李俊
北京恒华伟业科技股份有限公司
摘要：电气自动化技术是现代工业、电力等领域中广泛应用的一项现代化技术。在电气工程领域，该技术的应用使得电力生产和运行控制水平不断提高，减少了电力系统运行中的各种异常现象发生，增强了电力运行的稳定性。本文主要以电力工程中的变电站为研究视角，分析了电气自动化技术在变电站中的应用现状，并对其应用前景进行了展望。
关键词：电气自动化技术；变电站；电力工程
引言
变电站在整体电力系统中起着关键作用，是电力工程的重要组成部分，日常电力生产中的电压转换都是由变电站完成的，所以变电站的功能事关电能能否实现长距离、稳定的传输。然而，随着我国电压等级与电网复杂程度日渐提升，变电站系统的整体运行单纯依靠传统控制模式已经难以实现高效、科学的电压转换与电能输送，所以必须要借助更为先进的技术来对变电站的运行进行改造。在这一方面，现代电气自动化技术的应用是主要研究方向。作为一种依托多种现代科技诞生的全新技术，电气自动化对变电站运行带来的不仅仅是系统运行的高效化、智能化，更有助于变电站运行实现能源节约和整个变电站运行的更高稳定性。因此，国内电力工程领域对电气自动化技术的应用进行了大量研究，取得了一定成果，也带动了电力工程中变电站的现代化发展。
一、变电站中的电气自动化技术
电气自动化技术是依托现代计算机技术、微电子技术、数控技术、信息技术等产生的一种新型技术，其最显著的优势就在于能够利用这些现代科技实现生产过程的自动化。电气自动化技术依靠计算机技术进行数据指令的分析处理，然后借助信息技术与电子技术对各种设备、元器件进行控制，从而实现了生产过程的智能化控制，无需工作人员进行大量操作。
变电站中的电气自动化技术实际上就是利用现代信息与电子技术来对变电站原有设备、输配电线路等进行电气化改造，从而借助现代技术让变电站系统的运行始终处于动态化的监测与控制状态，如此就可以在极大程度上提升变电站系统运行的安全可靠性。随着我国计算机技术的迅猛发展，电气自动化技术水平也在不断提升中，由此也带动了我国变电站自动化程度的提高。就目前而言，国内的变电站自动化发展已经基本实现了110 kV及以下电压等级的无人值守运行，同时220 kV的少人值守也已经成果初显。但在一些变电站的系统运行中，考虑到其实际情况，电气自动化技术更多的还是与传统运行模式进行综合运用，所以我国电力工程中的电气自动化技术应用还有待进一步研究。
二、电气自动化技术在变电站中的应用现状
电气自动化技术在变电站中的应用最直接的效用就在于通过自动化的生产控制保障了变电站系统的安全稳定运行，减少人工参与，从而降低了事故发生时的危害。而从变配电层面看，电气自动化对整个变电站系统的变配电也有着优化作用。基于此，现阶段变电站领域对电气自动化技术的应用十分重视，在实践中进行了大量研究。此处就对变电站电气自动化技术控制模式、基本功能研究与应用现状进行分析。
（一）变电站电气自动化技术控制模式应用现状
电气自动化技术对变电站系统的改造首先集中在控制系统上，所以在长期的研究中形成了诸如分散模式、集中模式、分层分散模式等多种控制模式。
1集中控制模式
集中控制模式是电气自动化技术最早应用于变电站中的一种控制模式。该控制模式主要是在变电站中设置操作控制室，然后在控制室中集中安装通信模块、保护模块和监控模块等，使之集中于一个控制式中。这种控制模式能够将各种模块的信息集中起来实施统一处理，然后给予统一控制，从而使整个控制系统形成一个围绕电气自动化运行的整体系统。这一控制模式的应用实现了对传统变电站运行模式的改造，使得变电站运行更为高效。然而这一控制模式下各种模块之间都不存在联系，又需要用到各种机械设备、组屏以及线缆材料，所以其对资源的耗费较大。此外，其集中控制运作模式也较为复杂，很难达到较高的控制精度，所以要有效实现自动化目标，该控制模式还存在难度。
2分散控制模式
分散控制模式是电气自动化技术在上世纪九十年代中出现的，随后逐渐在变电站系统中被大量应用。该控制模式主要在集中模式上发展起来的，其应用中将变电站输出输入单元都安装与中低压开关柜或高压一次设备的附近，从而使得这些元件能够对系统设备进行监控与保护。这种分散式的模式在后期应用中又进一步将远程测量、远程信息、采集和处理、继电保护以及远程遥控功能等都在各种元件上进行了集中，从而使现场元件可以实时的将信息传入后台主机之中，再由主机来对变电站各种信息数据进行处理。这种控制模式减少了变电站中央控制的复杂程度，同时有助于中央控制室进行集中控制。此外，这种控制模式也便于维修人员对中央控制室进行维修，降低维修难度，如此就能够显著提升变电站整体运行的安全稳定性。
