基于變電站自動化系統(tǒng)中的安全措施分析及應用

發(fā)布人：Acrel295 時間：2023-10-09 來源：工程師

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陳怡錦

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

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)據采集，結合大數(shù)據分析，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，根據對終端數(shù)據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，可以根據實時數(shù)據進行分析匯總，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；

（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)據和智能化運維應用。變電領域存在眾多的運行數(shù)據，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)據信息，構建信息化人工智能技術的管理方法，實施智能電網的運營。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，性能價格比優(yōu)越，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網絡結構，站控層網絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。

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、****、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。

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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。

3.4.4用戶權限管理

系統(tǒng)設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權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，模擬配電網絡運行，實現(xiàn)無人值班模式；根據順序事件記錄、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)和用電設備進行用能分析和能效管理
網關	ANet- 2E8S1		8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA等協(xié)議的數(shù)據接入，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)據傳輸、支持標準8GBSD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺轉發(fā)數(shù)據；每個設備的多個報警設置。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，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為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，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據，支持61850協(xié)議。
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、節(jié)點測溫	ASD500	$D:\姜建妹工作\03-部門產品資料\2020年資料\智能配電產品圖品2019.12.13\ASD\新版\ASD300(III)\HG9A5396.JPG$	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、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內電氣接點無線測溫、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；
變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫	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，****頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換）
柜內環(huán)境溫濕度	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，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；
35kV主變（2000kVA以上）	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、遙調升檔、遙調降檔、遙調急停；
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；