提高变电站电力系统自动化技术途径分析

引言

随着电力需求的持续增长与能源结构的深度转型，变电站作为电力系统的关键枢纽，其自动化水平直接影响电网的安全稳定运行。传统变电站自动化系统在面对高渗透率可再生能源接入、负荷动态变化等场景时，暴露出设备兼容性差、故障处理效率低等问题。国家电网 “十四五” 规划明确提出推进变电站智能化改造，要求通过技术升级实现 “状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活” 的目标。

一、变电站电力系统自动化技术理论基础

1.1 核心技术概念

电站电力系统自动化技术是综合运用多种前沿科技，实现变电站运行全方位自动管控的关键技术体系。其核心构成涵盖数据采集与监控系统（SCADA）、继电保护系统、自动化控制系统等。继电保护系统则充当着变电站的 “忠诚卫士”，时刻严密监视电力系统运行状态。一旦检测到电流、电压等参数出现异常波动，超出正常阈值范围，继电保护装置会在极短时间内迅速动作，精准切断故障电路，有效隔离故障点，全力保障设备安全，阻止故障范围进一步扩大，避免对整个电力系统稳定运行造成严重冲击。自动化控制系统集成先进控制算法与软件，依据采集的数据和预设策略，自动调节设备运行参数，确保变电站始终处于高效、稳定的运行状态，极大提升了电力供应的可靠性与稳定性。

1.2 技术发展趋势

当下，变电站电力系统自动化技术正朝着数字化、智能化、网络化的方向迅猛迈进。数字化方面，IEC 61850 标准的广泛推行与深入应用，为变电站内不同设备、系统间实现无缝通信与信息共享筑牢根基。基于此标准构建的数字化变电站，设备信息得以以数字形式精准、高效传输，有效规避了传统模拟信号传输过程中易出现的干扰、失真等问题，大幅提升了数据传输的准确性与稳定性。智能化进程中，人工智能（AI）、大数据分析等前沿技术与变电站自动化深度融合。AI 技术赋能设备故障诊断与预测领域，通过对设备历史运行数据、实时监测数据的深度挖掘与智能分析，能够提前精准预判设备潜在故障隐患，助力运维人员及时采取针对性维护措施，变被动维修为主动预防，显著提升设备运行可靠性与维护效率。

二、变电站自动化技术现存问题分析

2.1 技术层面瓶颈

在硬件设备方面，变电站内新旧设备并存导致兼容性问题突出。老旧设备采用传统模拟信号传输方式，与新型数字设备接口不匹配，难以实现无缝对接与协同工作，严重制约系统整体性能提升。部分硬件设备的性能难以满足当前复杂电力系统运行需求，如传感器精度不足、数据采集模块处理速度缓慢，导致采集数据误差较大、传输延迟，影响对变电站运行状态的精准判断与实时调控。软件系统层面同样面临诸多困境。现有自动化软件系统在数据处理算法上存在局限性，对于海量、多源异构数据的处理能力较弱，无法快速、准确地挖掘数据价值。软件系统的稳定性欠佳，在高负荷运行或遇到异常数据冲击时，容易出现系统卡顿、崩溃等问题，严重影响变电站自动化系统的正常运行。

2.2 安全与可靠性挑战

随着变电站自动化系统与网络的深度融合，网络安全风险日益严峻。自动化系统成为网络攻击的潜在目标，黑客可能通过入侵系统篡改控制指令、窃取关键数据，进而引发电力系统故障甚至大面积停电事故。系统的冗余设计不足也是一大隐患。部分变电站自动化系统缺乏有效的冗余备份机制，一旦关键设备或核心模块出现故障，没有备用方案及时接管工作，极易引发单点故障导致整个系统瘫痪，极大降低了电力系统运行的可

靠性。

2.3 维护与管理难点

传统的方式下，巡检时人工经常进行到现场逐台去测量、监视，不能及时了解设备的健康状态，不能及时了解出现的故障隐患。巡检结果靠工作人员的技术能力及工作认真程度，存在一定的漏检、误判等现象。在对故障进行诊断的过程中，人工诊断的程度不够，并没有智能化的故障诊断手段，也不具备快速定位故障的手段，分析错误的机率较大，因此故障处理耗时长，影响停电损失及运维费用。

三、提高自动化技术的核心途径

3.1 硬件技术升级

硬件设施的更新是变电站自动化水平提高的必要条件。应加快老旧模拟信号设备的更换，普及使用支持数字化通信协议的智能传感器，例如基于微机电系统的高精度的电流/电压传感器，测量精度达到0.1 级甚至更高，可降低测得数据误差，采用具有自诊断功能的智能开关、变压器等设备，及时监测本身运行情况，上报故障信息。建立全光纤的通信网络，取代传统意义上的电缆传输，利用光纤低损耗、耐干扰强的特点，传输数据高速、稳定。

3.2 软件系统优化

系统软件重点开展数据处理和系统集成，从算法上，利用深度学习算法建立故障预测模型，对历史故障信息和实时运行状态的数据训练，预测设备故障发生时间，并实现72 小时前报警；采用分布式计算框架对海量异构数据处理，提高数据挖掘能力；系统集成上，基于IEC61850 标准实现跨厂家设备互操作，消除信息孤岛，搭建云边协同自动化管理平台，实现站内本地实时控制与云端数据分析协同，如云平台对各变电站数据进行统一分析，动态调整各变电站运行参数以达到全网资源协调最优。

3.3 新型技术融合应用

新技术结合应用改变传统变电站自动化业务。运检环节中引入人工智能技术，结合图像识别技术，基于计算机视觉，对运维设备进行巡检，利用无人机携带高清摄像机、红外相机等采集图像和视频，并通过图像识别算法实现设备外观问题、温度异常自动识别。自然语言技术，识别设备告警内容中的故障设备名称、告警级别等关键字，辅助运检人员定位告警设备。区块链技术，引入区块链技术保护设备数据安全，记录设备操作日志、数据传输过程、告警信息，用于数据防篡改和可回溯。分布式能源接入场景中利用区块链实现自动化结算服务，提高发电单元在电力市场中的运营效率。利用数字孪生技术结合大数据对电网中的相关设备和系统等进行数字化建模，实时映射物理实体，并对物理实体进行虚拟化设置的故障进行演绎。

结语

本文围绕变电站电力系统自动化技术升级展开研究，通过剖析现存技术瓶颈，从硬件、软件及技术融合层面提出系统性解决方案。智能传感设备的部署、算法优化与新型技术应用，可显著提升系统运行效率与安全可靠性。随着数字孪生、人工智能等技术的深入发展，变电站自动化将向更智能、更互联的方向演进，为构建新型电力系统提供坚实技术支撑。

参考文献

[1]刘建文,颜勇,林桂柯,等.提高变电站电力系统自动化技术途径研究[J].中国设备工程,2023,(20):231-233.

[2]董丽荣.提高变电站电力系统自动化的技术途径探讨[J].现代工业经济和信息化,2021,11(01):144-145.