楊靜林，高峰

（內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，呼和浩特 010020）

1 引言

作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)、基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，我國(guó)電力行業(yè)隨著近幾年國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)，電力發(fā)電量、用電量規(guī)模均持續(xù)擴(kuò)展，已成為全球最大的電力能源生產(chǎn)國(guó)、消費(fèi)國(guó)。截至2021 年6 月，我國(guó)規(guī)模以上電廠發(fā)電量達(dá)3.8717×1012kW·h，同比增長(zhǎng)13.7%，全社會(huì)用電量為3.93×1012kW·h，同比增長(zhǎng)16.2%。而電氣工程是電網(wǎng)中至關(guān)重要的一部分，電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用將為我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)智能化提供充足支持。因此，探究電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用具有非常重要的意義。

2 案例概述

某電網(wǎng)建設(shè)工程位于呼和浩特市，項(xiàng)目總投資15 864.52 萬(wàn)元，其中建設(shè)投資12 352.52 萬(wàn)元，占項(xiàng)目總投資的77.86%，其余為流動(dòng)資金。該電網(wǎng)建設(shè)工程包括AMI、AAM、ATO、ADO 幾個(gè)部分。其中，AMI 為高級(jí)測(cè)量架構(gòu)，負(fù)責(zé)與用戶(hù)之間建立通信聯(lián)系，并發(fā)送帶時(shí)標(biāo)的系統(tǒng)信息；AAM 為高級(jí)資產(chǎn)管理，負(fù)責(zé)使用高級(jí)輸電運(yùn)行、高級(jí)配電運(yùn)行以及高級(jí)測(cè)量架構(gòu)信息，進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行效率、資產(chǎn)配置的改善；ATO 為高級(jí)輸電運(yùn)行，負(fù)責(zé)利用高級(jí)配電運(yùn)行信息進(jìn)行運(yùn)行改善、輸入優(yōu)化，并賦予高級(jí)測(cè)量架構(gòu)訪問(wèn)時(shí)長(zhǎng)的權(quán)利；ADO 為高級(jí)配電運(yùn)行，負(fù)責(zé)利用高級(jí)測(cè)量架構(gòu)的通信收集配電信息，并對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行改善。

3 電網(wǎng)建設(shè)中電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.1 提高效率

傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)需要多人參與勘測(cè)設(shè)計(jì)監(jiān)督管理，監(jiān)督管理效率處于較低的水平，相關(guān)問(wèn)題無(wú)法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決。而利用電氣工程自動(dòng)化技術(shù)，可以通過(guò)指令輸入、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)建設(shè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)勘測(cè)設(shè)計(jì)階段存在的風(fēng)險(xiǎn)，提高勘測(cè)設(shè)計(jì)作業(yè)整體效率。

3.2 便捷操作

在我國(guó)科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)下，電網(wǎng)建設(shè)智能化進(jìn)程進(jìn)一步加速，電氣工程自動(dòng)化技術(shù)得到了良好的發(fā)展機(jī)遇，智能化特征更加突出。利用更具智能化的電氣自動(dòng)化技術(shù)，可以對(duì)電網(wǎng)建設(shè)操作進(jìn)行全程規(guī)范，并利用移動(dòng)化終端進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)工作的細(xì)化調(diào)控，提高電網(wǎng)建設(shè)操作的邊界性[1]。

3.3 保障安全

變電站是電網(wǎng)建設(shè)中整個(gè)電氣系統(tǒng)中心組件中轉(zhuǎn)站，通過(guò)利用電氣工程自動(dòng)化技術(shù)，可以促使相關(guān)工作者更加便捷地管控變電站，進(jìn)行變電站運(yùn)行期間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集中收集、處理。同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)行整個(gè)變電站的診斷，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行階段存在的隱患，第一時(shí)間解決，為變電站安全運(yùn)行提供保障。

