数字技术在变电站自动化系统中的应用

冯 婧

（山西焦煤西山煤电发电分公司电力公司，山西 太原 030053）

0 引 言

随着现阶段电力工业的快速发展，目前我国针对变电站的安全运行提出了较高的要求。本文在此基础上结合了近几年国家工程的实践经验以及对变电站自动化技术的使用，进而分析我国数字技术在变电站自动化系统中的具体应用情况[1]。

1 数字化变电站自动化技术的特征

数字化变电站这个概念是由于数字式过程层设备的出现而有的。在以信息共享化及过程层数字化为基础，数字化变电站重视SAS整体的信息化、站内eID之间的统一模型化、变电站和控制中心之间集成应用与协同操作的能力。SAS在不久的未来将以输配电系统的统一信息源与自动化功能、执行终端的协调和集成作为目标，在建设过程中逐渐实现数字化。

数字化变电站在目前虽然还没有严格意义上的定义，但数字化变电站的形态特征大致有以下两个方面。

1.1 变电站具有层次化

在功能的差异上，可以将变电站根据逻辑结构划分为变电站层、过程层以及间隔层。变电站层所起到的作用是通过利用全站数据，不间断地实时监视与控制一次设备，同时交换远方控制中心的数据。过程层所起到的作用是实现一次设备接口相关的功能，如开出开入量及模拟量采样等，此外还可以分担常规变电站间隔层的部分功能。它所起到作用是无可代替的，是为数字式过程层设备特地设置的。间隔层是通过利用本间隔的数据，从而控制与保护本间隔的一次设备。

1.2 间隔层设备网络化

变电站中间隔层设备是远动、测控、继电保护、故障录波、防误闭锁以及电压无功调节等装置，这些装置都是由数字式微处理器设计制造的，设备在与变电站层和过程层之间进行交换信息都要通过高速通信网络实现。因为过程层设备数字化，所以在常规间隔层往往都要用外部接口来代替通信接口设备的模拟量输入、输出等。

2 数字式变电站的优势

2.1 可靠性高

数字变电站采用网络结构，使用更先进的智能主设备和更智能的集成控制平台，从而减少了设备配置和性能。传统变电站始终存在致命的问题，如电缆老化、CT饱和以及许多操作错误。使用数字变压器，光纤网络和智能控制，基本上可以解决这些问题，系统安全可靠，保证了积极有效性。

2.2 性价比好

在数字化变电站实现智能化、网络化以及标准化之后，原来的控制电缆将被网络电缆和光纤取代。等待自动转换、无功调节以及小电流地线选择等，不需要特殊硬件的单独配置，减少设备配置量和变电站面积，从而节省了大量成本。变电站二次回路原理清晰，接线简单，大大减少了安装环节、调试、维护以及操作的工作量，降低了人员的复杂性，此外无需复杂的电缆验证，可以减少将来升级、应用程序扩展或技术改造的成本[2]。

2.3 系统程序化自动操作的实现

预先编写和修改的操作票会保存在计算机中。当操作员接收订单时，系统将自动执行操作并通过预定的操作票系统单击“执行”按钮来检查票。自动锁定，确定是否要执行某个操作步骤并给出操作过程中的必要信息，一个按钮的自动智能操作状态不仅可以有效地防止故障，而且还能真正让操作员在繁重而危险的操作工作中得到解放[3]。

2.4 为综合自动化状态检修奠定了基础

数字化变电站模糊了保护，远程控制和通信的专业划分，站内设备紧密相连，相互链接，大大提高了系统的在线自检、自诊断以及自恢复能力，决策信息极为丰富，为完全自动维护变电站的状态创造了良好的条件。

3 我国变电站自动化系统应用现状

当前，我国的局部监视功能主要是查看变电站人员的行为和功能，通过图形显示或语言等多种方法监视变电站的情况，然后通过控制来实现MIS。另外，变电站中的保护信息管理功能也是报告打印或数据注册表格的主要方法，用于管理我国的自动安全设备。在我国，信息传递较为普遍，保护信息系统，通过系统之间的转换可以使信息进入通用状态，提高变电站自动化系统的安全性，节约资源。我国变电站自动化系统的隔室部分主要是保护装置和自动化装置，这种装置必须安装在每个继电保护室或开关柜中[4]。

