变电站电气自动化与电力安全运行分析

张旭东

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，呼和浩特 010020）

1 引言

变电站是电力系统负责控制电力流向，接收并分配电能的设备的总称，可利用变压器对各级电网进行联系。电气自动化可以理解为以信息技术为基础，对变电站的运行情况进行监控。而电力安全运行所强调的重点是以安全管理需要达成的目标为前提，通过对安全监管体系加以完善，为电网系统打造可长期、稳定运行的环境，为人们提供学习、工作以及日常生活所需电能。

2 电气自动化和电力安全运行的意义

在很长一段时间内，变电站均处于自动化水平偏低的状态，这一问题给其运行质效所造成的影响较为深远，无论是对客户还是对电力单位而言，变电站实现电力安全运行以及电气自动化均具有重要意义，可使管理变电站的水平得到显著提高。近几年，国内电网规模较之前有所扩大，随着覆盖范围的增加，社会各界对变电站所提出的要求自然变得更加严格，变电站的日常工作难度和强度均不可同日而语，电力安全运行以及电气自动化，可通过提升管理水平的方式，使电网工作所取得效果达到预期，随着管理变电站的任务完成，后续的优化电力系统等工作也具备了有序开展的先决条件[1]。另外，变电站电气自动化与电力安全运行可以使人们学习、工作和日常生活所需电能得到有力保障。作为清洁能源的代表，电能对改善人们生活质量、加快社会发展具有重大作用，随着电气设备类型及数量的增多，人们的生活变得更加便利，但是，要使电气设备发挥出应有的作用，应不断提高电气自动化水平并为电力运行的安全性提供保证。

3 基于建筑变电站的电气自动化分析

基于自动化运行建立的变电站调度机房嵌入管控系统的拓扑结构如图1 所示。该系统内部结构可被划分成3 层：站控层、间断层和网络层。站控层的作用是以信息技术为依托，对电气设备进行控制；间断层负责传递指令并分析故障；网络层的任务主要是传输相关数据。

图1 变电站调度机房嵌入管控系统拓扑结构

3.1 通用平台

该系统的通用平台强调将分布性、开放性和扩展性良好的客户机-服务器系统（Client/Server）作为核心，通过实时处理海量数据的方式，确保网元管理系统及能量管理系统所提出要求得到满足。

平台网络模型规定任一客户机均有服务程序对应，由服务程序负责对服务器信息进行获取，根据相关信息对链路进行建立。客户机所安装应用的连接对象为本地服务程序，如图2 所示[2]。

图2 通用平台网络模型

结合图2 所传递信息可知，服务器与任一客户机间的数据链路仅有1 条，本地应用服务器端为本地网络程序，而系统客户端同样为本地网络程序。两级结构模式的特点主要体现在以下方面：（1）减少了网络链路数量，使管理网络的难度有所降低；（2）除特殊情况，客户应用均不关联系统服务器，可使应用数据更加透明；（3）本地程序以实际需求为依据，对链路进行增删，通过对网络效率进行提高的方式，使网络负担得到减轻；（4）不仅实现了数据链路的无缝切换，还保证了切换过程透明。

3.2 分布式管理

3.2.1 通信管理

基于主站系统运行节点，其工作方式可被概括如下：（1）在客户端与服务器之间建立数据链路，为通信实时性提供保证；（2）以标准协议为依据，在客户端与服务器之间进行数据共享；（3）将客户端提出的服务请求上传至相应服务器；（4）由服务器以客户端提出的请求为依据，定期对数据进行更新。

3.2.2 数据追赶

数据追赶指的是以历史数据库因故停止运行为前提，在一定时间内，实时系统仍可正常运行，待相关服务器故障解除、恢复正常运行后，对停机期间所产生数据加以恢复的功能。对该功能加以应用，可使系统更加可靠且稳定。

3.2.3 软总线访问

系统以数据库所提供服务为依据，对访问请求进行处理，使其成为形式固定的逻辑客户。而符合通用平台特点的管理机制通常设有3 类接口（见图3），这样设计的目的主要是确保逻辑客户可对软总线进行有效访问[3]。

图3 软总线访问模式

4 如何保证变电站电力得到安全运行

要使电力系统运行安全，关键是以变电站需求及现行管控标准为依据，对原有方案进行升级，以数据采集和处理系统为基础，由监控系统为计算机提供全方位的保护，保证变电站运行方案的安全性。

