配电变电站自动化现存问题与解决对策

全昌明　付建军

摘 要：土配电变电站是当前配电网的重要组成部分。配电网自动化水平在一定程度上是由配电变电站实际自动化水平影响的。目前，国内部分老式配电站运行期间会存在困难，为更好地解决配电过程中出现的各类问题，需要重点分析配电网自动化水平力度，寻求行之有效的解决措施。

关键词：配电;变电站;自动化;问题;解决对策

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2022）04--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.070

变电站是十分重要的电力设施，承担着变换电压、接收分配电能以及控制电力流向并调整电压的重要职能。

随着自动化技术的快速发展，变电站已经基本实现自动化控制，主要体现在监控系统运行状态等方面，通过显示器呈现出各类监测信息。

值得注意的是，变电站实现自动化运行应关注继电保护装置的功能。微机自动化在变电站自动化运行中具有突出优势，在这一基础上结合集成控制电路，巧妙融合通信技术、自动化技术，为变电站发展提供支撑。

1 变电站自动化系统的功能

变电站自动化系统是调度设备的关键组成部分，被广泛使用在各个配电网中，成为调节与控制配电网实现调度自动化的重要方式，能够及时控制与监管电网，完成通信、遥控等任务。

遥信：收集到的电力系统继电呈现保护状态，通过断路器隔断状态信息，发出预警信息。为适应电网与设备运行目的与需求，集控中心需要妥善安排，及时掌控各班次变电站运行情况，确保做好全方位、多领域监控。

遥测：收集电力系统运行的具体参数，测量各部门功能的实际情况，做好记录和管理工作。

遥控：从集控中心发出对断路器、隔离开关、接地开关执行分合闸操作、信号复归及功能投退等控制量信息。

遥调：集控中心向电力系统发布的调整指令，控制电压。

2 智能变电站的自动化设备结构

目前，变电站建设发展均在向着高度自动化的方向前进，自动化装置一般有三个阶段，即站控、间隔和过程。

站控层通常包括负责监视和通信的设备及调制调节器，功能主要有：在线编程，可通过闭锁手段实现全面监控;促使自动化设备提高至高度自动化的程度，并支持故障识别分析;人机联系，支持本地监测;根据实际需求，在符合本站调试规范的前提下获取相关资源。

间隔层进行智能程度较高的维护和测控，功能主要有：建立与其他两层的联系渠道，在实现通信的基础上妥善分析数据信息，确保变电站的安全性能。要及时监督管理开关设备，及时做好检查工作[1]。

变电站中自动化控制技术主要包括计算机技术、通信技术等，计算机技术中的微机自动化技术得到了大范围应用。计算机技术属于变电站自动化控制中的核心关键技术，对于变电站自动化控制的发展具有促进作用，主要实现变电站的远程自动化操作，还包含人工神经网络技术、PID控制技术等。

利用计算机控制技术，提高变电站隔离开关等装置的操作便捷性。变电站自动化控制涉及大量关键信息传输，要依靠通信技术，将信息由控制中心传输到不同端点，完成系统内的信息交换。

微机保护属于变电站系统自动化运行中的重要组成部分，主要作用是保护变电站中主要设备及配电线路的安全运行。

以某配网运行规模较大、电压等级较高的变电站为例，在二次系统改造工作中实施保护装置的微机自动化改造。在实际改造过程中，从变电站主要控制室到室外敷设屏蔽控制电缆连接配电设备，敷设电缆总长度为14 km左右，主要敷设两条通讯线路，一条分布在6 kV高压柜中，另一条用于连接网卡。

变电站完成自动化改造后，运行安全系数明显增加，改造后运行微机综合自动化控制系统可以建立人机交互界面，变电站管理工作也可以得到信息支撑[2]。

3 配电变电站自动化问题控制对策

3.1 温、湿度影响启动

输电网内的变电站与配电站内部投入的自动化设备类似，主要在设计期间没有预先设计与留存空调与采暖设备的位置。对此，配电变电站使用RTU与输电网保持一致的情况下，溫度变化会给机械运行带来麻烦，严重时会出现不能启动的情况。

