智能化變電站實(shí)現(xiàn)無人值守的技術(shù)研討

張旭東

摘要：文章結(jié)合當(dāng)前變電站智能化的發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)當(dāng)前變電站在用設(shè)備的水平，深入討論了變電站實(shí)現(xiàn)無人值守需要進(jìn)行的設(shè)備改造內(nèi)容。提出了無人值守變電站管理權(quán)收歸集控站這種管理模式下各種設(shè)備智能化建設(shè)的改造方案，對(duì)今后變電站建設(shè)及改造過程中的工作具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：集控站；無人值守；專家系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）17-0072-02

現(xiàn)有的變電站要實(shí)現(xiàn)無人值守，必須首先建立一個(gè)功能完善的集控中心。該集控中心能夠與變電站內(nèi)部通訊管理設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上行下行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有變電站的管理功能授權(quán)至集控中心完成。這就需要變電站內(nèi)電氣設(shè)備的四遙信號(hào)（遙控、遙測(cè)、遙信、遙視）通過站內(nèi)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行分析整合預(yù)處理后上傳至集控中心站；在集控中心處理平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，如需進(jìn)行控制調(diào)整則通過人工或者自動(dòng)下達(dá)操作指令，直接對(duì)下屬變電站設(shè)備進(jìn)行操作。

隨著智能化變電站技術(shù)的推進(jìn)，從長遠(yuǎn)看，無人值守變電站，其廣泛應(yīng)用一定會(huì)得以實(shí)現(xiàn)。因此，本文將結(jié)合目前變電站實(shí)際設(shè)備自動(dòng)化水平，分析無人值守變電站實(shí)現(xiàn)的途徑并且提出需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造的建議。

1當(dāng)前變電站實(shí)現(xiàn)無人值守存在的難題

當(dāng)前變電站大部分都建于2000年以后，其主要設(shè)備為為油浸電力變壓器、全密封配置真空斷路器小車的開關(guān)柜、并配套站內(nèi)低壓系統(tǒng)，高電壓等級(jí)設(shè)備采用戶外SF6斷路器或者全密封的GIS設(shè)備；一次設(shè)備配套的保護(hù)裝置通過通訊組態(tài)實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化管理系統(tǒng)；另外一些先進(jìn)的變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)視頻監(jiān)控以及消防系統(tǒng)的覆蓋。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無人值守，關(guān)鍵是要注意以下幾方面的實(shí)際問題：

①高壓設(shè)備運(yùn)行的可靠性需要加強(qiáng)，當(dāng)前高壓設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行普遍依靠定期檢修與不定期維修結(jié)合的管理模式，另外設(shè)備問題主要依靠站內(nèi)值班人員日常點(diǎn)檢時(shí)候發(fā)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)無人值守后，將對(duì)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提出更高的要求。因此必須在無人值守前對(duì)現(xiàn)有一次設(shè)備進(jìn)行檢查對(duì)所有隱性問題進(jìn)行集中處理，杜絕發(fā)生充油充氣設(shè)備泄露、操作機(jī)構(gòu)失靈以及關(guān)鍵通訊線路中斷的問題。

②站內(nèi)綜合自動(dòng)化軟件功能需要加強(qiáng)，除以前可以采集的數(shù)據(jù)外，還需大力提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的兼容性以及穩(wěn)定性。更高的目標(biāo)是引入專家系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)源，保證上級(jí)集控變電站數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性及時(shí)效性。此外現(xiàn)有的通過大量二次電纜的傳輸方式需要改變，逐步采用更加先進(jìn)的傳輸方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交流，杜絕二次線通訊的不穩(wěn)定因素。

③繼電控制回路中需要人工進(jìn)行操作的轉(zhuǎn)換開關(guān)以及壓板需要改進(jìn)，通過升級(jí)現(xiàn)有的繼電保護(hù)裝置或者開啟裝置內(nèi)部控制字位，實(shí)現(xiàn)壓板或者轉(zhuǎn)換開關(guān)投退的自動(dòng)化。

2實(shí)現(xiàn)變電站無人值守的具體工作內(nèi)容

2.1選用智能的一次開關(guān)設(shè)備

①現(xiàn)有封閉式金屬開關(guān)柜需要升級(jí)改造為具備智能控制組件的開關(guān)柜，這種開關(guān)柜具備以下功能：開關(guān)柜內(nèi)的斷路器、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、接地刀閘以及輔助的各種信號(hào)指示、測(cè)溫指示都具備通訊功能，其五防功能由開光柜自帶的控制單元檢測(cè)，其通訊單元可以與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)接，開關(guān)柜與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)不再依靠大量的二次測(cè)量控制電纜，而是通過標(biāo)準(zhǔn)的通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，這樣就減少了大量二次電纜帶來的安全隱患。同時(shí)依靠自身的監(jiān)視以及閉鎖功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)上級(jí)下達(dá)的動(dòng)作命令的準(zhǔn)確執(zhí)行，達(dá)到不依靠操作人員而自動(dòng)運(yùn)行的要求。

