110 kV变电站电气自动化技术及应用研究

刘承刚，王 伟

（山东莱克工程设计有限公司，山东 东营 257000）

电气自动化技术能够推进变电站功能的智能化、自动化发展，实现电网电力、信息、业务等项目汇集管理，同时也是国家智能电网建设的重要内容和现代化变电技术发展的方向。110 kV变电站是我国电网工程建设的重要内容，要想发挥110 kV变电站的基础功能，技术人员应融合使用信息技术、网络技术、数据技术等现代化技术以及电气自动化技术，实现资源化共享，帮助工作人员实现相关信息的采集测量以及现场保护监控等功能，时刻掌控电网运行动态并进行在线分析，帮助工作人员优化电力资源调配，提高电力资源利用率。因此，技术人员应深入研究电气自动化技术以及智能变电站技术，扩大技术应用的范围，开发全新的系统功能，保障电力运输的安全性、稳定性与快速性。

1 变电站电气自动化技术应用的意义

1.1 促进科研仿真技术发展

电气自动化技术体现出自动化、智能化等基本特征，其在110 kV变电站中的有效应用不仅能够提供稳定的数据传输通道，提高数据处理的效率，同时还能够促进科研仿真技术的发展。根据当前电气自动化技术的应用效能来看，110 kV变电站需要够收集和提供完善的变电站运行数据，技术人员要以数据参数为基础，使用仿真技术构建变电站设备运行模型，以动态展示的形式模拟和判断变电站各设备的性能、运行状态、使用寿命、运行安全等情况。如果实际运行情况与优化设置不相符，就需要技术人员对其进行调控，保障电力设备能够在短时间内实现转配，提高电力资源以及设备的利用率，保障当地持续性的电力供给。

1.2 推进电力服务智能化发展

随着技术人员的不断研究，我国在智能变电站发展以及运行方面已经取得了技术性的突破，同时还显示出较为广阔的发展前景。首先是智能变电站具有超强的抗干扰能力，能够对外界的不良影响进行防御，技术人员在进行智能电网建设时还会增加一些传感设施，这样就能够实现对电网情况的持续观察，一旦变电站系统受到了影响或者干扰就会自动报警，操作人员通过及时的调配，将干扰的影响降至最低。其次，智能电网能够实现实时在线，同时还具备连续安全评估与分析的能力，如果变电站出现了故障，智能系统还能够自动对故障进行定位与诊断，在技术允许的范围内还能够完成故障的诊断与隔离，进而促进电力系统的自动恢复。最后，与普通电网相比，智能变电站还具有较强的兼容性，不仅能够适用于可再生能源的合理介入，同时还能够适应分布式电源以及微电网的接入，这样就能够促进用户之间的沟通与交流，进而满足用电者的实际需求，提高供电服务的质量。

2 110 kV变电站电气自动化的特征

2.1 通信标准化

与传统变电站运行管理情况相比，电气自动化技术的应用提出了变电站通信系统行业标准，进一步规范了通信以及运行管理的操作流程，提出了规范化行业要求。当前使用的标准化通信规范为IEC61850标准，该标准针对自动化变电站系统的国际化通信进行了详细解释，同时为变电站的建设与对接提供了灵活的大环境，给予技术人员充分的选择自由，实现不同电力设备之间的有效连接，共同构建数据共享化的变电站系统，为变电站运行管控以及电力设备维护保养打下了基础。

2.2 状态可视化

电气自动化技术在110kV变电站中的应用能够促进变电站的智能化发展，技术人员可以通过各种传感器以及监控系统实现对电力系统所有电力设备的有效管控，随时采集相关运行数据，通过现代化通信技术实现数据上传与共享，利用大数据技术分析数据特征，从中获取关键性信息用于判断电力设备的实际运行状态，分析和定位电力系统故障问题，为电力设备维修与保养提供信息支持。与传统检修模式相比，电气自动化技术的应用能够形象地展示电力设备的运行故障情况，体现出可视性的基本特征，减少了故障检修与停电排查的工作量，保障了电力供给的稳定性，降低了设备检修处理的成本。

