变电自动化和稳定性状态检修策略分析

毛贻智

（国网湖北省电力有限公司公安县供电公司，湖北 荆州 434300）

0 引言

某变电站设计应用的变电自动化系统，具有自动监视、控制、调度、测量等功能，其采用分布式和集中式结合的结构，系统包括站控层、间隔层和过程层，用于变电站变压器、电抗器、电容器等设备运行过程中的数据挖掘和数据检测。然而，系统运行阶段极易出现稳定性问题，需定期开展稳定性状态检修作业。变电自动化系统结构如图1 所示。

图1 变电自动化系统结构

1 变电自动化系统设计

1.1 结构设计

变电自动化系统构建应该采用分层分布式结构，该类结构面向对象更具针对性、更聚焦[1]。分布式结构以设备为单元模块设计，用于控制、采集相关数据，将前端数据采集装置安装至高压断路器附近，或在内部装设开关。该结构设计使用电缆将分散的单元模块衔接成为一个统一整体，实现网格式的变电自动化系统设计，各单元模块相互联系、相互独立，具有良好的扩展性和可控性。但集中式结构具有强大的控制功能，变电自动化系统功能实现需基于集中式结构设计。使用1～2 台中央处理器用于各功能单元的集中控制，前置主机模拟脉冲和开关量，控制输出信号。因此，变电自动化系统将集中和分散两种结构结合，使用分布式结构部署和集中式组屏的方法，利于监测系统运行稳定性，易获取各设备元件运行期间的电流数据、电压数据、温度数据、气体数据等。

按照结构层级，可以将系统分为站控层、间隔层和过程层。站控层包括主机、操作站、工作站、GPS 装置、网络设备、人机交互界面等；过程层包括通信中心、数据中心，调度中心等；间隔层包括管理设备、调度设备、通信设备等。

1.2 网络模型

变电站采用服务器与终端服务器合作的形式完成系统的工作[2]。在部署服务器的同时建立变电自动化系统网络模型，假定变电站中数据以节点编号及设备次序，建设负荷节点模型，消除负荷节点的注入电流，建立摇摆周期内的数据模型。且稳定性状态检测对时间的要求较高，故使用经典单元数学模型研究多功能自动化系统。模型中处于模型边界点的数据稳定性较差，需赋予网络实时数据监测功能，总线网络布设模型如图2 所示。

图2 总线网络布设模型

网络模型主要用于数据通信，在变电自动化运行方式上考虑各个元件对数据的反应特性，使其起到通信和保护的作用。网络模型构建使用总线布设方式，将各个元件系统整合后建立主控网络和人机交互界面，用于网络数据的显示。

1.3 通信网络设计

通信软件的系统非常强大，可以将不同设备中传输的信号统一成相同的格式[3]。变电自动化运行过程中采用现场总线布设的方式构建网络模型，根据通信技术、通信协议的应用，构建变电系统的整体结构。按照通信网络的需求，使用以太网连接模式，同时将设备连接到综合监控系统之中。数据通过网络交换大量的信息，通信交互以逻辑节点和数据服务为核心，每个公用数据所承载的服务功能有所差别。通信网络结构设计按照逻辑二极点建立模型，逻辑节点基本组成部件如图3 所示。

图3 逻辑节点基本组成部件

按照上述逻辑节点组成数据通信集合，连接逻辑设备及网关，将设备映射到网络之中。现场总线统计技术作为变电自动化的主干网络，性能会根据节点的持续增加而有所下降，会导致出现文本数据缺陷的情况，从而影响到变电站相关设备的运行稳定。通信逻辑节点的影响主要表现在相应速率上，逻辑节点中数据集中报告和记录的增加，会使得通信相应速率下降。同时，通信带宽也会限制数据的传输。使用总线拓扑结构时，若某一处出现故障，则整个网络通信系统可能会出现瘫痪。

1.4 稳定性分析

变电运行设备自动化技术所应用的人工智能系统非常强大，且具有丰富的数据库，能够监测和收集信息[4]。变电自动化系统具备强大的自我调度、负荷切断、负荷调整等功能，通过数据传输可识别故障，并在第一时间内整理相关数据信息，采取停止故障部分运行的措施，或采取调节电压、切换线路的方式使其处于恢复至稳定状态。该过程基于能量管理系统实现，如果扰动较为严重，变电自动化系统可能处于不稳定运行状态，导致变电站运行产生危机。

处于不稳定性状态会产生两种危机：①稳定性危机。稳定性危机是指变电站系统产生的能量所具备的破坏力，在短期内难以达到稳定的状态。②持久性危机。持久性危机是故障因素所导致的系统实时状态，监测设备运行参数浮动过大，影响到供电的持续性。因此，检测变电自动化系统以及连接各设备是否处于稳定状态，进而采取稳定性状态检修模式，在不影响变电自动化系统运行的基础上，采取多种方式消除故障，保证系统处于稳定状态。

