变电站电气工程自动化设计分析

变电站电气工程自动化设计分析

秦琨，杨凯龙

锡林郭勒超高压供电公司，内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市，026000

摘要：电站的自动化设计是人类对电力资源利用需求的不断增加以及科学技术不断发展的重要产物，首先则需要对变电站的测量仪表、信号系统、继电保护等二次装备不断的进行功能优化设计，其次要引用当今先进实用的计算机、现代电子、通信和信号处理等技术，第三要应用以上技术对变电站的设备进行测量、自动监控、微机保护等自动控制，使得变电站的设备运行实行自动化自动控制。利用计算机代替人工控制，不仅能够实现变电站控制的功能综合化、结构微机化、操作视屏化、运行职能化，给设备操作的过程中减少了不必要的失误，而且也能够极高的提高设备的工作效率。

        关键词：变电站;电气工程;自动化;设计

        前言

        随着广大电力用户用电需求日益增加以及相关技术的不断进步，自动化的变电站工程设计应运而生。电力企业自动化电气工程指的是选择先进科学的生产技术来对电气工程进行建设，通过积极采取自动化技术有利于电气工程实现自动化的作业。可以说，在变电站工程中，自动化的设计属于必然的一个发展方向，通过该技术不但可以实现电力系统自动化运行管理，而且还能促进电力企业经济效益、社会效益的综合提升。

1、电气工程及其自动化技术的概念

        电气工程从产生到现在，经过长时间不断的发展和改进，已经逐渐的趋于完善。在电子产品产生的时候，人们将其与电气等相关的产品和技术 统称为电气工程。而随着信息化时代的来临，无论是在生产技术还是材料 选用等方面，电子产品都取得了长足的发展。因此，电气工程的相关概念也逐渐变得更加广泛。在实际生产中，对电气工程的发展和进步产生影响的主要有信息技术 和物理科学等方面。在信息技术方面，主要是计算机和网络等技术的影响，而物理科学方面则主要是集成电路等相关的硬件设备。因此，电气工程也可以分为硬件和软件两个部分。在我国电气工程及其自动化技术主要是用在工业系统的控制当中，利用相关的控制系统操作设备，是生产线能够实现自动运转，减少人力的消耗。目前，世界上很多企业在生产当中都采用了这项技术。相比于世界上一些发达国家，我国的自动化水平仍然存在着一定的距离[1-2]。

2分析自动化变电站工程设计结构

        2.1分散式

        目前，我国的通信技术以及计算机网络技术等已经越来越成熟，并且在电力系统中已经得到了广泛的运用，在此背景下分散式的变电站结构设计成为了传统集中式的一个新发展方向。分散式设计将变电站工程设计中，将各类输入单元以及输出单元的元件在中压、低压的开关柜中以及一些高压设备的附近进行安装，使得变电站的单元部件实现了有效保护与有效监控，进而提高了工程现场单元部件的安全监控及继电保护效率。传统的信息通信基本都是借助RS-422/RS-485 的通信接口来连接，但是在自动化的设计中，积极运用了先进的网络技术使得变电站自动化控制更加完善。比如：在工程现场积极运用了CAN、LON EORKS等总线型的先进网络。分散式自动化变电站控制系统设计也随着科学技术水平的不断提升而降一些遥测技术、遥信技术以及采集处理技术、继电保护等在现场单元部件中共同运用，使得变电站运行当中，其单元部能够经过上述先进的网络技术及时把信息数传输给后台的主计算机中，由后台的主计算机进行自动化的处理控制。总的来说，这种分散式的自动化变电站工程设计不会对主控制室提出苛刻的要求，还能有效减少主控制室面积，这样一来有利于降低检修难度，也进一步节约了工程投资资金及工程建设的难度，而且在变电站实际运行的过程中，其性能更佳，安全性和电力传输的稳定性也更高[1]。

        2.2集中式

        集中式的变电站工程设计是传统变电站向自动化转型过程中首先实践的一个结构，其设计理念围绕着变电站所具备的功能要求来进行，然后按照工程设计要求将运动装置与机电保护等装置设计在变电站的中央控制室。在实际设计中，要借助CT、PT以及开关辅助触点把变电站的仅进出线、变压器重要设备及时传输给中央控制室，然后保护装置、测控装置会及时接受到这些信息后再通过计算机技术及相关设备等进行一个初步的处理，最后再将信号传输给通信控制器中，利用该设备转换这些信息数据的格式，与此同时，在这个过程中还能够进一步处理变电站所测量、保护以及控制的信息，之后再将其传输给远方的调度中心以及本地区的后台机，实现信息的进一步交换。可以说这种集中式的设计可以几种、统一处理整个变电站的内部信息，使得变电系统的运行更加完善，同时又能与传统变电站的运行需求相互适应。但是，集中式的自动化电气工程设计元素基本由微机运动、保护等系统所构成，因此，具有较多的组屏，会占据较大的地面面积，同时也会导致电力材料的增加，对电力资源缺乏合理运用，也会浪费大量的工程造价。此外，这种变电站在运行的过程当中HIA逐步凸显出了软件复杂的缺点，且还表现出繁琐的工作模式、难以达到预期精度等缺陷，目前难以全面满足自动化变电站系统运行的要求。

