基于變電站自動化系統(tǒng)中的安全措施分析及應(yīng)用

吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 202501

摘要：闡述變電運行中的問題，電氣自動化系統(tǒng)與安全運行措施，包括自動控制設(shè)備的投入，電氣自動

化與計算機(jī)技術(shù)相、設(shè)備數(shù)據(jù)的采集與處理、自動化系統(tǒng)的升級、人工智能技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動控制；數(shù)據(jù)采集；變電運行

0 引言

提升變電站自動化和安全管理水平，對保證整個行業(yè)的健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。就現(xiàn)階段的發(fā)展情況而言，隨著工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜程度的提高、用電容量的擴(kuò)大、自動化水平的提高，對于電力系統(tǒng)安全可靠性的要求也日益增長；同時隨著壓、特高壓技術(shù)的普遍應(yīng)用，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、影響不斷加劇，使得變電站運行難度和抗故障能力需求也不斷提升，所以不斷提升其自動化水平，應(yīng)用運行和管理手段，保證電力系統(tǒng)可靠運行。

1 變電運行中的問題

1.1 操作問題

隨著技術(shù)的發(fā)展變電站防誤操作措施日益完善，但對于整個變電系統(tǒng)而言，如果操作過程存在動作不規(guī)范的情況，就會造成范圍性影響，給一定區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)造成安全隱患，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生重大安全事故。具體操作環(huán)節(jié)可能存在因某一工作人員實際技能水平不符合規(guī)范要求，導(dǎo)致變電設(shè)備的某些功能無法正常發(fā)揮或者誤動作，從而發(fā)生設(shè)備異常等問題，進(jìn)而整個區(qū)域系統(tǒng)的安全運行。

1.2 設(shè)備問題

變電系統(tǒng)運行時，人們往往只重視整體效果，忽視了對線路和設(shè)備細(xì)節(jié)狀態(tài)的關(guān)注，因生產(chǎn)節(jié)奏緊張及系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性等因素，無法停運設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢修、維護(hù)，加上周圍環(huán)境的影響作用，出現(xiàn)不同程度的老化和故障問題，造成變電設(shè)備潛在隱患，從而導(dǎo)致變電系統(tǒng)整體功能性缺陷。同時，隨著備的使用年限的增加，也會對變電系統(tǒng)造成不良影響，甚至引發(fā)安全事故。

1.3 電網(wǎng)的系統(tǒng)性問題

目前，我國電力配電自動化系統(tǒng)并沒有發(fā)揮出更加實用性的功能，只是在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的新建項目得到了應(yīng)用和落實，沒有實現(xiàn)大范圍的覆蓋和普及。雖然較大范圍的變配電系統(tǒng)實現(xiàn)了保護(hù)的微機(jī)化，但對于變配電自動化乃至智能化的認(rèn)識不足，現(xiàn)實應(yīng)用存在較大差距。

2 變電站的電氣自動化系統(tǒng)與安全運行措施

2.1 自動控制設(shè)備投入

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化、智能化開始成為時代發(fā)展的主流。故此，在變電系統(tǒng)運行中，要加大對于相關(guān)設(shè)備的研發(fā)力度，使其在性能方面更加適用于變電站的建設(shè)與運行高新技術(shù)往往和高額的建設(shè)成本相匹配，從而實現(xiàn)更高的價值。正因如此，在變電站運行中要加大對于自動化設(shè)備的投入力度，增加各類運行實時監(jiān)測、檢測技術(shù)的應(yīng)用，不斷提升變電站自動化水平。同時，提高設(shè)備的管理與維護(hù)的智能化，由此來保證設(shè)備運行的精良性，為電力安全做出保障。

2.2電氣自動化與計算機(jī)技術(shù)相

1. 智能巡檢

在電氣自動化運行管理系統(tǒng)中，的巡檢手段是應(yīng)用機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、在線設(shè)備狀態(tài)檢測系善巡檢各類監(jiān)測技術(shù)，利用智能化技術(shù)手段對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)核查和處理，定期檢查變電站相關(guān)線路和設(shè)備元器件的運行方法，保證故障問題可以在時間得到解決，從根本上維護(hù)變電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

1. 信號處理

將變電系統(tǒng)與自動化處理系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，通過日常運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行模擬，進(jìn)而提升操作系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，保證變電安全，使得系統(tǒng)內(nèi)部各個零件之間實現(xiàn)管理，盡量避免安全隱患。

1. 信息回傳

電氣自動控制系統(tǒng)可憑借自動處理功能對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行及時且的回傳，確保故障信息均有對應(yīng)的處理指令，使計算機(jī)所具有的保護(hù)功能得到充分發(fā)揮，為變電站的安全、穩(wěn)定運行提供支持。對運行模式進(jìn)行糾正，及時發(fā)現(xiàn)并解決自動巡查相關(guān)模塊存在的故障。