3集中与分散相结合的控制模式
在变电站对电气自动化技术进行应用研究的过程中，集中式与分散式控制模式各自都有一些缺点，所以将两者结合起来形成一种全新的控制模式就成为创造性思路。这种相结合的控制模式，将两种控制模式下的设计结构进行融合，从而使两者的优势互补，达到更出色的自动化效果。这种控制模式在实践中倍受青睐，实际应用中两者的结合方法是将组屏进行集中，而其他模块则采取分散式结构，如此就使得其设计、组装与维修都得到改善。例如实践中的中低压变电对一次设备的集中性要求较高，所以为确保自动化目标的实现和集中性要求得以满足，就可以采取这种集中、分散相结合的控制模式。
4分层分散控制模式
分层分散模式是结合电气自动化中变电站的实时动态监测需求而研究出的一种分层分散模式。该模式源于低压变电站的自动化控制，其结构组建中针对高压线路、主变以及母线设备中的通信、保护监控、中央信号等采取集中组屏方式，而设备控制室中则按照设备间隔来安装监控、电容器、出线设备等。这些模块之间可以通过通信规约与标准局域总线来实现互联应用。这种控制结构模式下，变电站二次设备采取分散式结构进行组建能够达到良好的简化效果，使得变电站在控制系统建设上节省大量资源。而各种模块采用集中组屏方式也更易于实现自动化。因此，分层分散控制模式是一种更为先进的电气自动化技术应用路径。与其他模式相比，依靠该模式构建的自动化控制系统其抗干扰能力、安全可靠性都显著提升，同时也易于进行维修保养。因此，该模式在今天变电站运行中的运用越来越普遍，且仍有进一步发展的旺盛势头。
（二）基于电气自动化技术的功能应用现状
电气自动化技术在变电站中的应用还体现在依托电气自动化技术的各种先进功能的应用方面，如计算机保护功能、数据采集处理功能、自动化诊断功能、自动化操控功能等。
1计算机保护功能的应用
计算机保护功能是基于计算机技术而使得电气自动化具有的一项功能，其主要借助计算机技术、信息处理技术来对变电站的各种电气设施如变压器、线路等进行保护。计算机保护功能的具体实现方式是在变电站运行中对各种设备的运行状况进行监测并记录故障问题的定值进行存储，然后通过对比给定值来进行定值参数的修正。实际运行中计算机会接收总监控系统的命令，然后进行变电站各项运行参数的监测与诊断，并将得到的信息数据进行分析诊断，如此就能够找到其系统运行中所故障的具体位置并及时进行处。这种保护功能对变电站中的所有设备都能够实施有效保护，是当前电气自动化技术应用于变电站中的一项重要功能。
2数据采集与处理功能的应用
电气自动化技术应用过程中变电站系统的运行会产生大量信息数据，同时变电站系统的控制也是依靠各种数据来完成的，所以数据采集与处理功能就是电气自动化技术在变电站应用中的另一个重要功能。其负责采集与处理的变电站运行数据主要有脉冲数据、状态数据、模拟数据等。其中状态数据包含事故跳闸总信号数据、断路器表现状态数据、预告信号数据、隔离开关表现状态数据以及一次设备告警信号数据等，模拟数据主要包含无功功率值、各段母线电压、电流、馈线电流等。电气自动化技术的数据采集与处理功能通过对各种运行数据的采集与处理，能够有效掌握变电站整体的运行情况，并结合数据处理结果去对变电站系统的运行进行调节，如此就可以从数据处理层面提高变电站运行的自动化水平。
3自动化诊断功能的应用
该功能同样是基于电气自动化技术而产生的一个重要功能，其主要是对变电站系统中的各种插件进行自动诊断，从而及时掌握系统中各种装置所存在的问题并提供信息给维修人员，以及时进行维修养护处理。该功能同样需要依靠计算机技术和信息技术，依靠一定程序来对变电站各运行设备进行检查并将获得的数据进行传输，然后通过研究分析找到各种装置运行过程中存在的问题。由于这种诊断完全依靠计算机系统自行完成，所以极大节省了人力物力，且通过计算机强大的数据处理和信息技术的高效传输能力也使得变电站的故障诊断和检修效率得到极大提升。
4自动化操控功能
电气自动化技术的最主要技术优势就在于其自动化控制方面，即利用电气自动化技术可以依靠计算机自动化系统来实现对变电站设备运行过程的自动化、智能化和远程化控制，而无需再由工作人员进行设备的人工操控。在实际应用中，自动化控制系统依靠其构建其的控制路径和设定好的控制程序可以在变电站控制室中对所有相关运行设备进行集中统一性的自动化控制，工作人员借助计算机自动化平台就可以监测整个变电站的运行情况并进行远程操控。而自动化系统根据指令可以自主完成相关运行动作，如此就实现了变电站运行的自动化操控。这种自动化操控在控制效率、控制精度上更高，显著提升了变电站设备的控制能力。
