智能高壓設(shè)備技術(shù)策略解析

摘要：智能電網(wǎng)作為21世紀(jì)電力系統(tǒng)的科技創(chuàng)新成果，引領(lǐng)著未來全球電力系統(tǒng)發(fā)展和變革的新方向。智能高壓設(shè)備是順應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)需求而產(chǎn)生的新的設(shè)備形式。文章首先簡述了智能高壓設(shè)備的技術(shù)理念與功能，接著解析了智能高壓設(shè)備的技術(shù)策略，最后展望了智能高壓設(shè)備的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能高壓設(shè)備；技術(shù)理念；技術(shù)策略；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM51 文章編號(hào)：1009-2374（2016）10-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.019

2009年，國家電網(wǎng)公司正式啟動(dòng)智能電網(wǎng)的試點(diǎn)建設(shè)工程。智能電網(wǎng)是全新的概念，因此試點(diǎn)建設(shè)工程定將遭遇諸多技術(shù)瓶頸，例如高壓設(shè)備智能化或智能高壓設(shè)備。智能高壓設(shè)備是在國家智能電網(wǎng)建設(shè)基礎(chǔ)上提出的新概念，是傳感器、一次設(shè)備及二次設(shè)備的創(chuàng)新結(jié)合。智能高壓設(shè)備主張利用傳感器技術(shù)來實(shí)時(shí)地將高壓設(shè)備的狀態(tài)與電網(wǎng)運(yùn)行控制結(jié)合起來，以優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行和確保電網(wǎng)供電的可靠性?！陡邏涸O(shè)備智能化技術(shù)導(dǎo)則》（Q/GDW/Z 410-2010）是國家電網(wǎng)公司出臺(tái)的指導(dǎo)性技術(shù)文件，盡管如此，智能高壓設(shè)備技術(shù)理念的有效執(zhí)行仍需較長的時(shí)間，同時(shí)智能高壓設(shè)備的研究單位、制造單位、應(yīng)用單位尚未形成規(guī)范化的認(rèn)識(shí)。據(jù)此研究背景，筆者結(jié)合智能高壓設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，解析其技術(shù)策略。

1 智能高壓設(shè)備的技術(shù)理念與功能

高壓設(shè)備是電網(wǎng)運(yùn)行的保障性元件，即服從電網(wǎng)控制；電網(wǎng)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)退出運(yùn)行。高壓設(shè)備智能化的目標(biāo)是優(yōu)化自身控制和支持電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，此乃智能高壓設(shè)備的研究、設(shè)計(jì)及應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)。據(jù)此認(rèn)知，有研究人員就智能高壓設(shè)備提出如下技術(shù)理念：將高壓設(shè)備、智能電子裝置及傳感器有機(jī)集合起來，形成一部具備實(shí)時(shí)描述功能的新型設(shè)備。依此技術(shù)理念可知，智能高壓設(shè)備具有以下技術(shù)要點(diǎn)：從高壓設(shè)備的自控需求及電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行需求出發(fā)，制定傳感器的應(yīng)用方案和對采集信息進(jìn)行智能化分析；傳感器應(yīng)自行就地分析信息，信息的內(nèi)容包含控制、運(yùn)行及可靠性狀態(tài)；智能化信息經(jīng)站控層網(wǎng)絡(luò)、電網(wǎng)高級應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互，以便實(shí)時(shí)適應(yīng)電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行所需。此外，從智能高壓設(shè)備的技術(shù)要點(diǎn)中可歸納出，智能高壓設(shè)備具有優(yōu)化自身控制、支持電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行、支持優(yōu)化檢修策略的

功能。

1.1 優(yōu)化自身控制

電力變壓器的優(yōu)化控制對象為冷卻裝置、有載分接開關(guān)，其中對于冷卻裝置，優(yōu)化自身控制是綜合傳感器信息之后，在絕緣熱點(diǎn)溫度控制與節(jié)能之間找準(zhǔn)平衡點(diǎn)，最后再按節(jié)能要求制定出智能控制策略。斷路器的優(yōu)化控制指的是支持程序化操作及選相合閘控制，其中程序化操作指的是開關(guān)設(shè)備在相關(guān)指令、要求和技術(shù)的約束條件下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)接地開關(guān)、隔離開關(guān)及斷路器的分/合閘操作；選相合閘控制指的是綜合各種影響時(shí)間特性的信息，以支持在期望的相位實(shí)現(xiàn)斷路器的合閘操作。

1.2 支持電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行

智能高壓設(shè)備往往從多方面對電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行提供支持，如可靠性狀態(tài)、負(fù)荷控制等，其中負(fù)荷控制是指利用各種傳感器來對電力變壓器的最大安全負(fù)載能力進(jìn)行實(shí)時(shí)確定，以滿足電網(wǎng)的應(yīng)急所需。負(fù)荷控制的原則之一是縮短電力變壓器的使用壽命來提高電網(wǎng)供電的安全可靠性。