2 变电站稳定性状态检修策略

2.1 稳定性状态检修概述

变电自动化监测数据，采用文本计量的方式识别变电站各系统的运行状态，并依靠词向量语料相似度的计算结果，实现文本信息的自动化挖掘。而检修工作的开展基于预防性检修、故障检修及状态监测的方式，实现对变电设备的自动化诊断。稳定性状态检修根据自动化识别结果、监测结果，利用自动化系统的调度功能，在不停止变电设备运行的基础上，开展检修工作，识别设备的运行状态，根据识别结果的严重程度及预警征兆，处理变电设备的运行故障。在变电自动化的状态下，状态检修技术呈现出以下特点，具体稳定性状态检修功能如图4 所示。

图4 稳定性状态检修功能

以变电自动化系统为依托开展变电设备状态检修工作，既可以减少维修成本，根据系统识别结果及时发现问题和解决问题，也可以在使用预测性检修方法的过程中有效降低设备故障的概率。且依据变电自动化系统的监测功能和调度功能，在各模块的联合作用下将日常运行和故障检修相结合，可及时分析和找出安全故障隐患，从而采取针对性的检修措施。

2.2 稳定性状态检修措施

2.2.1 设备状态检修

采集与监控软件的主要工作是采集变电设备的各种型号数据，如温度、电压、功率等[5]。变电自动化可监测设备数量较多，按照设备类型分别采用不同的稳定性状态检修措施。变电站的核心设备为变压器，其他设备包括互感器、断路器、隔离开关等，综合变电自动化运行的实际状态，根据自动化监测结果确定故障位置及故障类型，并采取不同的状态检修措施，在不影响变电站系统正常稳定运行的前提下，分析和判断设备是否出现异常。例如，变压器稳定性状态检修主要根据监测的空间存量和气体含量判断设备是否处于故障状态。部分气体含量超标可以验证变压器设备是否存在短路或绝缘故障，同时，状态检修包括局部放电或设备振动频率的检测等，可判断变压器设备是否出现故障隐患。

断路器的状态检查主要包括是否出现误动、拒动以及在运行过程中是否出现过热问题，通过断路器的稳定性状态检修，可以判断是否存在相应的故障。同时，互感器设备及隔离开关等设备均是变电自动化的重要设备，设备稳定性状态检修过程中需要使用传感器技术及参数识别技术等检查各元件是否处于安全稳定的状态，当监测结果表明设备运行相关参数与实际不符合时，可根据监测显示故障内容及故障区域，采取不同的检修和维护措施，及时消除设备安全隐患。

2.2.2 自动化故障调度

变电自动化系统具备强大的数据分析和文本识别功能，根据算法的应用建立数据库，对比设备运行的标准参数及故障参数，从而识别故障代码。按照监测所得的数据识别结果及文本挖掘算法，可实现自动化决策功能，在科学调度的基础上，开展预测性检修作业。例如，系统在运行过程中可能会在某一部分出现超负荷输电的情况，导致电力系统的负担有所增加，而应用变电自动化系统可以识别和监测该类异常情况，并判断该类异常情况产生的原因及此问题可能导致的后果。异常问题可能会持续几秒钟或者几分钟，该阶段如果不根据识别结果采取相应的措施处理故障问题，则电力系统非常容易出现故障，所造成的经济损失和安全事故是难以预测的。因此，利用变电自动化系统的识别和调度功能，可以在变电站系统处于不稳定状态运行过程中，及时调控以减少影响，即变电站处于恢复状态。在此过程中，可以根据自动化系统采取切换或者限制负荷的方式，为用户提供稳定电力。随后，运维人员可以根据故障识别结果，采取相应的检修措施，以保障系统及时恢复，减少可能出现的安全隐患问题。

2.2.3 日常维护机制建立

变电自动化稳定性状态检修就目前的电力系统配置情况而言，需要采取人工和系统同时运行的方法识别故障、消除隐患。尤其是稳定性状态检修工作强调预测性检修和故障检修等业务的开展，检修工作的规范性、科学性是影响最终效果的关键因素。相关人员需要采取科学的检修措施，结合变电自动化系统运行和应用情况制定检修标准和检修规范。例如，电力企业根据变电自动化系统的应用情况，将系统识别和监测结果与运维人员设备终端相连接，当出现安全故障时，运维人员可以及时处理故障，消除安全隐患。

日常系统运维和维护工作的开展同样依据系统的识别结果及监测结果，运维人员应实时监测自动化系统运行的实际情况，在人机交互界面中应用检修功能、检测功能，根据系统识别结果所生成的参数曲线，制定相应的运维措施。在检修过程中，针对已经排查出的安全隐患，采取单独试验的方法，并切实做好相应的安全防护工作，减少可能出现的安全事故。由此可见，稳定性状态检修以精准故障识别和科学隐患排查的方式，确保了变电自动化系统运行的稳定性。

3 结语

变电自动化是电力系统的未来发展趋势，变电站作为电力系统的重要组成，其安全性、稳定性尤为重要。变电自动化系统的建设与应用以数据为变电站设备运行驱动模块，实现变电站自动化监测、自动化调度、自动化分析等，并基于变电自动化的稳定性状态检测对运维人员提出更高要求，可以实时了解设备运行状态，判断各项参数是否变化或是否稳定、有序，从而保障变电站系统的稳定性运行。