②變壓器運(yùn)行實(shí)現(xiàn)智能化。作為變電站核心設(shè)備的電力變壓器是變電站可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，變壓器配套的信號(hào)預(yù)報(bào)、溫度測(cè)量設(shè)備也逐步實(shí)現(xiàn)了智能化，溫度和信號(hào)采集設(shè)備都可以接入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)變壓器運(yùn)行的負(fù)荷情況以及室外溫度來設(shè)定變壓器散熱風(fēng)扇的自動(dòng)啟動(dòng)停止；信號(hào)裝置能夠采集變壓器運(yùn)行過程中的各種參數(shù)，方便對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。變壓器各電氣接點(diǎn)的溫度需要通過在線測(cè)溫裝置進(jìn)行采集，提前發(fā)現(xiàn)并判斷電氣接點(diǎn)故障，能夠做到跟隨運(yùn)行狀態(tài)檢修。智能化的變壓器控制系統(tǒng)還應(yīng)該具有變壓器有載調(diào)壓開關(guān)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，能夠根據(jù)變電站運(yùn)行狀態(tài)的需要，自動(dòng)的對(duì)有載調(diào)壓分接開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓操作的智能化。

③智能無功補(bǔ)償設(shè)備的采用。變電站運(yùn)行的智能化需要智能化的無功補(bǔ)償裝置與之配套，智能無功補(bǔ)償裝置能夠根據(jù)采集單元采集的變壓器高壓側(cè)無功功率數(shù)值，自動(dòng)的調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角的開度，從而實(shí)現(xiàn)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，在滿足變電站電壓要求的同時(shí)，最大程度上提高系統(tǒng)運(yùn)行的功率因數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

在實(shí)現(xiàn)了變壓器運(yùn)行和無功補(bǔ)償裝置智能化的基礎(chǔ)上應(yīng)該選用智能的電壓無功綜合控制裝置，根據(jù)采集到的變壓器二次側(cè)電壓值和一次側(cè)無功功率數(shù)值進(jìn)行運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)定的控制輸出策略來分別調(diào)節(jié)變壓器有載調(diào)壓開關(guān)和無功補(bǔ)償電容器投切開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)變電站電壓無功兩個(gè)重要參數(shù)控制的智能化，實(shí)現(xiàn)了在滿足變壓器二次側(cè)電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上對(duì)無功功率的動(dòng)態(tài)控制，提高了變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性，滿足了用戶對(duì)電壓質(zhì)量穩(wěn)定的要求。

2.2全站二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化

根據(jù)無人值守變電站的建設(shè)要求，變電站必須具備全網(wǎng)絡(luò)模式的保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)。主要有以下幾方面內(nèi)容：

①綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊協(xié)議必須統(tǒng)一為IEC61850規(guī)約，組態(tài)模式為“站控層”與“設(shè)備層”兩層結(jié)構(gòu)，層與層之間采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊模式建立聯(lián)系，確保數(shù)據(jù)上行下達(dá)無瓶頸，這樣就能建立一個(gè)標(biāo)注化，資源完全共享的平臺(tái)，在平臺(tái)上數(shù)據(jù)庫對(duì)全網(wǎng)內(nèi)部所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一配置定義，避免重復(fù)采集的影響。

②引入先進(jìn)的整合管理系統(tǒng)GOOSE，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)斷路器分合閘以及各種閉鎖功能，同時(shí)可以作為一個(gè)平臺(tái)來集成各種不同保護(hù)裝置廠家的設(shè)備，便于設(shè)備升級(jí)改造以及管理。同時(shí)，GOOSE系統(tǒng)還能以報(bào)文的形式來處理系統(tǒng)中的遙信量，將遙信開光量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)0和1，從而實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)常用的轉(zhuǎn)換開關(guān)及保護(hù)硬壓板的數(shù)字化，解決變電站實(shí)現(xiàn)無人值守的難題。