4 電網(wǎng)建設(shè)中電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

4.1 電力調(diào)度中的應(yīng)用

電氣工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用之前，電網(wǎng)電力調(diào)度自動(dòng)化主要包括變電站自動(dòng)化、調(diào)度主站自動(dòng)化2 個(gè)部分。變電站自動(dòng)化主要利用遠(yuǎn)方終端裝置RTU 與遙測(cè)裝置進(jìn)行集中式或分布式調(diào)度；調(diào)度主站自動(dòng)化則是依托SCADA（計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）進(jìn)行調(diào)度自動(dòng)化框架構(gòu)建，內(nèi)部信息孤島較多，信息共享受限?；诖耍谏鲜霭咐?，依托通暢、堅(jiān)強(qiáng)的實(shí)體電網(wǎng)架構(gòu)，結(jié)合服務(wù)生產(chǎn)全過(guò)程需求，進(jìn)行系統(tǒng)多種類(lèi)別實(shí)時(shí)生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)信息的整合，進(jìn)一步提高對(duì)工程完整、準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)且含精確時(shí)間斷面的全景信息的獲取能力[2]，進(jìn)而面向電網(wǎng)業(yè)務(wù)，展開(kāi)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的診斷、分析、優(yōu)化，為電網(wǎng)運(yùn)行工作者提供精細(xì)、全面的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)圖，助力調(diào)度決策。

基于電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的電力調(diào)度自動(dòng)化需要結(jié)合IEC 61970《能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（EMS-API）》，從多廠商開(kāi)發(fā)EMS 應(yīng)用集成、獨(dú)立完整EMS 系統(tǒng)集成、EMS 系統(tǒng)與電力系統(tǒng)運(yùn)行及其他系統(tǒng)（發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等）集成幾個(gè)方面，推進(jìn)EMS 應(yīng)用軟件開(kāi)放化、組件化，降低調(diào)度信息集成、信息共享便捷性。該項(xiàng)目結(jié)合自身?xiàng)l件，依托高級(jí)測(cè)量體系A(chǔ)MI（通信網(wǎng)絡(luò)、智能電表、用戶(hù)室內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)），關(guān)聯(lián)負(fù)荷數(shù)據(jù)、調(diào)度系統(tǒng)，將高級(jí)智能配網(wǎng)子系統(tǒng)ADO、基于三維的GIS地理信息子系統(tǒng)、高級(jí)智能輸電運(yùn)行子系統(tǒng)ATO 互相兼容，提高系統(tǒng)間冗余，消除全局范圍內(nèi)信息孤島，便于從多個(gè)區(qū)域性電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行電網(wǎng)數(shù)據(jù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的雙方向互動(dòng)供應(yīng)電力能源，提高電能資源調(diào)配的有效性。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電氣工程自動(dòng)化的電力調(diào)度包括電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)發(fā)電控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制、電力市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)、電力故障分析及處理幾個(gè)環(huán)節(jié)。其中電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集主要是利用信息采集模塊實(shí)時(shí)采集下級(jí)發(fā)電廠、變電站數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)集中上報(bào)給綜合分析中心——控制中心。進(jìn)而經(jīng)傳輸系統(tǒng)向調(diào)度中心傳達(dá)指令；自動(dòng)發(fā)電控制主要是以調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)智能信息處理中心為依托，智能分析采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的發(fā)電控制自動(dòng)化，規(guī)避發(fā)電不足、發(fā)電過(guò)量問(wèn)題；經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制則是依據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)行電力資源的經(jīng)濟(jì)配置，降低電力資源浪費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)[3]；電力市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)主要針對(duì)電力能源無(wú)法存儲(chǔ)的特點(diǎn)，以某一時(shí)間段內(nèi)電力運(yùn)行情況為對(duì)象，開(kāi)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及電力運(yùn)行質(zhì)保觀察，為電力資源市場(chǎng)化低風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)營(yíng)規(guī)劃提供依據(jù)；電力故障分析及處理主要是依托信息采集與傳輸處理系統(tǒng)，對(duì)電力能源傳輸過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)或自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免大面積電力系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。

