变电所智能辅助系统的应用分析

国网河南省电力公司济源供电公司 霍明霞 王 锋 苗 堃

1 变电所智能辅助系统结构概述

智能辅助系统的设计是为了满足变电所的安全运行和智能化的需求而进行的一个总体的规划与安排。其主要包括电源模块、数据采集及控制单元、通信网络及继电器的选择与安装，主接线方案的确定，各分段的短路电流计算，以及短路器的校验；监控仪表的显示功能和报警装置的设置等。变配电网中的电气设备的正常工作，首先要保证它们能够在最糟糕的情况下，仍然能为电力用户提供优质的供电服务。在整个的系统中，它是非常重要的一部分也就是主接线。主接线的基本要求：可靠性、安全性和灵活性。这就需要其有很高的技术水平并做到经济合理，同时也对其设计方案提出了较高的要求，必须符合国家标准，并能使之操作方便。

1.1 变电所智能辅助系统的基本组成

变电所智能辅助系统的基本组成有：

控制单元：主要是由监控系统、操作/管理/维护自动化装置和通信网络等组成。

信息交换设备：通过计算机或其他的相关接口实现对变电所的实时监视、数据采集和处理，并将这些信号传送到控制中心。

站控中心：负责对整个变电站的运行状态进行监测，并在发生事故时及时发出报警通知，同时还可以将故障的地点及位置显示到人员面前，以便于管理人员能够快速的采取相应的措施来解决问题。

计量与测量仪表：为保证变配电器的正常工作，需要有一个独立的检测与保护功能，并且在其内部安装各种传感器，用来收集外部环境的变化情况，从而达到对电气量的准确评估。

1.2 变电所智能辅助系统的基本原理

在变电所中，电能是其主要的来源和动力。而变电站的智能化是实现无人值班的重要技术手段。智能辅助系统的功能包括：根据负荷的大小自动调节电压，使其满足用户的用电量需求；当电力发生故障时，能够及时的切除电源，保证供电的可靠性；当电网出现异常情况，能迅速的恢复正常运行，避免造成大面积的停电事故。

由此可见，智能辅助系统的应用对于提高整个社会的经济效益具有十分重大的意义和作用。随着科技的不断进步，人们对生活的要求越来越高，对电气设备的安全性、稳定性以及可靠性的重视也逐渐增加，所以智能化的变电所的设计与管理，不仅要考虑到安全性能，还要充分的体现出人性化的特点与优势[1]。

2 变电所智能辅助系统的设计

电力系统中的电气主接线的设计是变电所的核心部分，也是整个变电所的重要环节。在实际的运行过程中，主接线的设计直接决定着供电的可靠性和灵活性。而在对主接线的设计时，需要根据不同的情况来选择合适的母线及断路器，同时还要考虑到后期的维护等问题。对于变电站的二次回路，主要包括了变压器的选型、隔离开关的选型、断路器的选型以及高压电器的选型。在对一次设备的布置上，要保证其与母线及继电保护的合理配置，并且要满足经济性的要求；另外，还需注意到，由于负荷的变化会引起的电流大小的改变；因此，为了确保系统的安全稳定，还应采取必要的措施来防止故障的发生和影响的扩大；最后，还需充分的重视的是，如何提高配电网的电压质量，使其能更好的发挥作用，从而为用户提供更加优质的电能服务。

2.1 系统设计方案

变电所的智能辅助系统主要是通过对变配电所的信息进行收集和分析，然后根据这些数据来对其电气设备的运行状态做出判断，从而实现对电力资源的合理配置。在设计智能辅助系统的时候需要考虑到的问题有：在整个的系统中，主变压器的容量以及电压等级都应该满足供电的要求；主接线的方案选择也是非常重要的一个环节，要保证母线的可靠性和安全性，同时还要尽量降低成本，并且要符合经济性的原则；对于负荷的大小也要做到足够的准确；当发生故障时，能够及时的切除电源，避免造成更大的损失；当出现异常情况，可以快速的恢复正常工作，不会影响到正常的生产生活。因此在实际的工程当中，我们一般都会采用双回路的方式来完成。其中有一条线路就是由两条母线连接起来，这样就能使其不间断的向用户提供负载的作用了。

