基于电力系统电气工程自动化的智能化应用探析

前言：电力系统作为社会发展的基础设施，关系着社会经济稳定发展和广大人民群众的健康生活。在我国电力系统规模不断扩大背景下，传统电力系统电气工程自动化技术已经难以满足实际需求，为此，积极推进电力系统电气工程自动化的智能化应用是实现电力系统高效运行的重要基础。

1 项目概况

某电力公司拟建的 750kV 智能变电站，是该地区电力传输网络的重要枢纽工程。本工程共建设35千～220千伏共38条线路，总投资约3.5亿元，占地约 80 亩，建设周期 18 个月，建成后担负地区约 2000 万千瓦的电力输送和分配任务，有效提升地区电力供应可靠性和稳定性。本项目智能变电站建设部分分为智能一二次设备和二进制系统两部分，采用先进技术，实现变电站自我监测、自我控制、智能保护、信息交流功能，从而进一步提升变电站的自动化水平。

2 电力系统智能一次设备构建

2.1 智能互感器

智能互感器主要是用于计算电流量与电压量，将高压与大电流转化成低压与小电流，便于进行后续的测量、保护与管理工作。与传统的互感器相比，智能互感器更加准确，工作频率范围更广，动态范围也大，抗干扰的能力也更强。750kV 智能变电站工程中采用电子式电流互感器与电子式电压互感器，其中电子式电流互感器采用了罗氏线圈，可测量的范围为 0～6000A ，准确等级为 0.2S，其正常工作时所产生的误差的大小为不超过 ±0.2% ，而相位的偏差则不超过 ±10 。电子式电压互感器采用电容分压技术，电压的可测试范围为 0～800kV ，准确等级为 0.2 级，误差的大小为不超过 ±0.2% ，同时相位偏转不应超过 ±5_⨀ 。智能互感器利用内部的光纤传感器与信号处理模块，实时进行电流与电压数据的采集，而后将数据进行数字化处理，再通过光纤传输到二次系统 [1]。

2.2 智能断路器

智能断路器作为重要设备用于供电系统中，其故障时可以及时地切断断路、保护供电电路。智能断路器是在传统型断路器基础上整合智能化控制电路、传感电路和通信电路等电路的智能断路器，能在线观测断路器的工作情况、远程控制以及实现智能保护。采用的 750kV智能断路器，其短路合闸最大开断电流为 50kA ，操作顺序为 0-0.3s- CO-3min-CO，机械操作次数为 3000 次，电气操作次数为 50 次。智能断路器内部有位移传感器、温度传感器、压力传感器等多种传感器，可以不断监控断路器开/合位置、动触点温度、SF6气体压力等运行参数。通过智能控制电路采集的数据进行分析处理，进而完成断路器智能化动作。例如，当监测到SF6 压力低异常时，智能控制单元发告警信息，同时闭锁断路器的分合闸动作，以防断路器爆炸等恶性事故的发生。

2.3 智能开关柜

智能开关柜是一种集成装置，用于安装及保护电力设备，柜内有断路器、隔离开关、互感器等，还有智能监控与管理系统，进而使得开关柜的设备运行状态进行实时观测、故障识别、自动化控制。智能开关柜本项目采用模块式构建柜内的布置，在开关柜中，使各设备安置有序，便于安装及检修；此外，智能开关柜具有环境感知装置，如温度湿度传感器、微弱电弧监测仪、温感装置等，对柜内温度、湿度、小电弧、火灾等进行监测。智能开关柜中温感装置的灵敏度可以达到1pC 量级，意味着可以较早地检测到柜内设备绝缘缺陷的发生。智能开关柜的开关柜控制器对采集的数据进行分析，进而实现设备故障的早发现早处理。比如当开关柜内部出现温度过高，智能开关柜将控制启动降温风扇来处理柜内的温度；当开关柜内的小电弧超标，将向工作主管报警，提示维护人员前来检查和维修。

3 变电站智能二次系统设计

3.1 数据采集与处理

作为智能二次系统，数据采集处理主要对智能一阶段设备工作状态参数等进行实时采集和处理，为下阶段的保障措施和决策制定提供准确可靠的数据信息。智能断路器的温度、湿度和局部放电量等数据被采集，采用分散式的采集方式，采集模块设置在每个智能阶段装置附近，借助高速通讯网将采集到的数据传送至数据管理中心。数据管理中心中的高性能服务器和数据处理软件能快速处理转换大数据量，在数据处理程序中融入数据校验、过滤、转码等功能，能去除数据中的杂质和噪声，提高数据质量。采用数据备份与多重存储的方法对数据的安全性和稳定性进行维护，数据管理中心配置主、从服务器2 台，主服务器出现问题后，辅助服务器可自动升级，保证数据管理的连续性。同时数据被即时复刻存储于硬盘组中，防止数据丢失。经过对数据采集及处理系统的优化改进，该变电站的数据采集准确率达到 15% 左右，数据的处理速率提升了 20% 左右，为电力系统安全稳定运行提供了有力的数据支撑。

3.2 智能控制与保护

在智能二次系统的基础上，智能控制和保护主要是指在采用数据采集和处理系统输出的数据信息的基础上，通过智能化自动化控制对智能的一次设备进行控制，并同时提供智能的保护措施，确保电力系统无论是正常运行还是存在问题均能够保持稳定。该系统会采用分级控制的方式，从站控层、间隔层到过程层控制。站控层主要是对站的整体运营进行管理协调和优化，结合电力系统的负载变化和运行状态来设置合理的控制策略；间隔层是为各个隔离区内的设备来进行操作，执行由站控层下发的指令并向其汇报设备的运营状态；过程层则是连接在智能一次设备上面，实现在线监控 [2]。智能保护采取具有纵联差动保护、距离保护、零序保护多保护的综合保护措施。该系统能够及时检测出电力系统是否存在问题，了解出现的故障类型和故障位置，在检测出问题后能够及时在很短的时间内发出关闭的指令，防止问题扩散。

3.3 通信网络架构

通信网络架构作为智能二级的核心中枢，完成一级设备到两级之间的通信交换数据，以及整体系统之间的协调工作。采用分层结构的设计方式，分为厂站管理层、间隔层和过程层三个过程网络。厂站管理网采用千兆以太网技术，其主要作用是作为站点管理器之间、站点管理器和间隔层之间的通讯介质，其所传送的数据信息主要有动作信息、控制指令等。间隔层采用了百兆以太网技术，主要作用是对间隔层内的各部件进行信息交互，以及间隔层到过程层的通讯，所传递的数据信息多为设备的动作信息以及控制量等信息。过程层采用光纤以太网技术，并依据 IEC61850-9-2 的标准，实现过程层中的各设备与间隔层中的各设备之间的实时交互信息，例如所采集的量、跳闸的切换量等数据。

结语：综上所述，智能变电站项目依托于智能技术对电力系统电气工程自动化的过程进行了有效的改善，其中，智能一次设备的使用不仅改善了设备的稳定性与准确性，而且智能二次系统的建设也得到了有效的强化，从而有效加强了变电站运行的实时监测和安全的保护功能。随着智能技术的进步，在今后的智能技术条件下，电力系统电气工程自动化的智能化水平也会不断提升，为社会发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]邓兴彦,季亚枫.电力系统电气工程自动化的智能化应用分析[J].产品可靠性报告 , 2023, (12): 114-116.

[2] 巩冬梅 , 马源 , 张祎玮 . 智能化技术在电力系统电气工程自动化中的应用研究 [J]. 科技创新与生产力 , 2023, 44 (11):111-114.