电力系统电气工程自动化的智能化运用

摘要：随着现代科技的不断进步，电力系统电气工程自动化技术已成为提高电力系统运行效率和可靠性的重要手段。文章结合某公司智能化变电所项目，对其在电力系统中的应用进行了讨论。通过对智能技术在本项目中的具体运用，说明了智能技术对于提升电力系统的自动化程度，提高系统的安全、可靠、经济等方面的作用，为将来实现电力系统的智能化奠定基础。

关键词：电力系统；电气工程自动化；智能化运用

引言

电力系统是我国经济与社会发展的关键基础设施，其安全可靠经济运行关系到我国能源安全与社会经济发展。随着电力系统规模的增大，电网结构的复杂性越来越高，传统的电力系统自动化技术已经很难适应现代电网的要求。因此，智能化技术在电力系统电气工程自动化中的应用日益广泛，成为提高电力系统运行效率和可靠性的重要手段。

1.智能变电站工程概述

1.1.项目背景

该项目是某电力公司投资建设的一个500kV智能变电站项目，旨在通过智能化技术的应用，提高变电站的自动化水平，增强系统的安全性、可靠性和经济性，为电力系统的智能化发展提供示范和借鉴。

1.2.主要建设内容

一是智能一次设备：包括智能断路器、智能互感器和智能开关柜等，具备高精度监测、自动控制、故障诊断和远程管理等功能，提高了一次设备的可靠性和维护效率。二是智能二次系统：包括站控层、保护层和通信层，通过先进的计算机技术和通信技术，实现了对变电站的全面监控和管理，提升了运行效率和安全性。

2.智能化技术在变电站一次设备中的应用

2.1.智能断路器

智能断路器是集成了先进传感、通信和控制技术的新型开关设备。与传统断路器相比，其最大的技术创新在于：一是高精度监测能力：智能断路器内部集成了电流传感器、电压传感器、温度传感器等多达10余种监测元件，采样频率高达5kHz，可实时监测断路器的电气参数、温度、机械状态等运行指标，监测精度可达0.5%。二是自动控制功能：断路器控制单元采用高性能32位ARM处理器，结合预设的控制算法，可根据系统需求自动完成合闸分闸操作。合闸时间仅需45ms，分闸时间更快，可达30ms，大幅提升了断路器的响应速度。三是故障诊断能力：智能断路器可通过对运行参数的实时分析，在10ms内识别出95%以上的故障类型和位置。一旦发现故障，可在50ms内自动完成跳闸、加锁等保护动作，将故障影响降至最低。四是远程管理功能：智能断路器通过IEC61850通信协议，可与站控系统实现双向数据交互。运维人员可远程监测断路器的实时状态，并远程修改保护设置等参数，无需现场操作。五是自诊断和维护支持：智能断路器具备完善的自诊断功能，可持续监测设备健康状态，预测剩余使用寿命。同时，还能自动生成故障维修建议，为维护人员提供操作指导，缩短了故障处理时间50%以上。

2.2.智能开关柜

智能开关柜是变电站一次设备智能化的重要载体，其采用了模块化设计和标准化接口，实现了一次设备和二次设备的无缝集成。标准化的机械结构和电气接口将智能断路器、智能互感器、智能测控单元等设备集成在一个柜体内，实现了设备的模块化组合和即插即用。同时，智能开关柜内部集成的各种智能设备，具有强大的监测和诊断功能。智能断路器可实时监测开关柜的运行状态，包括电流、电压、温度等参数，并根据这些参数的变化情况，自动进行合闸、分闸等操作，确保开关柜的安全可靠运行。智能互感器则提供了高精度的电流、电压测量数据，为开关柜的保护和监控提供了可靠的数据支撑。智能测控单元则集成了多种智能算法和专家系统，可对开关柜的运行数据进行综合分析，及时发现和诊断开关柜的故障，并根据故障类型和严重程度，自动生成处理方案和维修建议，指导运维人员进行故障处理和预防性维护。

3.智能化技术在变电站二次系统中的应用

3.1.保护层

智能化保护装置的核心是采用了先进的保护算法和自适应技术。其中，基于模型的自适应保护算法，可根据电力系统的实时运行状态，自动调整保护的阈值和设定值，实现保护的自适应。例如，在电力系统潮流发生变化时，智能化保护装置可自动调整距离保护的阻抗设置，避免保护的误动和拒动。再如，在电力系统振荡时，智能化保护装置可自动识别出振荡模式，并采取相应的措施，如阻尼控制、联锁等，避免保护的误动和联锁跳闸。智能化保护装置还具有强大的故障录波和事件分析功能。保护装置内部集成了大容量的数据存储单元和高速的数据采集单元，可对电力系统的各种故障进行实时录波和存储，并通过先进的信号处理算法，对录波数据进行分析和挖掘，提取出故障特征量和故障模式，为故障诊断和事故分析提供数据支撑。同时，智能化保护装置还具有事件记录和顺序记录功能，可记录下保护动作的时间、顺序、类型等关键信息，为事故分析和责任认定提供依据。

3.2.通信层

通信层的主要功能是实现变电站内部各智能设备之间的实时通信和数据共享，以及与调度中心、公司信息系统等外部系统的数据交换和远程控制。在站内通信方面，通信层采用了基于IEC61850标准的智能变电站通信协议，实现了变电站内部各智能设备之间的实时通信和数据共享。IEC61850标准-映射模型（如图3所示）IEC61850标准定义了一套标准化的数据模型和通信服务，使得不同厂家的智能设备能够按照统一的方式进行数据交换和功能协作，提高了设备的互操作性和互换性。同时，IEC61850标准还采用了GOOSE（通用对象导向子站事件）和SV（采样值）等高速通信机制，实现了智能设备之间的实时通信和数据共享，满足了变电站快速保护和实时控制的需求。

在站控层与智能设备之间，通信层采用了基于MMS（制造消息规范）的通信协议，实现了站控层对智能设备的监视、控制和参数设置。站控层可通过MMS服务，实时获取智能设备的运行状态和告警信息，并根据需要下发控制命令和参数设置，实现对智能设备的远程管理和控制。同时，通信层还采用了SNMP（简单网络管理协议）等标准化的网管协议，实现了对通信设备的配置管理和故障监控，提高了通信网络的可管理性和可维护性。

4.结束语

综上所述，电力系统电气工程自动化的智能化运用是实现电网高效可靠运行的必然要求。文章通过对一次设备、二次系统等智能化技术的研究，说明了智能技术对提升电力系统自动化水平的巨大作用。但是，目前还存在着标准化、信息安全、人才培养等问题，需要政府、企业、高校等各方通力合作，促进智能技术的深入应用与创新，为构建安全可靠、经济环保的现代电网打下良好的基础。

参考文献

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[2]敬永虎.电力系统电气工程自动化中智能化技术的运用探讨[J].电工材料，2021，（05）：70-72.