2.3 功能一体化

110 kV变电站体现出集中化的系统功能。在电气自动化技术的支持下，110 kV变电站能够掌握实时运行数据，根据需求搜集全景数据，实现自动化管控。比如，管理系统能够获取电力设备的实时运行数据并判断其运行状态，再加上通信技术与设备保护措施的设置，系统能够实现对电力设备的自动化保护，保障电力系统的稳定运行。其次，电气自动化还促进了电力设备功能的更新，落实了设备功能集成化发展。功能集成化提升了电力设备的性能，优化了系统收集数据的方式，同时还简化设备的采样以及接口模块，在简单有限的设备中发挥了更加强大和集中的数据处理与通信功能。比如，110 kV变电站当前使用的一体化保护装置就能够实现对电力系统电能量的计算以及故障数据的集中处理，体现出功能集中化的特征。从变电站电源结构设计来看，传统的变电站电源大多为分散结构，不同电源的子系统之间是相互独立的关系，这同时也会增加通信电力设备的维护维修工作难度。但电气自动化技术在110 kV变电站中的应用就能够解决以上问题，构建一体化电源系统，提升日常工作效率。

3 110 kV变电站电气自动化系统设计

3.1 监控系统设计

110 kV变电站的监控系统将对所有电力设备实现动态检测与有效管控，利用电气自动化技术以及通信自动化技术等实现对电力设备运行数据的收集以及对其运行状态的分析，帮助技术人员了解电力设备的运行情况，将监控设备数据上传之后实现数据共享，方便各终端管理人员实施变电站的调控以及维修工作。要想发挥监控系统的以上功能，技术人员在设计系统时应为其配置简单易操作的终端系统，利用通信技术实现数据快速处理与共享，加强不同终端之间的信息互动，保障信息收集以及传输的实时性，提升整个监控系统的操作安全性。

3.2 二次设备布置

二次设备同样是110 kV变电站自动化设计中的重要内容，通常情况下可以采取分层布置的方式进行，将其分为变电站层和间隔层。其中的变电站层包括上位机和下位机两种电力设备，一般放置于变电站主控室内。而间隔层的工作内容则是负责控制变电站不同间隔层的开关，因此间隔层一般采取设备单元独立设置的方式，通过现代化通信技术实现设备之间的连接与互通。当前智能变电站的分层分布式结构包括分散式和集中组屏两种，首先是分散式结构，该结构将系统数据信息的采集、控制单元以及保护单元等都安装在开关柜或者其他设备中，不同电力设备之间通过电缆进行连接，最终实现整体系统功能。这样的设备布置方式能够节省电缆材料，同时保障信息传输的有效性，避免了电磁干扰，降低了变电站建设对于面积的要求。而集中组屏方式则是将系统的控制单元以及保护单元全部安装于控制室内。这样的分布安装设计能够发挥出较好的设备保护效果，方便后期开展设备维护工作，但是对于电缆的需求量有所增加。

4 110 kV变电站电气自动化技术应用

4.1 数据采集与报警演示

110 kV变电站中电气自动化技术的应用能够实现对测控装置回流数据以及直流屏数据的实时采集，扩充系统数据库，更全面地分析和掌握电力设备的运行状态。除了110 kV线路中的电流量、电压量等常规性数据之外，系统还能够实现对设备无功功率等数据的采集，并实现对数据的处理与分析，最终用于判断电力设备以及系统的综合运行状态。在智能化变电站系统的管理下，一旦变电站回路中出现故障或者异常情况，监控系统就会触发警告，并在终端控制画面中弹出故障界面，直接定位和现实回路故障的具体位置，分析可能导致该故障的原因。为了展示不同的报警情况，系统将会利用不同的颜色区分故障报警情况，给予技术人员直观的、可视化的故障信息展示。当技术人员完成故障处理并确认系统能够正常运行之后，系统警告才会解除。另外，电力系统的故障报警颜色与声音都可以根据技术人员需求进行调整，且能够满足独立使用要求也能够满足同时使用的要求。