2.1.1 系统界面

变电所的主接线设计在变电所的主接线中，其主要的电气设备有：变压器、断路器、隔离开关和母联装置。其中变压器的作用是将电压进行升压，从而使高压断路器和负荷供电。断路器的作用是切断短时的线路并使其能够正常工作。隔离开关的功能就是当发生故障时，可以将电路中的低压回路切除，保证其他的用电设备的安全；断路器的性能直接影响到电力系统的稳定运行。智能化的继电器的配置智能化的继电器的种类有很多，包括了单相式和双相式的继电器，它们都具有一定的优点以及缺点[3]。

2.1.2 变电所智能辅助系统的通讯

通信系统是变电所的核心部分，它主要由数据交换设备、控制装置和测量仪表组成。在变电所中，数据传输的载体是光缆，光缆的作用就是将光缆进行转换，从而实现对整个变电站的实时监控。而在传统的电力网络中，通常都是采用电缆的形式来完成信息的传递和交流，但是这种方式存在着一定的弊端，那便是线路铺设的复杂以及布线的困难等问题，而且一旦出现故障，就会造成大面积的停电事故，这也就使得人们对于电网的安全产生了质疑。因此为了保证供电的稳定性与安全性，需要对其的通讯系统加以改进。而随着计算机技术的发展与成熟，我们已经开始使用电脑的终端来代替原来的PC机，通过利用数字化的手段将各个模块的信号发送给上位机，然后再由软件的程序来处理这些数据，这样既可以简化操作人员的工作量，又能提高可靠性，同时也能够使其更加的方便快捷。

2.1.3 系统安全性

由于变电所中的电气设备的绝缘等级较高，所以在发生故障时，会造成整个变电所的供电线路的损坏以及影响到用户的正常生活，甚至可能导致火灾事故的出现；而在电力系统中的变压器、开关等的运行状态也会受到一定的干扰；而当这些电器的绝缘性和耐压性都比较低的时候就很容易被破坏，进而引起短路的现象；同时，如果是在长期的工作过程当中，因为一些外界因素的变化或者是人为的操作失误，也会使其产生误动作，从而引发安全隐患。因此为了保证变电站的安全性和稳定性，必须对其进行严格的控制管理。对室外的热源的监控、对周围的湿度、气压等的检测、对室内的烟雾浓度的检测等，根据报警信号的具体情况，采取相应的措施：当发现异常的警报声时，应当立即停止该装置的运作并发出紧急的灯光提示，以提醒工作人员及时的处理问题[3]。

3 变电所智能辅助系统的实现

对于变电所的智能辅助系统来说，它是一个非常复杂的系统工程，它主要包括了主接线的设计、继电器的选择、控制策略的制定以及通信接口的设置等等。在实际的工作中，我们需要根据不同的要求来进行相应的调整和配置，从而使整个变电所能够正常的运行下去。主接线的基本原则就是：满足供电可靠性和灵活性的需求，便于扩建、经济合理、占地面积小，投资少。主接线的设计是十分重要的部分之一，也直接影响着电力的安全与稳定。下面就对变电站的智能辅助系统的实现过程做具体的介绍。

变压器的选用：为了保证电能的传输与分配的顺利完成，必须要有一定的容量大小，这样才能使其可以方便的管理与调度。同时也要考虑到未来的发展方向，对设备的选型，应该尽量的降低成本，并且还要提高产品的质量水平。

3.1 智能辅助系统的关键算法

对于智能辅助系统的设计来说，其主要的关键在于对数据的采集和处理，所以在对智能辅助系统的研究过程中，需要考虑的关键技术有以下几点。

传感器的选择：在变电所中，由于变电所的负荷会随着电力线路的负载而不断的变化着，因此要想使智能辅助装置的工作效果达到最佳，就要根据具体的情况来进行合理的选取。

通信的方式：在智能辅助系统的通讯时，要想使整个系统的性能得到提高，就必须选用能够满足远程控制的通信设备，这样才能实现对变电站的实时监控，同时也可以减少人工的操作。