2.3設(shè)備數(shù)據(jù)的采集與處理

在時代發(fā)展的推動之下，變電站逐步走向智能化發(fā)展進(jìn)程，設(shè)備運行監(jiān)測等環(huán)節(jié)基本上實現(xiàn)自動化，在相關(guān)數(shù)據(jù)的采集處理方面及處理也可以部分智能化，不需要人工操作，程度上解放了勞動力。當(dāng)然，為了保證變電站能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測，需要對電氣自動化技術(shù)進(jìn)行革新，根據(jù)對終端數(shù)據(jù)的分析結(jié)果來制定出更加科學(xué)的設(shè)備控制策略，從根本上保證設(shè)備監(jiān)測的性。另外，在數(shù)據(jù)采集方面，常規(guī)設(shè)備主要是針對站內(nèi)設(shè)備的電流、電壓等內(nèi)容進(jìn)行采集，隨著技術(shù)的發(fā)展，紅外成像、局部放電檢測、無線測溫、油樣色譜在線監(jiān)測等新技術(shù)的應(yīng)用逐漸普及，通過相應(yīng)的檢測手段輔助來了解變電站設(shè)備的運行情況，可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，從而提前判斷設(shè)備惡化趨勢、降低事故率，由此來實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運行。

2.4電氣自動化系統(tǒng)的技術(shù)升級

對于電力系統(tǒng)運行而言，變電站在其中所起到的作用至關(guān)重要，所以電力工作人員要重視起對于變電站的技術(shù)管理，由此來保證電力系統(tǒng)的安全運行。在工作開展中，要注意將電氣自動化與技術(shù)升級相結(jié)合，具體需要做好以下方面工作：

（1）對操作人員進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范管理，使其能夠在工作中合理運用各項技術(shù)，實現(xiàn)對于技術(shù)人員的約束管理；

（2）采用手段如數(shù)字孿生等實現(xiàn)沉浸式仿真模擬，對運行、技術(shù)人員的能力以及技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)，不斷提升自身能力；

（3）將變電站內(nèi)各類系統(tǒng)，例如，變配電自動化、消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、微機(jī)防誤操作系統(tǒng)、設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、機(jī)器人巡檢系統(tǒng)等進(jìn)一步，使其能夠多方位聯(lián)動，切實保證電力安全運行。

2.5變電運行的優(yōu)化

在整個電網(wǎng)架構(gòu)中，變電站所起到的作用不言而喻，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運行。而且隨著變電設(shè)備的日益化、自動統(tǒng)，以自動化處理技術(shù)為發(fā)展技術(shù)，實現(xiàn)智能巡檢。以保證系統(tǒng)安全運行為主要前提條件，不斷完化，工作人員的技術(shù)水平、突發(fā)事故的應(yīng)對能力、故障綜合判斷分析能力，對于整個系統(tǒng)的可靠運行更加重要。當(dāng)然，在工作的過程中，需要時刻謹(jǐn)記安全的準(zhǔn)則，將一切工作安排建立在安全的基礎(chǔ)之上，為了進(jìn)一步保證變電設(shè)備的安全性不受影響，工作人員需要從以下方面做出考量。

（1）在日常巡檢操作中需要對設(shè)備本身狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格檢驗分析，并且對各類信息綜合研判，為后續(xù)工作的開展提供依據(jù)；

（2）要持續(xù)保持對于變電運行巡檢的力度，實現(xiàn)對于各系統(tǒng)的排查，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時進(jìn)行處理，提升變電運行的可靠性。

2.6基于人工智能技術(shù)的變電運維管理

電網(wǎng)設(shè)備智慧運維管理系統(tǒng)對供配電設(shè)備進(jìn)行全壽命周期的規(guī)范化、數(shù)字化管理的大數(shù)據(jù)和智能化運維應(yīng)用。變電領(lǐng)域存在眾多的運行數(shù)據(jù)，在人工智能技術(shù)的應(yīng)用下，對變電站進(jìn)行運營維護(hù)，可以保證管理下的設(shè)備運行數(shù)據(jù)得到實時監(jiān)測，將變電運維管理工作實行得更加。將人工智能技術(shù)與設(shè)備運行管理相結(jié)合，對變電站設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行實時跟蹤。通過電力運行和維護(hù)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建信息化人工智能技術(shù)的管理方法，實施智能電網(wǎng)的運營。采用專家知識庫+AI智能學(xué)習(xí)技術(shù)的設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的計劃檢修方式；一旦設(shè)備在運行期間出現(xiàn)故障，采用事故跳閘智慧分析系統(tǒng)替代人工判斷、查找事故原因，具有優(yōu)化電網(wǎng)設(shè)備運式、降低故障率、提升供配電設(shè)備壽命和供電可靠性等功能，可以提高變電設(shè)備管理的效率。通過數(shù)字孿生平臺VR技術(shù)可以實現(xiàn)用可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的虛擬場景替代高危險性、高成本和部分不可操作的場景進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn)，用以不斷提高運行人員基礎(chǔ)理論知識、日常巡檢、倒閘操作水平。

3安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)

3.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運行的人機(jī)聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

針對工程具體情況，設(shè)計方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價格比*，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機(jī)熱備配置。

3.2應(yīng)用場所：

適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制管理。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

3.4.2報警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動作信號；預(yù)告報警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報警通過手動，每次確認(rèn)一次報警。報警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進(jìn)入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計算機(jī)上予以定義或退出的功能。

2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報警和事故報警。

3）開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù)，推出報警信息，提示用戶檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報警信息。

3.4.3調(diào)節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級：

第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場操作。

級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

第四級控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機(jī)構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。

4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

3.4.4用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

4系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)語

近年來，電氣工程自動化水平有了顯著提升，變電站也逐漸向著智能化方向發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集、操控、防雷技術(shù)等環(huán)節(jié)都開始應(yīng)用自動化技術(shù)，地提升了變電站工作效率，進(jìn)一步保證電力系統(tǒng)運行安全。

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作者介紹：

吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案