试析电气自动化技术在变电站中的应用

汪春艳

（广东白云学院，广东 广州 510450）

0 引言

随着电力使用总量的不断增加，电网长时间处于高负荷的状态下，逐渐显现出各种问题。老旧变电站在使用的过程中，经常会出现老化严重、技术落后等一系列的情况，导致当前的电力资源需求得不到满足，给社会带来了负面影响。为了改善以上情况，需将自动化技术与变电站的各种基础数据进行有效融合，并产生全新的控制形式，从而对生产、发展起到促进作用。

1 电气自动化的应用优势

在变电站中应用电气自动化技术，能在一定程度上节省人力资源。基于自动化技术建立相应的工作理念，能够保障人员操作过程的安全性以及监督管理工作的全面性。在变电站中应用电气自动化技术，可以根据电气运行的真实状况，对系统问题进行高效处理。一旦出现异常情况，系统便会发出警告，相应技术人员根据提示内容，及时对设备进行检修，或对系统进行修正，确保变电站自动化设备硬件、软件可以正常工作。不仅如此，电气自动化控制系统单位功能较为强大，能够根据系统运行方式对相应参数进行及时调整、实时监控、信息预警等，并且其还具备全方位、多范围的特征，以便达到最佳的工作状态。除此之外，变电站还广泛使用了全微机化的设备种类，强化了电气自动化技术的效果[1]。

2 电气自动化功能设计构思

在变电站中应用电气自动化技术时，技术人员可以通过电脑自身的兼容性，依据电网调度控制、生产系统的需要内容，及时掌握内部生产设备的运行情况、状态信息等，将其与变电站中的各子系统进行连接，从而实现对内部的全面管控[2]。正常情况下，变电站内部的一次设备、在线监测装置、测控装置等通过控制电缆相互连接，从而将变电站电气设备的非电气量、电气量等信息传送给相应设备，设备接收到信息后再将其反馈到后台生产调度系统，提供给监控人员使用。通过对电气自动化技术的合理应用，可以使运行人员准确判断设备的状态，从而完成调度、运行维护等工作（图1）。

图1 自动化融入构思

电气自动化系统内部的生产调度台可以及时接收故障信息，即该位置接收到任何的异常故障内容后，都会在第一时间反馈给调度、监控人员。软件系统通过对数据的分析、逻辑运算等，将设备对应问题的输出命令信息传送到控制装置，从而缩短设备故障处理所需要的时间，提升变电站内设备运行的安全性、稳定性，确保用电的可靠性。

与传统的模拟式控制方式相比，电气自动化技术更为先进，并且功能种类丰富、性能相对稳定，具备极高的实用性。正常情况下，电气自动化是以数据库、高性能电脑、电力系统之间的通信技术作为基础，达到人机交互的效果。变电站与电气自动化系统的结合，提升了工作人员调取、使用内部信息的便利性，使其能够制定出更合理的运维策略，为变电站内部设备的稳定运行奠定良好基础。

当前，变电站、电气自动化技术结合后，内部的关键组成主要有：数据网管机器、多样化的测控装置、计量系统、自动装置、智能生产辅助系统等。电气自动化系统还具备发电机、变压器、输电线路等保护功能，以及火灾发生报警、远距离视频、数据信息共享、自动操作控制等一系列功能[3]。

3 电气自动化设计方案

3.1 背景条件

国家科技实力快速提升的同时，促使变电站自动化研究工作不断进步，使大量专业人员投入电力能源网的各个环节，并提出了一系列专业理论，为变电站自动化设计、实施奠定了基础。当前国内大多数老旧变电站都利用了全新技术对系统进行优化、创新，不仅提升了系统的安全性、稳定性，还减少了其中的一系列安全隐患，增强了变电站业务能力。

3.2 设计方案

通过对国内情况的细致调查发现，大多数变电站都较为陈旧，并且设计理念较为落后，其中的一次、二次设备老化问题严重，导致出现故障的概率大幅提升，需要及时进行创新、优化工作。在接近负荷侧的变电站进行电气自动化改造设计时，由于联络站数量较多，并且多数是终端变电站，这在维持电力稳定方面上造成一定的困难。针对该问题，相关设计人员制定了以下4 种措施：①将110 kV 的主变压器改造成三相、三绕组有载调压式设备；②在对110 kV电气装置进行优化时，技术人员提供的设计方案是使用户外中型单母线连接的装置；③在对35 kV 电气装置进行优化时，设计方案内容是使用户外中型母线分段布置装置；④无功补偿电容设计的优化方案是户外布置过框架式的电容器设备[4]。在设计变电站内部电气设备控制方案时，可以使用分层分布形式的电脑监控系统，将继电保护装置集中安设在综合控制楼的继电器室内。