4.2 發(fā)電廠分散監(jiān)控中的應(yīng)用

發(fā)電廠分散監(jiān)控系統(tǒng)又可稱(chēng)之為DCS、分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，為引入控制分散、管理集中思想的現(xiàn)代化儀表控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式為多層分級(jí)，可以適應(yīng)多種過(guò)程控制管理、數(shù)據(jù)獲取以及電力資源市場(chǎng)化運(yùn)作要求。將電氣工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到發(fā)電廠分散監(jiān)控中，可以有效連接發(fā)電廠多區(qū)域、多功能計(jì)算機(jī)，在閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)便捷維護(hù)。比如，在2 臺(tái)發(fā)電機(jī)組為一組的發(fā)電模式中，一旦其中一臺(tái)發(fā)電設(shè)備出現(xiàn)故障，就可以利用基于電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的分散監(jiān)控系統(tǒng)斷開(kāi)故障發(fā)電設(shè)備，規(guī)避故障發(fā)電設(shè)備對(duì)整體發(fā)電效率的影響。

在發(fā)電廠分散監(jiān)控中，電氣工程自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控綜合自動(dòng)化的關(guān)鍵，可以在原有監(jiān)控系統(tǒng)功能上進(jìn)行自動(dòng)化水平的進(jìn)一步延展，為發(fā)電廠綜合控制功能的提升奠定基礎(chǔ)。以分層分布分散全微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)為例，需要經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)，依據(jù)IP 通信協(xié)議將若干發(fā)電機(jī)組、控制終端設(shè)備互相聯(lián)結(jié)，推進(jìn)發(fā)電廠分散監(jiān)控系統(tǒng)的一體化運(yùn)作，達(dá)成分散控制、集中管理目的。一般分層分布分散全微機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以在中央控制室集中布置，并在取消常規(guī)控制室的基礎(chǔ)上，進(jìn)行網(wǎng)孔部分、電氣自動(dòng)化部分、控制部分的集中納入[4]。此時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)化，可以完成公用電氣系統(tǒng)、升壓站的檢測(cè)控制。同時(shí)考慮到分散控制系統(tǒng)配置合理性關(guān)于整個(gè)發(fā)電廠電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)選擇相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行1 號(hào)機(jī)組、2 號(hào)機(jī)組分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行操作站、過(guò)程控制單元、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等節(jié)點(diǎn)的恰當(dāng)分配，保證數(shù)據(jù)、指令的高效率傳輸。

4.3 配電網(wǎng)中的應(yīng)用

根據(jù)電網(wǎng)建設(shè)中配電網(wǎng)自動(dòng)化需求，技術(shù)人員可以建立以數(shù)字化變電站為切入點(diǎn)，以服務(wù)器模型、邏輯節(jié)點(diǎn)模型、數(shù)據(jù)對(duì)象模型、邏輯設(shè)備模型為基礎(chǔ)，結(jié)合非常規(guī)互感器、現(xiàn)代化變電站網(wǎng)絡(luò)通信、系統(tǒng)協(xié)議IEC 61850，進(jìn)行裝置和變電站調(diào)度自動(dòng)化數(shù)據(jù)模型，促使數(shù)據(jù)變得確定化、透明化。進(jìn)而利用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述方法，進(jìn)行不同類(lèi)別數(shù)據(jù)對(duì)象DAType、DOType 類(lèi)型的定義，促使其形成LNType（邏輯節(jié)點(diǎn)類(lèi)型）。同時(shí)將多個(gè)類(lèi)型的邏輯節(jié)點(diǎn)集成裝置模板，并將若干裝置實(shí)例與一次設(shè)備實(shí)例整合為變電站數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)服務(wù)的完整描述。在這個(gè)基礎(chǔ)上，利用新型互感器以及過(guò)程總線，突破站控層自動(dòng)化功能裝置“邊界”，實(shí)現(xiàn)測(cè)量信息的全方位共享。并在信息交互的基礎(chǔ)上，利用自動(dòng)化功能間邏輯配合代替“硬接線”，為配電網(wǎng)控制中心系統(tǒng)提供更加完整的一次設(shè)備監(jiān)測(cè)信息、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息、二次設(shè)備檢查信息與電網(wǎng)故障計(jì)量信息等。通過(guò)信息傳輸，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障分析、區(qū)域防誤策略、區(qū)域無(wú)功優(yōu)化策略或區(qū)域備自投策略。