很多RTU制造厂家采用的芯片都为民品级的，民品级芯片的工作温度通常是0 ℃～55 ℃，由于冬季我国北部很多地区天气条件较差，变配电站室内气温有时会降到-15 ℃以下，气温降低使RTU装置无法正常开启，导致装置无法正常工作。为解决RTU设备低温启动困难的问题，一些制造厂家在关键环节上使用了工业级芯片，也会造成成本增加。

研究发现，如果RTU进入低温环境，大多数情况下仍能工作，这是因为器件在运行期间还在发热，散发的热量能够满足管芯需要的温度。因此，低温环境下也可以不选择低功耗的器件。寒冷环境中，设备一旦发生问题，停机后不散热，芯片温度下降，会造成设备启动困难。

为提高RTU设备启动成功的可能性，要在开机前预热设备，确保设备完成预热后方可操作。因此，可以把工业品级的芯片添加在寒冷的环境下监管，但民用级芯片依然适用于RTU及其他电子设备。

监视定时器（WDT）一直保持正常运行，如果RTU没有正常启动，经过一个时间阶梯后会使监视定时器（WDT）产生错误报警，需要启用RTU，如果启动不成功则不断重复此步骤，直至RTU启用完成[3]。

此外，使用环境机箱要借助半导体元件中的PTC完成加热工作，确保环境机箱内的温度符合设备运行标准。半导体加热期间要与其他配件协调使用，控制环境机箱温度达到最佳使用效果。这种方案也存在缺点，像PTC断电后需要较长的时间完成运行工作，会影响配电工程自动化提升效果，长此以往，会对配电网自动化水平产生影响。

3.2 建立完善的管理机制

对于智能变电站自动化设备，在原有巡检工作计划的基础上，增加必要的巡检项目，如在线巡检、终端设备、开关设备等。同时，要完善和优化设备维护机制，特别是加强网络通信、光缆清洗等问题，使管理机制更符合智能变电站的运行要求。

3.3 加强智能设备管理

智能化设备调整操作方式一般是测控本地化，用智能控制柜代替原来的测控屏，放弃原有电缆的信号传输，建立基于光纤的通信模式。对于自动化设备的日常运行，主要问题是通信。

智能变电站自动化设备的运行状态是关键，应组织全面的运行、维护和检查，确保包括在线监测和终端在内的各类设备保持较好的工作状态。此外，相关管理和操作人员应定期检查设备的运行状态，避免发现特殊问题，提高管理效果。

3.4 智能单元包括测控和保护模块，分别完成测控和保护功能

主控与间隔通信单元使用双网并联故障通信方式完成传输，一般情况下，两者传输不同的数据信息，如果一方网络产生故障，另一方则传输全部数据，加强了系统的稳定性和可靠性。实时数据在传输期间要有效分布，避免网络冲突，提高系统的稳定性。

3.5 变电站自动化系统为分布式系统

目前，变电站自动化智能设备处理能力更加先进，使用自动化智能设备能够配置其他智能设备。换言之，通过独立的设备自动化性能控制其他智能设备，完成集中管理工作。

3.6 状态量采集精度

变电站收集的状态量多种多样，断路器、隔离开关等都需要检测，把握电力精准程度，确保在收集期间不产生误差，避免对电网稳定性产生影响[4]。

第一类是利用反应动作条件的有关继电保护装置保护继电器触点。安装期间，不需要任何转换，可以直接连入光耦隔离器的SI板。

第二类则是切换或进入计算机系统状态的接点，如刀开关和断路器中的开、闭辅助接点和跳闸接点。这种触点通常用来连接和切断在高电压（220 V或110 V）电路中开关式继电器线圈的励磁电回路。分动箱继电器的连接点也反映刀闸和断路器的分、合闸状态，反映刀闸和剩余电流断路器之间的相对位置。弱电流电路中的传输继电器触点可直接连接到带有光电隔离的RTU开关输入板上，由分动继电器线圈的励磁电路和大电压（110 V或220 V）的电路直接相通，发挥防止干扰及隔离的作用，提高系统的抗干扰能力[5]。

第三类触点要借助开关继电器完成转换工作，对断裂器与工具开关信号给予反馈。远程信号传输继电器大多情况下会呈现开关状态。通过提高转换继电器信号把控精度，同时转换继电器也有缺点，有时会延时，在一定情况下削弱了soe分辨率。

