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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
更新時間：2023-10-17 瀏覽次數(shù)：314
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(shù)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(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(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(shè)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(jīng)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(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技術(shù)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(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)進行反復核查和處理，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(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(nèi)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(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)的應用逐漸普及，通過相應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(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)進行培訓，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)、微機防誤操作系統(tǒng)、設(shè)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(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(chǔ)之上，為了進一步保證變電設(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(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(lǐng)域存在眾多的運行數(shù)據(jù)，在人工智能技術(shù)的應用下，對變電站進行運營維護，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)進行實時跟蹤。通過電力運行和維護過程中產(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智能學習技術(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(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，提供站內(nèi)運行的人機聯(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(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(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裝置動作信號；預告報警包括一般設(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(nèi)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(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(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當操作人員將就地設(shè)備的遠方/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(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(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(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(shè)備進行定時控制操作，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、管理提供可靠的保障。
4系統(tǒng)硬件配置
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 |
35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) | Acrel- 1000 |
| 可顯示變電站主接線圖，模擬配電網(wǎng)絡(luò)運行，實現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協(xié)助運維人員實現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設(shè)備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù)，對配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進行用能分析和能效管理 |
網(wǎng)關(guān) | ANet- 2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協(xié)議上傳，支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數(shù)據(jù)傳輸、支持標準8GBSD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個設(shè)備的多個報警設(shè)置。輸入電源：AC/DC220V，導軌式安裝。 |
35kV/10kV/6kV 弧光保護 | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； |
ARB5-E | 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： | ||
ARB5-S |
| 弧光探頭，可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜?；」馓筋^的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； | |
35kV/10kV/6kV 進線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點測溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； |
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； |
變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢，預埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； |
ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE100 |
| 無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） |
ATC600 |
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報警出口。 |
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | 其他功能 |
35kV/10kV/ 6kV進線 | AM6-L |
| 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | 操作回路、 雙以太網(wǎng)口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對時、 全電量測量 直流量測量 |
35kV/10kV/ 6kV饋線 | AM6-L | 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | ||
35kV主變 （2000kVA以上） | AM6-D2/ AM-3 | 兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護； | ||
AM6-TB | 變壓器后備保護測控、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、非電量保護、啟動通風保護、PT斷線告警、遙調(diào)升檔、遙調(diào)降檔、遙調(diào)急停； | |||
35kV/10kV/ 6kV廠用變 | AM6-S | 三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、零序過流、過負荷保護（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護； | ||
35kV電機 （2000kW以上） | AM6-MD | 差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉(zhuǎn)等電機綜合保護； | ||
10kV/6kV 異步電機 | AM6-M | 兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡； | ||
35kV/10kV/6kV PT監(jiān)測 | AM6-UB | PT并列/解列、PT監(jiān)測； | ||
10kV/6kV 電容器 | AM6-C | 兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護； | ||
35kV/10kV/ 6kV母聯(lián) | AM6-B | 兩進線備投/母聯(lián)備投/自適應備投、聯(lián)切備投、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負荷聯(lián)切/告警、檢同期、合環(huán)保護； |
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)都開始應用自動化技術(shù)，地提升了變電站工作效率，進一步保證電力系統(tǒng)運行安全。參考文獻
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