三、电气自动化技术在变电站系统运行中的具体应用
变电站日常运行涉及到多方面工作，如电气管理、电网调度等，而电气自动化技术目前在变电站中的应用也渗透到这些工作领域，使其各项工作也都在一定程度上实现了自动化。
（一）在电气管理中的应用
电气管理是变电站日常工作的重要管理事项，其涉及到变电站运行中电压、电流等数据的管理与控制。电气自动化技术在电气管理中的应用主要是通过计算机编程调试的方式来对变电站运行中的电压、电流等信息数据进行采集分析，然后依据分析结果来实施电气控制，如此就可以实现数据化的电气管理，提升变电站管理的效率和科学性，从而使变电站的电气控制更为稳定可靠，切实提升变电站电气管理水平。
（二）电网调度中的应用
电网调度也是变电站日常运行中的一项重点工作，而电网的调度较为复杂，所以在现代发展中必须要不断运用先进技术对其电网调度方式方法进行改造优化。在电网调动上，电气自动化技术同样有着用武之地。目前，电气自动化技术在电网调度中应用主要是依靠计算机与信息技术来对整个系统的运转进行实时监控，然后借助电气自动化控制系统来对电网进行统筹调度。如当前一些电力企业依靠自动化控制系统对所有输电线路进行分层、分区调度，就达到了良好效果。实践中变电站的高压电网负责地区间联络、省际间交换、地区内供给等输电工作，而较低等级的电压则作为次一级输电网络，如此通过层次分明的输配电自动化控制，能够显著提升电网调度的科学性与效率。同时这种基于电气自动化系统的电网调度，能够帮助工作人员借助数据分析处理技术做好电网运行情况的研究分析和预测，以便及时发现电网运行中存在的问题和即将出现的变化，进而实施针对性调度，切实提升电网调度的科学合理性，保证电网更安全稳定的运行。
（三）变电站自身自动化的应用
变电站自身自动化是一项系统性改造工程，如上述各种自动化控制模式实际上就是电气自动化技术在改造变电站过程中所取得的成果。此外还有许多细节技术上的应用也有助于变电站自身自动化程度的提升。例如当前一些变电站利用电磁装置技术来对变电站进行改造，使变电站运行进一步实现了全微控制，同时也使得其数据传输更为高效。再比如当前一些变电站利用电气自动化对电力信息、控制信息进行处理，也有效减少了电网运行中各种反常现象的发生，所以电气自动化技术在变电站自身自动化中的应用也是十分重要的，未来仍需进行进一步研究和探索。
四、电气自动化技术在电力工程中应用前景展望
从我国变电站现阶段应用电气自动化技术的实际情况看，成效初显，有效带动了我国电力工程整体自动化的发展。目前，因电气自动化技术的具有诸多突出优势，所以在我国变电站领域的应用越来越普遍，如当前最具有代表性的IED 电力自动化技术就是变电站自动化发展的突出成就。而对照国外电力自动化的发展情况，我国电气自动化技术在变电站中的应用前景仍十分广阔。
首先，电气自动化技术在未来将进一步应用到变电站的智能化运行中。自动化技术是基于现代计算机信息技术的，而随着计算机技术与其他现代科技的结合，其智能化水平将进一步提升。如当前的人工智能已经在多领域中发挥优势，而变电站未来立足智能化运行的发展也需要借助更为智能化的电气自动化技术。因此，随着我国对变电站智能化要求的日益强烈，电气自动化技术还将在其智能化改造中进行深入应用。
其次，电气自动化技术在未来将进一步应用到变电站的节能减排之中。电气自动化技术在变电站中的运用本身就可以减少其系统运行的能源消耗，而随着我国社会电力供应需求的不断提升，电力工程领域的供电规模也将越来越大，所以变电站的节能减排将成为其未来发展趋势。在这一方面，电气自动化技术作为节能减排的主流技术，无疑在未来有着更广阔应用前景。
五、结束语
综上所述，我国电力工程领域对电气自动化技术的应用已经十分普遍，如现阶段变电站的运行中就运用到了大量自动化技术，形成多种控制模式，且实现了电网调度、电气管理的自动化控制。而随着我国电力工程在智能化、节能化方向的发展，电气自动化技术仍有极为广阔的应用前景。
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姓名：李俊 职称：中级工程师 研究方向：变电站工程设计