③全站設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，不再依靠傳統(tǒng)的輸入輸出量模式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集整理，將底層采集裝置更換為帶控制功能的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備，采集到的數(shù)值直接通過網(wǎng)絡(luò)上傳，這樣則站內(nèi)現(xiàn)有的大量二次控制電纜被安全穩(wěn)定同時(shí)造價(jià)低的網(wǎng)線、光纖取代。這樣則大大提高了信號(hào)采集的精度以及處理速度，簡化了變電站二次的復(fù)雜程度同時(shí)降低了施工投資，穩(wěn)定性也大大提升。

④站內(nèi)各種低壓電源實(shí)現(xiàn)智能化，變電站內(nèi)部的直流供電系統(tǒng)、交流供電系統(tǒng)、UPS供電系統(tǒng)、以及各通訊設(shè)備弱電電源，都必須升級(jí)，作為變電站各種保護(hù)控制通訊設(shè)備的電源，交直流低壓系統(tǒng)必須進(jìn)行升級(jí)改造實(shí)現(xiàn)其智能化，各低壓開關(guān)具備通訊功能，可以將開關(guān)以及電源運(yùn)行狀態(tài)上傳至管理系統(tǒng)，便于集控站人員及時(shí)掌握低壓系統(tǒng)運(yùn)行情況。

2.3實(shí)現(xiàn)智能巡檢功能

變電站升級(jí)為無人值守變電站，值班人員撤出后必然需要變電站引入能夠一定程度上代替人來進(jìn)行設(shè)備點(diǎn)巡檢的系統(tǒng)，否則站內(nèi)發(fā)生的問題不容易被發(fā)現(xiàn)。

視屏監(jiān)控信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳，建立一個(gè)全覆蓋的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，增加目前以有監(jiān)控?cái)z像頭的密度，另外增加紅外門禁系統(tǒng)。將變電站內(nèi)實(shí)時(shí)情況通過圖像聲音的形式上傳到集控管理站，由集控站人員對(duì)所管理的變電站進(jìn)行監(jiān)視運(yùn)行。比較先進(jìn)的方式是在GOOSE系統(tǒng)下集成的自動(dòng)跟蹤視頻監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)操作時(shí)，視頻信息根據(jù)上級(jí)操作的開光部位進(jìn)行自動(dòng)跟蹤切換，便于上級(jí)操作人員對(duì)設(shè)備情況適時(shí)掌控。

2.4實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修管理模式

鑒于現(xiàn)在變電站檢修模式為計(jì)劃檢修與突發(fā)性情況處理的模式，實(shí)現(xiàn)無人值守必須引入狀態(tài)檢修系統(tǒng)。

①狀態(tài)檢修專家管理系統(tǒng)，不再以傳統(tǒng)的時(shí)間模式安排檢修任務(wù)，設(shè)備需要檢修與否完全依靠設(shè)備數(shù)據(jù)情況，依靠設(shè)備每次檢修留下的歷史數(shù)據(jù)包括安裝數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分管理，對(duì)綜合分析結(jié)果已經(jīng)達(dá)到安排檢修要求的設(shè)備給出合理的檢修時(shí)間以及檢修內(nèi)容，提出檢修建議。

②升級(jí)智能傳感器及各種智能組件并將信號(hào)及數(shù)據(jù)引入專家分析系統(tǒng)中，由系統(tǒng)對(duì)設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)的掌握分析。專家系統(tǒng)通過對(duì)不斷采集的系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行歸納整理分析，對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，對(duì)可能存在事故趨勢(shì)的設(shè)備及時(shí)給出檢修建議，這樣就將變電站內(nèi)所有的一次二次設(shè)備的檢修工作由傳統(tǒng)的定期檢修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)檢修。應(yīng)用專家系統(tǒng)同時(shí)結(jié)合集控變電站人員對(duì)設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)判斷，可以做到在設(shè)備發(fā)生故障前安排檢修處理，達(dá)到降低設(shè)備故障停機(jī)發(fā)生概率的目的。

3結(jié)語

上述論述，總結(jié)出了變電站實(shí)現(xiàn)無人值守需要做的設(shè)備升級(jí)換代工作，從技術(shù)層面指導(dǎo)了無人值守變電站的實(shí)現(xiàn)工作。實(shí)現(xiàn)無人值守變電站，關(guān)鍵還在于集控站對(duì)無人值守站的管理問題，采取集控中心管理系統(tǒng)結(jié)合變電站智能巡檢，是當(dāng)前采用的普遍方式，無人值守站的發(fā)展在很大程度上降低了變電站的運(yùn)行人工成本，同時(shí)對(duì)智能變電站的普及有積極的推動(dòng)意義，因此，此項(xiàng)工作的討論，對(duì)今后變電站建設(shè)的方向具有積極的作用。

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