数字化变电站站用电应用技术的创新方案研究

姚少伟，张晓泓，刘 通

（四川崇州供电有限责任公司，四川 崇州611200）

随着自动化在电力领域的不断应用，很多的数字化变电站站用电都进行了一定的引用计数创新，希望借此来推动整个变电站站用电的数字化管理。数字化变电站相较于传统变电站而言，在站用电应用技术上具有高效、智能、网络化等优点，继而在整个变电站站用电的改进和优化上起到了至关重要的作用。对数字化变电站站用电应用技术进行深入的研究和创新对推进整个变电站的数字化管理有着积极的意义，因此电力部门应该采取有效的措施来实现变电站站用电应用技术的数字化创新，完善整个电力行业的管理工作。

1 数字化变电站特点

1.1 一次设备的智能化

数字化变电站利用电子式互感器替换了传统变电站的电磁式互感器，利用光纤以太网向外部提供数字式的接口，同时结合智能开关、变压器等一系列的一次设备。这些设备能够向外部进行各种数字通信管理，及时将变电站的动态信息或者静态架构以数据的形式传输到外部，便于管理人员对整个变电站的运行状态进行掌握和分析。另外，在这些一次设备上进行智能终端信号实时状态和信息的检测和转化，将有关的信息能够及时地传输到二次设备或者外部数据中心来，从而整体达到智能化的要求。一次设备和二次设备之间能够以光纤传输信息的形式对整个变电站的信息进行采集和交换，进而达到控制命令和分析处理数据的作用，最终实现变电站的数字化。

1.2 二次设备的网络化

二次设备的网络化也是基于整个光纤以太网实现的。数字化变电站的二次设备不仅具有传统变电站的数字式特点，还拥有了整体对外的光纤网络接口，不同于传统的电缆传输信息的模式。这种信息传输和交换形式就是变电站实现数字化管理的一个重要标志。传统的变电站以电缆为媒介进行信息的传输和命令的传达，这样使得变电站的装置繁杂，对整个变电站管理起到了一定的限制作用。数字化变电站将这种装置的繁杂转变为信息的集中和繁多，降低了整个变电站的二次设备成本，同时提高了整个变电站管理的科学性和可靠性。二次设备利用通信网络通过光纤以太网，将开关量、模拟量以及各种控制命令信息等进行网络化，提升了整体的信息处理速率和管理效率，符合变电站数字化的要求。

1.3 管理运行系统的自动化

自动化管理已经成为了变电站数字化发展的重要应用技术。数字化变电站通过引入自动化技术，将变电站管理上的各种数据信息和管理状态及时进行回馈，然后通过相应的可视化技术、对象数据库技术以及异构平台技术等加以整合和控制，实现了整个变电站管理运行的自动化。目前，很多数字化变电站已经具备了很高的自动化基础，通过站内设备之间的彼此信息交换、数据模拟等在网络技术的应用下，实现相关信号的传输以及信息共享程序，将整个变电站的数字化管理推向了自动化的方向，并且最终进行实施。数字化变电站能够形成相应的故障自动分析系统、设备运行状态的监管系统以及维护控制系统等，这些系统的形成和相应技术的应用使得整个变电站的管理工作量大大地减少，进而提高了整个变电站管理的自动化水平。随着管理运行系统的自动化，数字化变电站的发展前景更加的广阔。

2 传统变电站站用电应用技术存在的问题

2.1 断相运行的问题

传统变电站的站用变低、高压侧通常都是采用的单相熔断器，这样让整个变电站在运作过程中很容易出现断相运行的问题。对站用变低压侧而言，使用的一般是Yyn12接线，三相四线制的中性线界面依照相线截面积的一半进行选择，但是由于中性线的截面积小，当整个变电站在运行过程中，中性线会出现因为负荷过大而发热的情况，继而引发断相运行问题。对站用变高压侧而言，在变压器的隔离作用影响下，高压侧出现断相时，整个变压器将从正常运行时的三相供电变为单相供电，高压侧断线的情况对整个变电站具有更大的危害。对已经运作的电动机，出现高压侧断线时，整个回路中的电流增大，电压出现降低，导致电动机的转速减小，长时间的运行将烧毁相关的用电设备。

2.2 满足无人值班需求的问题

由于传统变电站没有引进相应的自动化、数字化技术，使得在整个变电站站用电的管理过程中无法满足无人值班的要求。在各个基层变电设施中无人值班变电站的分布十分广泛，为了保障整个变电站在无人值班时的自动化，站用电的电源转换十分重要。传统的变电站在处理这类问题时，通常采用三种方案：利用双头刀闸对站用电的低压用电进行人为切换、利用单相熔断器对变电设备进行保护、利用空气断路器。这三种方案都存在着一些不足之处，不能够很好地进行远程操作、获得整个变电站运行的保护信息以及无法有效对低压并列以及反串电进行防止。同时，在整个变电站自动化技术的运用上，不能够实现整体信息的共享，不利于正常的管理。