3.7 电气系统变电站自动调试

电力系统变电站自动化过程中，电压无功自动控制系统的功能是准确识别系统的运行方式和相应的一次接线方式。根据实际情况采取相应的优化措施，可以取得较好的效果。调试期间，保证电力系统的联锁功能正常运行，提高电力系统稳定性，保证合理控制电容器的投切状态。

数据终端在电力系统中的作用非常重要，主要是因为数据终端属于中间设备，一般安装在主计量站，具有数据存储、处理、传输和采集的作用。如果系统中出现调度开关位置不匹配的情况，采用远程信号调试策略，检测上传到电力系统的信息。如果检测结果表明远程主控制器发送消息，基本可以判断调度终端发生故障。

工作人员还可以将信息下载情况明确告知变电站，实施相应的调试工作。如果电源系统不能正常运行，下载通信故障调试策略，明确系统前端计算机的控制权限，降低了自动化系统的故障概率。

故障检修顺序是自动调试的重要方法之一，主要包括分段和顺序。排除顺序故障时，工作人员应注意遵循规定的顺序和流程，逐一检查每个环节。设备信息收集过程中如发现设备通信故障，应采用分阶段故障排除的方法，确保工作效果符合标准。

3.8 故障处理

二次设备测试难免出现故障，要设置处理计划。如果调试时保护设备发生异常，维护人员要主动全面检查，获取装置有关资料与历史调试日志，确定问题原因。在全部处理结束后再次启动设备，观察运行状态，如果问题还未解决，应继续测试合闸出口与软压板、压板情况。发现智能终端出现问题时，应先判断故障原因，查看运行状态。故障处理中，要重点关注GOOSE断链，防止发生错发与漏发问题。调试合并单元时，一旦有通信及内部异常，会直接干扰通信终端和数据采集模块。对此，开启装置自检，判断异常点及原因，完成简单诊断。如果故障未能消除，应立即重启，视情况安排处理计划。

3.9 注重变电站六氟化硫重合器的管理

六氟化硫重合器同样是变电站自动化运行中的关键部件，维护时如果缺乏相应的压力表，可选择使用气压法检测六氟化硫重合器。具体检测应先拆下集线盒盖板，施加压力于下顶盖上面的轴，之后松手使其恢复至原本状态，证明气压正常。如果检查维护具备压力表的六氟化硫重合器，检查时只要拧下气门盖就可以检查气压，监测环境为20 ℃，气压为0.35 MPa代表正常，如果气压低于0.25 MPa則要停止运行。另外，应测量六氟化硫重合器的合闸和分闸速度，比对测量数值与规定数值，超过规定数值时应调整弹簧拉力，保证合闸与分闸速度都满足运行要求[6]。

3.10 注重变电站跌落熔断器的管理

相关管理人员在管理和维护跌落熔断器时，应重视倒闸操作，检查跌落熔断器的熔丝，尽快更换受损的熔丝。熔管变形情况时有发生，主要由于受潮引起，除了更换变形的熔管，还应检查作业环境，采取防潮措施。对于绝缘子是瓷质的跌落熔断器应检查是否存在放电痕迹及裂纹等，出现此类异常情况时应及时更换。为避免熔管鸭嘴夹在变压器运行中脱落，应及时调整松弛的鸭嘴夹，确保其对于熔管具有足够的夹力。

4 结语

随着经济社会的发展和科学技术的进步，电力系统变电站技术水平得到了显著提高，尤其是自动化水平提升效果较为明显。为保障自动化水平，要确保其拥有安全稳定的施工环节，做好自动化管理工作。为避免变电站的自动化系统受到各种因素的影响，施工人员要结合施工状况，排除不合理的风险因素，确保电力供应的安全性。

参考文献

[1] 高泓怡，郁梦琪，曾柔逸倩，等.电力系统中的电气自动化技术应用[J].集成电路应用，2021（6）：154-155.

[2] 曾湘聪.自动化技术在数字化变电站中的应用研究[J].数字技术与应用，2021（5）：1-3.

[3] 李帆.电力系统中的自动化技术应用[J].集成电路应用，2021（1）：66-67.

[4] 陈启明.110kV变电站综合自动化优化设计[D].赣州：江西理工大学，2021.

[5] 李晓东.35kV变电站自动化系统升级及智能决策功能规划[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2020.

[6] 范永恒.变电站综合自动化安全监控与运维一体化研究[D].长春：长春大学，2020.