1.3 支持優(yōu)化檢修策略

傳統(tǒng)在線監(jiān)測與智能高壓設(shè)備均具備支持優(yōu)化檢修策略的功能。對于智能高壓設(shè)備，多數(shù)傳感器皆可反映出高壓設(shè)備的可靠性狀態(tài)，此乃高壓設(shè)備檢修的主要依據(jù)。實(shí)踐表明，高壓設(shè)備具有很高的可靠性，且現(xiàn)行傳感器無法完全反映出高壓設(shè)備運(yùn)行故障的成因，外加智能電子監(jiān)測裝置和現(xiàn)行傳感器的可靠性較低，因此難以完全支持優(yōu)化檢修。對此，技術(shù)人員不宜過度追究在線監(jiān)測的影響。

2 智能高壓設(shè)備的技術(shù)策略

2.1 智能化高級應(yīng)用技術(shù)

智能高壓設(shè)備的高級應(yīng)用是一種基于智能化信息的電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行與檢修優(yōu)化技術(shù)。高級應(yīng)用是智能高壓設(shè)備應(yīng)用的根本目的，尤其是電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，應(yīng)作為智能高壓設(shè)備應(yīng)用的核心目標(biāo)。

2.2 傳感器與智能電子裝置

據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，高壓設(shè)備附近安裝的電子裝置和電量傳感器均易出現(xiàn)測量不穩(wěn)定、故障率高等問題，雖然多數(shù)電子裝置均做過電磁兼容性實(shí)驗(yàn)，但仍未徹底改善電子裝置運(yùn)行的可靠性。針對此類問題，研究證實(shí)并非電子器件的問題，而是設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方面存在缺陷，即應(yīng)從設(shè)計(jì)方面、實(shí)驗(yàn)方面來改善傳感器與智能電子裝置的運(yùn)行效果。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)

智能高壓設(shè)備的活力由所建立的智能高壓設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系所決定，即智能化水平的評測標(biāo)準(zhǔn)、IED的互換性與互操作性標(biāo)準(zhǔn)、傳感器的接口標(biāo)準(zhǔn)與植入標(biāo)準(zhǔn)及智能組件的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)、開放性標(biāo)準(zhǔn)等均需得到規(guī)范。目前，智能高壓設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)初步規(guī)劃完成，同時(shí)加快推進(jìn)智能高壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)步伐，以扭轉(zhuǎn)智能高壓設(shè)備無標(biāo)準(zhǔn)可依的現(xiàn)狀。

2.4 狀態(tài)評估技術(shù)

狀態(tài)評估技術(shù)作為智能高壓設(shè)備的核心技術(shù)，是指利用智能技術(shù)將傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑畔ⅲ灾С种悄芨邏涸O(shè)備的高級應(yīng)用。智能高壓設(shè)備通常表現(xiàn)出以下三種狀態(tài)，即控制狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)及可靠性狀態(tài)，且三種狀態(tài)之間具有較高的關(guān)聯(lián)性，但三種狀態(tài)的應(yīng)用卻表現(xiàn)出明顯的差異性。因此，若智能化方案不同，則應(yīng)重視對高壓設(shè)備狀態(tài)評估結(jié)果的準(zhǔn)確控制及對評估結(jié)果可信度的準(zhǔn)確描述。

2.5 信息管理與交互技術(shù)

高壓設(shè)備主要通過智能組件來實(shí)現(xiàn)智能化，而智能組件是IED的集合，同時(shí)從智能化工程的差異性來講，同類設(shè)備擁有多種IED集合方案。在智能組件中，IED的信息源可以是傳感器或其他IED，但主IED具有設(shè)備狀態(tài)分析的功能，即根據(jù)其他IED信息來分析設(shè)備狀態(tài)，分析所得的智能化信息應(yīng)按事先約定好的間隔要求自主報(bào)送到其他站控層設(shè)備，從而支持智能高壓設(shè)備的高級應(yīng)用。除此以外，為了滿足設(shè)備狀態(tài)分析的相關(guān)要求，多數(shù)信息需要多次使用，即IED應(yīng)具備儲(chǔ)存與管理信息的功能，以滿足趨勢分析與信息品質(zhì)分析所需。智能高壓設(shè)備是智能變電站與數(shù)字化變電站的重要區(qū)別。經(jīng)論證，智能高壓設(shè)備的IED均可統(tǒng)一組網(wǎng)，同時(shí)根據(jù)智能化需求而設(shè)計(jì)的智能組件信息管理方案對保障智能高壓設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性非常重要。

