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基于變電站自動化系統(tǒng)中的安全措施分析及應用

發(fā)布時間： 2023-09-22　　點擊次數(shù)： 465次

安科瑞陳聰

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，包括自動控制設備的投入，電氣自動化與計算機技術相、設備數(shù)據(jù)的采集與處理、自動化系統(tǒng)的升級、人工智能技術的應用。

關鍵詞：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)場復雜程度的提高、用電容量的擴大、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、特高壓技術的普遍應用，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大、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)域內的電力系統(tǒng)造成安全隱患，嚴重時甚至會發(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，導致變電設備的某些功能無法正常發(fā)揮或者誤動作，從而發(fā)生設備異常等問題，進而整個區(qū)域系統(tǒng)的安全運行。

1.2設備問題

變電系統(tǒng)運行時，人們往往只重視整體效果，忽視了對線路和設備細節(jié)狀態(tài)的關注，因生產節(jié)奏緊張及系統(tǒng)關聯(lián)性等因素，無法停運設備進行詳細檢修、維護，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，造成變電設備潛在隱患，從而導致變電系統(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，只是在一些經濟發(fā)達地區(qū)的新建項目得到了應用和落實，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)了保護的微機化，但對于變配電自動化乃至智能化的認識不足，現(xiàn)實應用存在較大差距。

2變電站的電氣自動化系統(tǒng)與安全運行措施

2.1自動控制設備投入

隨著信息技術的不斷發(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，要加大對于相關設備的研發(fā)力度，使其在性能方面更加適用于變電站的建設與運行高新技術往往和高額的建設成本相匹配，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備的投入力度，增加各類運行實時監(jiān)測、檢測技術的應用，不斷提升變電站自動化水平。同時，提高設備的管理與維護的智能化，由此來保證設備運行的精良性，為電力安全做出保障。

2.2電氣自動化與計算機技術相

智能巡檢

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

信號處理

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

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)進行及時且的回傳，確保故障信息均有對應的處理指令，使計算機所具有的保護功能得到充分發(fā)揮，為變電站的安全、穩(wěn)定運行提供支持。對運行模式進行糾正，及時發(fā)現(xiàn)并解決自動巡查相關模塊存在的故障。

2.3設備數(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)展進程，設備運行監(jiān)測等環(huán)節(jié)基本上實現(xiàn)自動化，在相關數(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。當然，為了保證變電站能夠實現(xiàn)實時監(jiān)測，需要對電氣自動化技術進行革新，根據(jù)對終端數(shù)據(jù)的分析結果來制定出更加科學的設備控制策略，從根本上保證設備監(jiān)測的性。另外，在數(shù)據(jù)采集方面，常規(guī)設備主要是針對站內設備的電流、電壓等內容進行采集，隨著技術的發(fā)展，紅外成像、局部放電檢測、無線測溫、油樣色譜在線監(jiān)測等新技術的應用逐漸普及，通過相應的檢測手段輔助來了解變電站設備的運行情況，可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)進行分析匯總，從而提前判斷設備惡化趨勢、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重要，所以電力工作人員要重視起對于變電站的技術管理，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升級相結合，具體需要做好以下方面工作：

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

（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、技術人員的能力以及技術進行培訓，不斷提升自身能力；

（3）將變電站內各類系統(tǒng)，例如，變配電自動化、消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、微機防誤操作系統(tǒng)、設備在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、機器人巡檢系統(tǒng)等進一步，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)架構中，變電站所起到的作用不言而喻，直接關系到電力系統(tǒng)的安全運行。而且隨著變電設備的日益化、自動統(tǒng)，以自動化處理技術為發(fā)展技術，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，工作人員的技術水平、突發(fā)事故的應對能力、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。當然，在工作的過程中，需要時刻謹記安全的準則，將一切工作安排建立在安全的基礎之上，為了進一步保證變電設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備本身狀態(tài)進行嚴格檢驗分析，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)問題要及時進行處理，提升變電運行的可靠性。

2.6基于人工智能技術的變電運維管理

電網(wǎng)設備智慧運維管理系統(tǒng)對供配電設備進行全壽命周期的規(guī)范化、數(shù)字化管理的大數(shù)據(jù)和智能化運維應用。變電領域存在眾多的運行數(shù)據(jù)，在人工智能技術的應用下，對變電站進行運營維護，可以保證管理下的設備運行數(shù)據(jù)得到實時監(jiān)測，將變電運維管理工作實行得更加。將人工智能技術與設備運行管理相結合，對變電站設備的運行狀態(tài)進行實時跟蹤。通過電力運行和維護過程中產生的數(shù)據(jù)信息，構建信息化人工智能技術的管理方法，實施智能電網(wǎng)的運營。采用專家知識庫+AI智能學習技術的設備在線監(jiān)測系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的計劃檢修方式；一旦設備在運行期間出現(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)設備運式、降低故障率、提升供配電設備壽命和供電可靠性等功能，可以提高變電設備管理的效率。通過數(shù)字孿生平臺VR技術可以實現(xiàn)用可靠、安全、經濟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行職業(yè)技能培訓，用以不斷提高運行人員基礎理論知識、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、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設備包括監(jiān)控主機，提供站內運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調度通信；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)絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監(jiān)控功能。

針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，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)絡結構，站控層網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡采用單網(wǎng)雙機熱備配置。

3.2應用場所：

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)結構

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、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、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裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、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，每次確認一次報警。報警一旦確認，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入，即次報警不覆蓋上一次的報警內容。報警處理具備在主計算機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），分別定義作為預告報警和事故報警。

3）開關事故跳閘到次數(shù)或開關拉閘到次數(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調節(jié)與控制

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

操作控制分為四級：

第控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(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，具有遠方/站控層的切換。

第四級控制，遠方控制，優(yōu)先級。

原則上間隔層控制和設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，并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，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。

納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關及帶電動機構的接地開關；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。

3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。

4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。