)軟件平臺設備，自動互系統(tǒng)軟件設計對系統(tǒng)運行也有著直接的應用，當前常用的軟件是監(jiān)控組態(tài)軟件，該軟件可根據(jù)具體需求自動生成需要的控制系統(tǒng)。

變電站在電力系統(tǒng)運行中發(fā)揮著重要的作用，當前電力行業(yè)、政府部門等都在變電站建設中、運行中廣泛運用變電站綜合自動化系統(tǒng)，通過預見性、可視化、多功能性、集成化等特點有效處理各種電力信息數(shù)據(jù)，并在科學技術的輔助下可對變電站運行數(shù)據(jù)進行自動搜集、存儲、處理等。在該系統(tǒng)下也可利用自動化裝置對各種設備、軟件和硬件等進行整合，促使變電站向著自動化控制、運行方向發(fā)展，最終在提高數(shù)據(jù)處理效率、管理效果的基礎上，降低變電站人力成本。未來變電站也可降低二次電纜使用量、降低電力能耗，且在電力自動化綜合系統(tǒng)的應用研究中也可提高變電站設備的建設標準、運行標準，進一步推動電氣工程的現(xiàn)代化發(fā)展。

4 結語

總之，自動化技術和智能技術已廣泛應用到變電站建設中、運行中、電氣工程發(fā)展中。如，變電站綜合自動化系統(tǒng)可強化變電站保護功能，提高信息搜集效率、故障處理效率、降低成本，促使變電站運行更加安全、可靠，促使電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定、高效，也可實現(xiàn)電網(wǎng)調度的自動化、管理現(xiàn)代化，對此變電站工作人員需在電氣工程和電子技術不斷發(fā)展下，采用該系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的保護系統(tǒng)，以此實現(xiàn)電力系統(tǒng)的系統(tǒng)化、專業(yè)化，最終為電網(wǎng)穩(wěn)定運行創(chuàng)造良好的軟硬件條件。