2.3 相位差的问题

变电站中的站用电回路是交流电，交流电的相位差主要是指频率相等的两个正弦电流之间的相位差，主要反映了两个电流在时间上的关系。传统变电站的站用电存在一定的相位差问题，通常两台站用变分别接在10 kV和35 kV的母线上面，由于这两条母线在变电站工作的时候存在一定的相位差，这样对整个变电站在运行低压系统时产生了两条母线双路供电不能进行并列的影响。在这种情况下，整个变电站的低压系统无法做到每一个地方都设置相应的机械联锁，进而无法杜绝并列的情况，对整个变电站的运行造成了一定的影响。

2.4 接线组别的问题

传统变电站都是应用的Yyn12接线组的三相变压器，主要是容量较小的油浸变压器，但是这种变压器在实际工作中存在一些特定的缺陷，对变电站站用电系统而言不适宜采用。传统变电站的站用电系统在接线组别上主要存在以下三个缺点：一是变压器的零序阻抗较大，对整个回路中的短路电流进行了限制，导致整个站用变的高压侧防护对低压侧存在的单相短路情况几乎没有灵敏度，整体的保护工序很难进行配合；二是变压器对整个站用电系统中通过励磁电流进行正弦波磁通和一些负载的电子元件工作时产生的谐波无法取到很好的抑制效果，这样就对整个变电站站用电系统的损害和阻碍作用加剧；三是变压器具有的载负荷能力较弱，当三相负载运行时因为不平衡而产生整个电压电网中性点存在一定的位移，三相供电电压就会出现较为严重的畸变情况。

3 创新数字化变电站站用电应用技术的具体方案

3.1 四级空气断路器的运用

针对传统变电站存在断相运行的问题，数字化变电站站用电系统将原有的单相熔断器取消，安装四级空气断路器，从而为整个变电系统提供保护作用。目前，在数字化变电站站用电系统中应用较为广泛的就是YSA2四级智能式空气断路器，这种空气断路器能够在变电站站用电系统出现异常情况时，对整个系统进行实时的保护。例如，当变电站站用电系统中出现电流过大，电压过低导致电机无法正常运转等情况时，四级空气断路器能够进行瞬时过电流保护，同时将调控整个电机的运转状态，从而避免出现上述情况时对整个站用电系统的损害。四级空气开关的运用同时还能够及时提供负载过多、短路和断路等信息，便于整个变电站站用电的管理。

3.2 设置站用变高压侧开断电器

在数字化变电站站用电系统的技术应用中，设置站用变高压侧开断电器能够实施很好的保护工作。在10 kV母线的变压状态中，利用负荷开关熔断器组的保护能够有效地对高压侧的断相云梯进行规避，但是这种熔断器的应用无法对低压侧进行保护，这样也会给整个数字化变电站站用电系统的正常运行造成不利的影响。设置站用变高压侧开断器则能很好地对这一情况进行处理，在变压过程中当高压侧出现断相异常的情况时，开断器就能够对此作出回应，对整个低压侧进行实时保护，这样就能够很好地保障高压侧和低压侧之间的配合运行。

3.3 实行智能化的管理模式

数字化变电站站用电应该利用网络技术等前沿技术实行智能化的管理。通常是为一片区域内的变电站设置一个主机，让这些数字化边站站用电的运作能够形成一个整体。在管理过程中，需要对相应的变电站进行信息和命令的传输和保护时，只需要通过主机上面的相关操作就能够达到远程控制的作用。同时，当某个变电站的站用电系统出现故障或者异常时，能够及时将信息反馈到主机上，主机的操作人员就可以对问题进行分析，并及时采取措施进行检修和维护，保证了整个变电站站用电系统的正常运行。

3.4 加强自动化技术的应用

自动化技术已经在数字变电站站用电系统中得到了广泛的应用。为了更好地维持整个变电站站用电系统的正常运行，加强自动化技术的应用是很有必要的。电力机关要及时掌握国内外在变电站站用电应用技术中自动化技术的发展状况，并了解相应的技术信息，当这些数字化变电站站用电系统的应用技术跟不上自动化发展的步伐时，有关部门应该要做好技术引进工作，将一些具有高效、智能的自动化技术应用起来，进而推动整个边站点站用电系统的数字化发展进程。

4 结 语

总而言之，数字化变电站站用电系统相较于传统的变电站而言获得很大的进步。目前，在国家的“二网改造”工作中，推动变电站站用电系统的数字化是整个改造过程中的重点。集结合数字化变电站的特点，同时对传统变电站站用电系统存在的问题进行分析，能够帮助我们在今后的工作中对整个变电站站用电系统的数字化实施形成积极的影响。

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