4.2 继电保护技术

要想发挥变电站的正常供电功能，技术人员还应优化系统的继电保护装置。当110 kV变电站处于正常运行状态的时候，系统内部的保护装置也处于额定工况中，此时的继电保护系统将持续监控电力设备的运行状态，保障其正常运转。一旦电力设备或者系统出现故障或异常，继电保护装置就应当发挥作用，避免电力故障扩大化造成严重的影响。具体来说，此时的继电保护装置将会切断故障设备以保护其他电力设备与线路，保障整个电力系统的稳定运行。此外，继电保护设备在感应到供电异常情况时还会及时发出警告，通过通信终端通知技术人员及时维护与修理，保障电力系统的稳定运行。

4.3 数字通信同步技术

电子式互感器也是构建智能变电站的关键电子元件，其有效应用能够实现对变电站的数字化保护。在智能变电站的实际运行中，一旦出现合并单元失步、时钟同步源丢失等情况的时候，就会进一步导致通信失步以及变电站保护误动作等情况，影响整个变电站系统的正常运行。电子互感器就是在变电站中负责分发与收集运行信息的单位元件，其在日常运行过程中容易受到电路转换、报文处理延时等问题的影响，导致自身精度不足，影响系统通信。现代化智能变电站技术的发展与应用能够利用时钟同步装置提高各设备通信精度，利用冗余技术消除时钟切换过程中存在的抖动现象，进而实现数字通信同步，提高电力系统运行的稳定性与可靠性。

4.4 远程控制技术

电气自动化技术的应用能够实现电力系统对所有电力设备的远程控制，包括对现场开关柜的控制、对系统断路器的控制、对补偿电容器的控制以及对保护操作的控制等。远程控制技术的开发与应用能够改善一线技术人员的工作条件，保障其工作安全性。技术人员只需要通过操作终端的画面调控就能够实现对现场各电力设备的控制，智能化电力系统本身具有自动校正功能，不仅能够判断电力设备的实际运行情况，同时还能够进一步复核与纠正技术人员的遥控指令，保障远程操作的有效性与可靠性。另外，电力系统还将对遥控条件以及遥控环境进行检查，只有符合安全条件的指令能够得到系统响应。技术人员可在终端输入操作指令，并根据界面引导选择确定或者取消等操作，之后再输入控制人员对应的权限指令与操作代码，经过系统复核通过之后就可以根据界面显示的“合闸”“分闸”等功能性指令进行相关操作，实现远程操控。

4.5 事故追忆功能

基于电气自动化技术的110 kV变电站控制系统还具有事故记录与追忆的功能，能够对电力设备的模拟量与状态量进行实时采集。系统将统一时钟，并以毫秒为时间单位记录电力设备运行数据，重点记录系统断路器和保护动作信号，通过系统进行数据传输或者打印，协助技术人员分析故障事件。电力系统能够一次性展示事故前后14个工作周期的相关数据，为技术人员提供依据。另外，智能化系统还能够通过仿真与建模等技术实现对事故运行状态的重现，为技术人员展示事故发生的全过程，协助其解决故障问题，预防事故的再次发生。

4.6 系统安全管理

110 kV变电站在运用电气自动化技术的同时还应注重系统的安全管理功能，能够根据操作权限限制不同用户的登录行为与操作控制功能，以防出现超权限操作的问题。技术人员可以为电力系统设置相关口令限制用户登录情况，只有用户输入对应口令时才能够进入电力系统操作界面，进而保障系统的安全性与稳定性。针对不同类型的操作员应设计不同的口令和权限，并由系统管理人员登录后台进行用户权限的设置与调整。

5 结束语

综上所述，电气自动化技术在110 kV变电站的广泛应用能够改善传统变电站的监控、通信等问题，促进变电站系统的发展。对此，技术人员应该不断完善和推进电气自动化技术的创新发展，保障电力系统的稳定安全运行，进而为人们提供高质量的供电服务，促进我国电力行业的持续发展。