從本質(zhì)上而言，配電網(wǎng)運(yùn)行中的電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，以微機(jī)操縱的方式保障電力平穩(wěn)、高效、安全運(yùn)行。同時(shí)輔助工作者進(jìn)行多級(jí)別運(yùn)行信息的查找，推進(jìn)自動(dòng)化調(diào)度控制的實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)操過(guò)程中可以運(yùn)用具有混合式特征的PLC 技術(shù)，以自動(dòng)化編程以及各環(huán)節(jié)操縱指令記錄的形式，聯(lián)結(jié)微機(jī)技術(shù)、配電網(wǎng)繼電接觸控制端以及系統(tǒng)內(nèi)總線，為配電網(wǎng)壓力調(diào)控自動(dòng)化、流量調(diào)控自動(dòng)化以及開(kāi)關(guān)量操作自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)。

4.4 電氣設(shè)備控制中的應(yīng)用

在電網(wǎng)建設(shè)中，電氣設(shè)備包括電氣傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)2 個(gè)部分。前者包括傳動(dòng)裝置、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制部分、動(dòng)力部分幾個(gè)部分；后者包括邏輯元件系統(tǒng)（有觸點(diǎn)/無(wú)觸點(diǎn)）、程序控制系統(tǒng)（可變/固定）、開(kāi)關(guān)量/連續(xù)量幾個(gè)部分。電氣工程自動(dòng)化技術(shù)可以在電氣設(shè)備電氣傳動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制部分、電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)中應(yīng)用。即根據(jù)傳統(tǒng)電氣設(shè)備電氣傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理，以TCP/IP 協(xié)議嵌入電氣設(shè)備ROM 內(nèi)的形式，與微處理器（微計(jì)算機(jī)）有機(jī)結(jié)合，利用微計(jì)算機(jī)計(jì)算、存儲(chǔ)功能處理電氣設(shè)備數(shù)據(jù)，并調(diào)節(jié)電氣設(shè)備內(nèi)部行為，獲得最佳數(shù)據(jù)[5]。同時(shí)促使電氣設(shè)備具有雙向信息交互功能，在TCP/IP 協(xié)議的支持下，與外界數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間展開(kāi)雙方向數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)Internet/Intranet/Ethernet功能。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)授權(quán)用戶(hù)、開(kāi)放Internet 的區(qū)域均可經(jīng)瀏覽器獲得現(xiàn)場(chǎng)信息，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備遠(yuǎn)距離在線控制、編程組態(tài)需求。

此外，考慮到電氣設(shè)備內(nèi)含較多聯(lián)鎖保護(hù)裝置，對(duì)運(yùn)行可靠性具有較高要求。因此，本案例在使用電氣工程自動(dòng)化技術(shù)過(guò)程中，均選擇安全性高、抗干擾效果強(qiáng)、作業(yè)效率高的自動(dòng)化保護(hù)裝置，以便在完成電氣設(shè)備正常啟動(dòng)/停止、運(yùn)行調(diào)度操作自動(dòng)化的同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)急處理電氣設(shè)備數(shù)據(jù)故障，降低電氣設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電網(wǎng)建設(shè)與電源建設(shè)共同組成了我國(guó)電力建設(shè)系統(tǒng)，包括輸電線路與變電設(shè)備建設(shè)、傳統(tǒng)輸配電網(wǎng)智能化升級(jí)改造等內(nèi)容。通過(guò)將電氣工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)中，可以提高能源利用率，改善服務(wù)體系，促使電網(wǎng)建設(shè)與國(guó)際能源多元化、清潔化結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。因此，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)電力調(diào)度、發(fā)電廠分散監(jiān)控、配電網(wǎng)、電氣設(shè)備控制等模塊需求，進(jìn)行電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的合理利用，為電網(wǎng)建設(shè)作業(yè)的高效率、高質(zhì)量開(kāi)展提供保障。