3.3 自动调度

开展变电站内部调度通信自动化管控时，技术人员使用了OPEN3000 系统，并将其作为扩展、强化能力的重要设施。OPEN3000 系统具备多样化的通信规约功能，例如，对以往信息内容的保存、对警告信息的记录、对调度管控人员进行曲线信息推送、对变压器抽头与隔离开关进行调整等，其在应用中还能自动完成在线监测、自动修复，降低设备自身故障情况出现的概率，并且还能与变电站内部的刀闸、开关、保护测量装置、交直流电源等一次、二次设备进行连接，保护一次、二次设备的运行安全、稳定，完成数据信息之间的交互。同时，OPEN3000 系统还可以与变电站内部调度自动化系统进行连接，构建完善的通信网络。不仅如此，OPEN3000 系统还具备报告管控、一键操作、保护信息处理、报警、直接传输等功能，为变电站的良好运行奠定了坚实基础。

3.4 电气自动控制

为了大幅提升变电站内部的安全系数、供电实力，可以利用分层分布形式网络结构的PCS9700 厂站电脑监控系统，以及使用一致的组网种类，依据安全、高效等原则，以及信息直接传送、数据信息优化供应的要求，对变电站中的一次、二次变电设备运行数据进行实时传送、控制、处理。与此同时，在变电站内部安装保护装置的过程中，还要对装置闭锁的信息内容进行验证，保障变电站的安全运行。

变电站内部的电气自动化系统还要对内部的一次、二次设备的运行、网络通信情况，以及主变有载分接开关运行的档位、断路器位置、站内隔离开关等设备的状态进行检测、控制，可以配备电压无功控制、自动按频率减负荷等自动装置，以此全面保障变电站运行的安全性。不仅如此，在内部还需要配备一定数量的公用测控装置、35 kV 的线路保护装置、10 kV 电容器保护装置等。

变电站中的后台系统由设备层网络、单元层网络、站控层网络组成。站控层可以对设备运行中的数据信息进行收集，并通过多媒体消息业务（multimedia messaging service, MMS）的形式来完成信息传送[5]。单元层可以在站控层失效后，代替其完成系统的数据信息采集、设备控制等工作，具有辅助控制的作用。

3.5 电源系统

技术人员可以根据电源监控设备的使用情况，加强设备的监控与管理，保证电源系统可以正常使用。为了充分发挥电源监控设备的作用，需要借助以太网来连接变电站内部的电源监控设备和后台系统。正常情况下，变电站装设有硅整流直流形式的电源系统，能够提供稳定的220 V 电力资源。与此同时，变电站通常配备220 V 铅酸免维护封闭式的蓄电池组，平时蓄电池组以浮充电的方式运行，当直流电源消失时，可以迅速接入系统，保证变电站二次系统的正常运行。除此之外，变电站中还安设了不断流的电力能源，工作人员可通过辐射的方式完成持续性的电源供应，从而保障变电站的稳定运行。

4 电气自动化技术在变电站中的实际应用

4.1 数据采集处理

变电站运行过程中会产生大量的数据信息，想要保障变电系统的安全、可靠、稳定运行，便要对数据进行精准的采集和整理。在变电站内部的使用电气自动化技术时，还要保证数据信息的准确性及信息处理的有效性。例如，模拟量转成数字量、电气设备开关变位识别、设备运行状态识别等产生的信息，通过自动化分析、处理工作，将最终结果传送到控制系统内，再由其对断路器的分合闸、母线电压等开展管控，从而保证设备处于安全、稳定的状态。

4.2 监控系统应用

随着科学技术的快速发展，电气自动监控技术优势逐渐展现出来。正常情况下，电脑监控系统涉及的范围广泛，不但不需要人工操作便可以对内部通信设备、信息进行实时监控，还要对变电站中的不间断电源设备（uninterruptable power system, UPS）、直流系统等进行监控，随时调整无功补偿装置状态（图2）。在变电站中应用电气自动化技术，能够实现无人操作、减少人工值班等目标，因此，系统内部在进行功能设计时，会将“分层设计”作为关键原则，所谓的“层”主要为功能、间隔、控制等，其可依据实际状况完成调节任务。不仅如此，在变电站内部使用电气自动化技术时，为了充分展现电脑监控系统的作用，应尽可能简化外围设备的设置，从而大幅提升控制系统的实力。

图2 变电站综合自动化系统

4.3 设备故障信息记录

电气自动化技术与变电站结合后，在日常运行中便可对内部出现的设备异常情况、时间顺序等进行全面记录，其中还涉及变电站在运行中的保护动作序列、设备开关跳合情况等。与此同时，技术人员通过合理使用配置，能够在一定程度上发挥变电站中监控系统通信功能，从而完成对故障记录信息的分析以及对相应信息的保存[6]。

5 结语

综上所述，为满足当前社会的电力使用需求，需将电气自动化技术与变电站相结合，保障电力变换传输过程中的安全性和稳定性。与此同时，通过对电气自动化应用优势、设计、应用方面的细致分析，相关技术人员可以基于当前的真实情况，借鉴国外的优秀成果，研发出更加先进、更加灵活的智能化技术，进一步提升变电站运行中的安全性、稳定性。