4.1 将电气自动化与计算机技术相结合

4.1.1 自动巡查

电气运行所采用的巡查方式为机器人巡查，强调以自动处理系统为依托，使自动检测得到有效控制。以安全运行相关规范为依据，对巡检机制进行完善，保证每次巡检时，机器人均可对数据进行及时检查与全面复审，通过定期排查变电站线路、设备元件的方式，确保潜在故障可被尽快解决，使电力系统的安全性得到维护。

4.1.2 信号处理

将自动处理机制与电气系统相结合，可使设备状态等信息被及时上传至计算机，不仅系统操作更加规范，电力运行也会更加安全。由此可见，只有确保各项工作的开展均与标准规范相符，才能尽量避免出现安全隐患。

4.1.3 信息回传

电气自动控制系统可凭借自动处理功能对信息数据进行及时且有效的回传，确保故障信息均有对应的处理指令，使计算机所具有的保护功能得到充分发挥，为变电站的安全、稳定运行提供支持。在此基础上，结合安全抽检结果对潜在问题进行纠正，通过提高管控水平保证管控效果。这也表明相关技术可被用来对计算机的日常运行加以约束，例如，对运行模式进行纠正，及时发现并解决自动巡查相关模块存在的故障。

4.2 将电气自动化与数据采集和处理系统结合

为确保电力系统安全运行，应以自动控制系统对数据采集、处理模块提出的要求为依据，通过电气自动化及时收集模拟信号与数字信号，为脉冲状态的判断提供参考。例如，对断路器所处状态、故障警告和故障跳闸情况进行分析，确保隔离开关始终处于可控状态，为变电站的长期、稳定运行提供保证。

4.3 将电气自动化与技术升级结合

对变电站所用技术进行管控时，相关部门应将重心放在技术管理要点上，这是因为只有保证运行管控平台更加完善，才能减少安全隐患，确保电力系统的运行更加稳定[4]。

此外，以下内容也应引起重视：（1）将操作人员纳入管理计划，保证操作人员能够以技术规范为依据，对各项工作进行贯彻落实，以发挥技术优势为前提，将技术使用不合理造成的负面影响降至最低；（2）根据技术人员的需求，定期组织专业培训活动，保证工作人员的技术水平可达到安全管理的要求；（3）定期检查各项技术的落实情况，将技术管理工作交由监督部门负责，通过定期模拟并开展演练的方式，使技术管理质量得到提高；（4）对消防设备进行完善，通过建立切实可行的管控机制为安全管理相关工作的有序开展助力。

4.4 安全数据信息的获取

为确保电气自动化以及电力设备的安全、稳定运行，需要校验电气设备的热稳定性和动稳定性，获取具体的短路基准电流值和阻抗值。

通常情况下需按照三相短路计算，短路计算点选择通过导体和电气设备短路电流最大的点。根据上述原则，选取220 kV 母线、110 kV 母线、10 kV 母线，计算点定义为1、2、3。取基准容量Sj=100 MV·A，基准电压Uj一般为各级平均电压Up，即Uj=Up=1.05UN，UN为电压有效值，又被称为标称电压。3 个计算点的基准电压结果为：

根据母线短路时基准电流Ij=Sj/（Uj），可得到3 个计算点所在母线的短路时基准电流为：Ij1=0.25 kA；Ij2=0.5 kA；Ij3=5.5 kA。

基准阻抗：X′=UkSj/(100×SNT)式中，Uk为阻抗电压；SNT 为阻抗标幺值所对应基准值。

220 kV 母线实用阻抗：XΣ(220)=0.16/1.1=0.15 Ω

110 kV 母线实用阻抗：XΣ(110)=(0.16+0.006)/1.1=0.15 Ω

10 kV 目前实用阻抗：XΣ(10)=(0.16+0.006+0.09)/1.1=0.23 Ω

通过上述计算公式对电气设备运行中的数据参数进行获取是确保安全运行的基础，能够为电气自动化升级方案提供数据支持。在电气自动化控制中，相关人员应关注电路基准点电压、电流最大有效值、短路电流冲击值，短路容量等数据，并将其纳入计算机平台，以此获得相对完善的参考值，为决策制定提供参考，为电气自动化与安全运行奠基。

5 结语

电力系统的安全运行是变电站的职责，并且在加快电力改革速度方面发挥着重要作用。通过上文的分析可知，电力系统的安全运行及其自动化与人们的日常生活存在密切联系，相关单位应视具体情况制订针对性的运行和管理方案，通过提升管理水平的方式为电力系统提供安全可靠的运行环境。以电力行业的实际情况为依据构建自动控制系统，对工作人员的素质与能力进行提高，及时发现并排除潜在危险，使电能供应能够满足人们的需求。