4 变电站自动化系统控制技术

在当前网络通信技术广泛使用的背景下，变电站还实现了分散管理模式，可以实现继电保护和监督。在串口通信模式下确保各设备畅通无阻，独立运行变电站自动化系统控制功能的实现主要体现在远程测量和远程信令这两个方面。控制内容能够实现变电站组件的通信和独立控制，实现继电保护，连接通信网络信息采集与计算机系统等各种功能（如图1）。控制技术在变电站自动化系统中的应用主要体现在以下几个方面。

图1 变电站自动化系统控制技术

4.1 数字信号处理技术的创新使用

数字信号处理技术也称为DSP技术，是用于实现远程控制和计算机保护设备的先进智能技术，该技术基于直接交流电采样，可以实现各种设备的自动测量，如重合闸、故障定位以及故障记录等。同时，它不仅可以自动测量这些设备，还可以实现有效的远程控制，借助这种自动控制技术可以控制变压器中的电流，还能够控制方向、电压值以及故障电流。实施精确测量，借助强大的自动化分析功能可以获得准确的值，并以此来实现对变电站的有效保护[5]。

4.2 PLC自动化控制技术的使用

PLC是基于软件的模块化设计，可以大大提高数据的可读性和可移植性，在无人值守的自动化状态下，通过PLC和上位机的监控生产运行，实现实时远程监控。通过电气设备的故障状况、事件日志、故障趋势分析图以及运行状况下的故障分析报告进行分析，变电站处于PLC自动化控制技术的控制下极大地提高了变电站运行的安全性和稳定性，不仅减少了维护工作量，而且提高了变电站管理的自动化水平[6-8]。

4.3 综合自动化控制技术的使用

变电站调度中心实施的远程控制技术主要是在无人值守状态下自动控制，综合自动控制技术完全可以实现无人值守状态下的保护倒换和选值。控制人员只需对故障进行保护和修改，采集故障录波器等数据，然后在IT平台上对这些海量信息进行综合处理，从而实现自动控制。在大型系统中，综合自动化控制技术必须与其他设计技术相结合，从而在控制系统操控的条件下充分实现机组保护的自动控制功能。总线网络可以完全接收本地计算机网络的信息，其出入口始终处于安静状态，具有良好的安全性和稳定性。

5 变电站自动化监视技术

我国变电站自动化系统的功能配置基本可以满足变电站运行的基本要求。但是，根据现阶段我国信息技术和通信技术的飞速发展，我国变电站系统自动化的运行已成为变电站需要面临的一项挑战，因此必须增加变电站的数量，完善自动化系统，不断丰富和发展变电站自动化系统的功能。

5.1 电能质量的在线监测

由于用户对能源质量的要求不断提高，因此我国的能源供应公司应对网络的能源质量进行了相应的识别和评估，促使能源供应和消费质量达到有效共识。在加强法律约束的基础上分析电网频率，避免与供电电压有关的数据出现偏差，并自动监测电压指标，有效提高自动化技术水平[9,10]。此外要对电能质量要求不同的变电站实施建设并安装在线监测装置（如图2）。

图2 监测装置

5.2 电气设备的状态监测与故障诊断技术

在我国科学技术快速发展的背景下，已在高压变电站应用了电气设备的状态故障监测及诊断技术，可以采用科学技术手段及时检查电气设备，避免发生故障。通过电容器设备的状态监测与诊断以及变电站自动化系统的调整，可以根据不同的电气设备进行自动构造与判断。对于变压器的检测与判断，可以通过注油变压器的色谱分析来诊断变压器。检测状态与故障诊断技术的提高能够推动我国变电站电气设备的快速发展，使其在应用我国变电站自动化系统过程中获得更多的机遇。

5.3 数字式视频图像监视技术

视频图像监控系统能够有效解决无人值守巡逻的问题。通过数字视频图像技术可以通过远程监控逐步发现问题。我国的变电站自动化系统并未集成相应的视频监控系统中，因此要充分利用数字视频图像监控技术，将数字视频监控技术集成到变电站自动化系统中，从而加强对变电站中各种设备的控制，保障人员的操作并控制变电站内部各种设备的有效性和安全性。

6 结 论

我国变电站自动化系统现阶段仍然存在一定的不足，应该充分把握这些问题找出缘由，加大改革力度，以此满足现代电网的运行功能和管理需求，促进应用和我国变电站自动化系统的升级，此外设计并完善变电站中的自动系统，以确保变电站的安全运行。