上位机的编写：为了保证智能辅助装置的正常运行，就得先将主控机与各下级的控制中心之间的信息传递给上级的调度中心，再由主控室的工作人员来负责完成。

3.2 服务器

对于变电所中的电能供应和需求的监控系统，其核心处理器是服务器。它主要负责整个变电所的数据信息的采集、处理和分析等工作。在对服务器进行管理时，需要对数据库的操作员的指令执行情况作出判断，并将相应的参数设置在显卡上。由于计算机网络的强大功能，它可以实现实时的通信、存储以及控制等多种功能，因此它的应用范围非常广泛。目前，随着互联网技术的发展成熟，基于以太网的远程视频会议系统已经成为主流，而变电器主站作为其中的一个分支，其作用也越来越重要。而传统的模拟电视电话的传输方式其存在的问题是：信号的衰减性比较高，容易受到外界环境因素的影响；而且电缆线的敷设位置也会产生一定的干扰；同时电缆线的敷设还会造成电磁感应，从而导致故障的发生；此外无线设备的布线也会带来一些安全隐患。所以采用数字化的有线化的智能化的智能化的变电站的解决方案势在必行。

3.3 数据传输

数据传输主要包括电缆和大地线的传输两个方面。在变电所中，可以使用远程控制的方式来实现对变电所的智能辅助，保证数据的准确性和可靠性。在实际的工作中，通过远程的监控能够及时的发现故障的位置并进行处理，从而提高了检修的效率；对异常的情况做出判断，避免事故的发生；还能对设备的运行状况作出评估，减少不必要的损失；同时加强数据的保密性，防止信息泄露。但是在目前的电力系统当中，由于各种因素的影响以及一些人为的原因造成的数据丢失，导致了这些问题的出现都会使整个系统的安全性受到一定的威胁与挑战。为了确保变电站的安全可靠，需要采取多种措施来解决这一系列的问题：采用数字化技术，将模拟电路与数字信号相结合，利用计算机的实时性，将模拟量转化为数字量，进而达到有效的保护作用。

4 变电所智能辅助系统的具体应用

目前，变电所的智能辅助系统主要有以下几种：

计算机网络化。随着科学技术的发展以及人们生活水平的不断提高，计算机技术的应用范围也越来越广，其功能也在逐步的扩展和丰富，其在变电站中的应用也更加的广泛和完善。

集中式监控。由于变电所的规模较大，所以对整个电力系统的运行状况的监测就显得尤为重要。而通过对各个区域的实时数据进行分析，能够及时的发现异常情况，从而采取相应的措施来降低故障的发生率或者是避免事故的发生。同时还可以实现远程的操作控制，使其具有较高的安全性。此外能有效的解决一些突发的问题。最后对于电网的安全管理，智能化的设备都有着不可替代的作用和意义。

总线式的通信与控制系统。在我国的大部分地区，分布式的自动化程度比较低，因此需要建立一个统一的信息平台，将这些先进的通讯方式引入到其中，这样才能更好的发挥出它的优势所在。

现如今，变电所的智能辅助系统已经被广泛应用于电力、供配电网、工业控制等领域。在我国，变电所的智能辅助系统的应用还处于发展初期，其主要的应用及效果是：在配电网中的自动化监控。通过对设备的实时监视，可以及时发现异常情况，并采取相应的措施进行处理，从而保证整个系统的正常运行；在工厂的生产过程中的自动监测。根据不同的要求和工作状态，对产品的质量和数量的变化做出分析，以确定是否需要改变；为实现无人值班。利用计算机的远程操作，可将工控室的值班功能与现场人员的值班功能相结合，提高了工作人员的安全系数。同时也使企业的管理更加规范化。