3 案例分析

某500kV變電站是我國首批智能化改造試點(diǎn)變電站。此變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)由過程層、間隔層、站控層組成，且此變電站二次系統(tǒng)的信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化程度均較高，因此對一次設(shè)備智能化及高級應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)非常有利。此項(xiàng)智能化改造工程的內(nèi)容較多，而本案主要討論的是一次設(shè)備的智能化改造，即分別從以下方面討論智能高壓設(shè)備的技術(shù)策略：

3.1 智能斷路器的技術(shù)方案

智能電網(wǎng)中，智能高壓設(shè)備采用的最終模式為緊湊型一體化智能設(shè)備。HGIS開關(guān)具有GIS開關(guān)和AIS開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，即具有環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)、占地面積小、安裝方便、運(yùn)行可靠度高、抗振動(dòng)能力強(qiáng)、維護(hù)工作量小、造價(jià)便宜等優(yōu)點(diǎn)，但HGIS技術(shù)尚無法完全滿足電網(wǎng)智能化的建設(shè)需要。根據(jù)《高壓設(shè)備智能化技術(shù)導(dǎo)則》，本次改造工程自主研發(fā)了一臺(tái)基于HGIS的35kV智能斷路器。此斷路器具有在線監(jiān)測、智能終端、集成保護(hù)、計(jì)量、測控等功能，同時(shí)可使開關(guān)的一次、二次設(shè)備融合起來，以提高智能設(shè)備的緊湊度。

3.2 變壓器智能組件的技術(shù)方案

對此500kV變電站的#3主變開展智能化改造，即配置一套三相的變壓器智能組件。此變壓器智能組件的每相均配置一個(gè)智能柜，智能柜具體由主IED、控制參量測量IED、冷卻裝置監(jiān)測IED、油內(nèi)氣體與微水監(jiān)測IED及局放監(jiān)測IED組成。智能柜之間的連接由光纖以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)；智能柜中的子IED共用一套置于A相智能柜中的主IED；#3主變的非電量保護(hù)裝置及風(fēng)冷控制箱均按在A相變壓器的旁邊，因此#3主變智能組件的非電量保護(hù)裝置及冷卻裝置監(jiān)測IED也全部置于A相智能柜中。

3.3 斷路器智能組件的技術(shù)方案

高壓開關(guān)設(shè)備中，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行主要由斷路器來實(shí)現(xiàn)。但據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，各類故障所占的比例分別為載流為8.9%、開斷與關(guān)合為10.0%、外力為10.6%、機(jī)械為33.3%、絕緣為37.3%，因此高壓開關(guān)設(shè)備故障的成因無疑以絕緣及機(jī)械為主。開關(guān)在線監(jiān)測的任務(wù)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣及機(jī)械方面所引起的故障及采用電流監(jiān)測的方法找出電氣故障。開關(guān)在線裝置的任務(wù)是對刀閘電流、儲(chǔ)能電機(jī)電流、開關(guān)跳圈合圈電流及開關(guān)動(dòng)作特征等進(jìn)行在線監(jiān)測，并利用站控層和MMS網(wǎng)絡(luò)上傳各種波形數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)測量值及告警信息等。此外，每一臺(tái)斷路器均配有一套包含斷路器動(dòng)作特性監(jiān)測IED的斷路器智能組件，以實(shí)現(xiàn)對主IED的集成處理。

實(shí)踐表明，按以上方案所開展的一次設(shè)備智能化改造對實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備狀態(tài)的可視化具有重要作用且能夠?qū)崿F(xiàn)智能變電站的安全可靠運(yùn)行。

4 展望

智能高壓設(shè)備作為智能電網(wǎng)發(fā)展的產(chǎn)物，具有明顯的智能化特征，同時(shí)智能高壓設(shè)備所具備的自我狀態(tài)描述功能支持高壓設(shè)備的優(yōu)化控制及電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行，因此對進(jìn)一步推進(jìn)國家智能電網(wǎng)的建設(shè)具有重要作用。除此以外，智能高壓設(shè)備的技術(shù)理念既包含在線檢測技術(shù)的各項(xiàng)功能，又新增優(yōu)化控制和支持電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的功能，并能從技術(shù)上解決在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用缺陷及完全滿足智能電網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求?？梢?，在非智能電網(wǎng)的建設(shè)與改造中，智能高壓設(shè)備極具應(yīng)用前景，即傳感器與IED可靠性的增強(qiáng)及智能高壓設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的健全定能為智能高壓設(shè)備開辟廣闊的應(yīng)用前景。

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作者簡介：李立志（1989-），男（蒙古族），內(nèi)蒙古土左人，供職于內(nèi)蒙古超高壓供電局，研究方向：供電局相關(guān)的翻譯理論與實(shí)踐。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）