        2.3分散式与集中式的有机结合

 将上述的两种设计结果融为一体，能够使其各自的优点得到显著发挥，并且还能对不足之处实施进一步的弥补。在实际运用中，积极选择分散式的结构以及集中式的组屏，两者互相结合后能够促进变电站系统设计、设备组装、维修工作等更加容易，中低压的变电设备被统一集中后，使其使用效率全面提升。

3、分析自动化的变电站系统设计需要具备的基本功能

        3.1保护功能

在自动化的变电站设计中，包含的基本功能首先就是微机保护的功能，同时这一功能又涉及了一系列的变电站母线保护、内线路保护以及母联保护、电容器保护、变压器保护等诸多功能。

3.2数据采集功能

这一功能主要是指对变电站的脉冲量数据、以及状态量数据、模拟量数据等进行采集的功能，采集状态量数据的内容又包含了断路、隔离开关以及接地刀闸、变压器分接等多种状态下的数据也采集，若状态量数据较为重要，可以积极使用双位置接点采集数据，简单而言就是选择分别用00、11来代表两种不同的状态，进而避免状态量数据采集发生失误。采集模拟量数据的内容包括了母线电压数据、进出线的回路电流数据、功率值数据的采集，还包括了电网频率数据以及相位等电量的参数、温度、变压器瓦斯数值等采集。其中采集电量参数主要是运用交流采样的方法进行，而对于温度、变压器瓦斯数值等这类非电量参数，则主要采取常规的变送器加 A/D变换采集的方式进行。脉冲量数据采集的内容主要是采集脉冲电度表中显示的脉冲数值。

3.3故障及事件记录功能

这里所说的记录事件的功能一般指的是记录变电保护动作的序列以及开关跳合情况，并且这个功能需要按照时间顺利进行记录，保存记录的时间至少在100ms以上，当故障出现的时候则需要将故障后3ms以及故障前的100ms波形情况进行记录。

3.4远方整定保护定值功能

这一功能指的是在变电装置远方或者附近安装几个保护的定值，便于可以及时显示出远方保护装置以及附近保护装置的实际状态。

3.5控制动能与操作功能

这两个功能能够及时控制调节变电设备的隔离开关、断路器以及变压器的分接头，与此同时还能有效控制变电站电容器组的互相切换。

3.6自动控制

这个功能能够促进变电站切换电容器以及变压器的分接头位置，实际运用中按照功率和电压实际变化情况来进行自动化控制。比如当主供电源发生失效时，则需要及时进行自动控制并且及时进行备用电源的转换[2]。

4、自动化设计技术在电力系统中运用

        4.1仿真技术

在电气工程中积极运用自动化的仿真技术，能够根据海量的实验数据实现变电站多项操作自动控制。仿真可以帮助工作人员创建一个虚拟实验环境并建立仿真建模来对电力运行情况进行实时、动态监测，使得系统的运行更加安全和易控制。

4.2集成技术：利用自动化的集成技术可以实电力系统各个部分的统一和集成，通过这以设计技术能对项目的设计以及后期的实施、测试等提高有效支持，保障开机安全以降低系统运行时间和投入成本。

4.3智能化电气技术

在变电站的电气工程自动化设计中，采取智能化技术如微机处理、网络通信等，有利于在电网故障后及时对系统发送信号，便于将此故障及时向相关部门反馈，进而及时解决故障，进全面提升了系统运行的安全性与可靠性。

3.4人工智能：可促进电力运转有效率的不断提升，当电网发生故障时可以及时借助人工智能技术消除人工检查的环节，加速故障解决的速度[3]。

5、结束语

        总而言之，在变电站工程设计中积极使用自动化技术，可使变电系统发挥自动化效果，在进行设计的过程中要明确其具备的基础功能，如保护功能、数据采集功能以及故障记录功能、操作功能等等，确保系统设计更加完善，这样才能在实际运行中显著降低人力、物力、财力。

        参考文献

        [1]赵晓梅.对变电站电气工程自动化设计的思考[J].中华民居(下旬刊),2019,16(05):277.

        [2]宋兴丽.110kV综合自动化变电站的电气二次设计分析[J].科技与企业,2019,22(15):477.

        [3]丁大为.建筑电气工程自动化设计及实现分析[J].河南科技,2019,11（06）:1.