變電站一次設(shè)備的智能化研究

楊蕾娜　顏大志

摘要：作為智能電網(wǎng)中的主要組成部分，智能化變電站在一次設(shè)備方面和數(shù)字變電站以及傳統(tǒng)的變電站的主要區(qū)別在于其一次設(shè)備的智能化。文章解釋了智能化變電站的通用定義及結(jié)構(gòu)特征，探究了一次設(shè)備智能化的技術(shù)方案，并對其未來發(fā)展做了些許展望。

關(guān)鍵詞：變電站；智能變電；智能化；一次設(shè)備；全壽周期 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM762 文章編號：1009-2374（2016）24-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.064

變電站的智能化是智能型電站建設(shè)中的重要一環(huán)。電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運行僅僅依靠加速變電站智能化進(jìn)程是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。作為一個系統(tǒng)工程來說，它的形成和運行往往會受到很多因素的影響。而對于變電站來說，如果變電站沒有設(shè)計和使用合理的運行方法，沒有構(gòu)建合適的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及沒有一個安全可行的接入方案，那么就很難保證它的穩(wěn)定安全運行。智能化的發(fā)展可以有效地提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效用、安全性、可靠性，而它也的確正在慢慢發(fā)揮這樣的作用。

1 什么是智能化變電站

1.1 智能化變電站的定義

智能化變電站主要是由具有節(jié)能環(huán)保、先進(jìn)可靠以及高度集成等功能的多種設(shè)備共同組合形成的。通過高速傳輸信息和進(jìn)行通訊的網(wǎng)絡(luò)平臺，智能化變電站可以基本上完成各類信息的采集，同時保護(hù)和監(jiān)測變電站隨時可能發(fā)生的一些問題以及實現(xiàn)其他的一些基本功能，同時根據(jù)不同的需要分別支持電網(wǎng)有效地進(jìn)行在線分析、決策，協(xié)同各部分零件互動整合以及實現(xiàn)自動化控制。

1.2 智能化變電站的特征

智能化變電站具有一些基本的特征，其中主要是它的系統(tǒng)具有高度集成的特性，分析決策也是在線自動進(jìn)行而無需人工參與，信息交換過程中，基本實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，最后在控制和保護(hù)變電站運行上則是協(xié)同化的。設(shè)備及其內(nèi)外部信息的數(shù)字化、結(jié)構(gòu)的緊湊化、設(shè)備信息的實時化是智能化變電站未來的主要發(fā)展方向。

1.3 智能化變電站的結(jié)構(gòu)以及重要功能

間隔、過程和站控是智能化變電站的三層結(jié)構(gòu)。在間隔層，設(shè)備需要有效控制以及保證變電站中一次設(shè)備的安全，同時及時在間隔操作的時候進(jìn)行閉鎖。間隔層相對可以更加高效地采集相關(guān)信息，并完成信息的運算和統(tǒng)計，緊接著發(fā)出相關(guān)的控制命令，高效地實現(xiàn)其控制功能，在同一時間內(nèi)高速度完成和站控層及過程層的智能通信功能。而相關(guān)設(shè)備在間隔層中能夠及時匯集層內(nèi)數(shù)據(jù)和信息，這也是間隔層最主要的功能。過程層可以檢測并得到設(shè)備在運行過程中相對精確的數(shù)據(jù)，而且也能夠在電力運行的時候，自動觀測每時每刻的電氣量及其變化，方便工作人員制定改進(jìn)策略，并進(jìn)行驅(qū)動和執(zhí)行操作。由于全站的數(shù)據(jù)信息需要被及時高效地進(jìn)行匯集、更新并輸入數(shù)據(jù)庫，站控層的作用就絕對不可忽視。站控層還具有一些比較重要的功能，例如幫助在線編寫程序、在線維護(hù)其他各層中的各種設(shè)備、自動有效分析變電站中多樣的突發(fā)情況，幫助工作人員發(fā)現(xiàn)和解決這些問題，提高智能化水平。

2 變電站中一次設(shè)備智能化的相關(guān)技術(shù)

凡是智能化變電站，基本包括了斷路器和母線以及兩器（即變壓器和互感器）等一次設(shè)備，也需要其他智能組件、輔助系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)等有關(guān)設(shè)備。變電站的智能化過程主要表現(xiàn)在上述一次設(shè)備的智能化。在現(xiàn)有的發(fā)達(dá)高科技條件之下，利用專業(yè)高效的檢測方法，一次設(shè)備在自我評價的時候其精確度和可靠性就大大增加了。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障之時，一次設(shè)備也能夠及時發(fā)現(xiàn)部分問題，自動進(jìn)行診斷和精密分析，給工作人員運營、維修、整改設(shè)備提供了大量可靠的數(shù)據(jù)，也為整個智能化的過程提供了自身發(fā)展的基礎(chǔ)。巨大的電力需求之下，間隙發(fā)電提上日程，但真正要做到則不能忽視靈活程度對于整個電網(wǎng)的作用，一次設(shè)備對于靈活電網(wǎng)的功能實現(xiàn)是相當(dāng)有幫助的。智能組件作為一次設(shè)備的一個部分對于整個系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用，它主要有以下七點要求：

2.1 主要變壓器的作用和智能化

一個智能的變壓器必須能夠?qū)τ椭械奈⑺M(jìn)行在線的監(jiān)察和檢測，同時也需要監(jiān)測油中氣體（主要是溶解性氣體）的情況、套管能否有效絕緣（同時要實時監(jiān)測空氣環(huán)境的濕度狀況）以及局部放電是否正常，這能夠相對有效完成對變壓器油中微水、油溶解性氣體等相關(guān)情況的具體了解。另外，利用油色譜，放電類型就能夠得到準(zhǔn)確的區(qū)分，油的過熱問題也能夠得到解決。在進(jìn)行微水的監(jiān)察和檢測之后，油的受潮情況就相對明晰了。

2.2 斷路器的智能化

斷路器的智能化主要借助微電子與新型傳感器、計算機(jī)技術(shù)等技術(shù)二次設(shè)計斷路器系統(tǒng)，數(shù)字化控制斷路器有關(guān)的開關(guān)。對斷路器實現(xiàn)智能化主要將新型傳感器和數(shù)字控制結(jié)合，及時診斷斷路器的故障與缺陷，在有可能出現(xiàn)設(shè)備故障的情況下，及時發(fā)出報警信號，自動采取相應(yīng)的措施，解決相應(yīng)的問題。智能斷路器取代了老舊的機(jī)械設(shè)備與儲能設(shè)備，運用新型的電容儲能與變頻驅(qū)動電機(jī)。斷路器智能化的工作模式是檢測到設(shè)備的故障電流，可以自動選擇相應(yīng)的操作，實現(xiàn)電力與機(jī)械分閘。現(xiàn)階段斷路器主要采用彈操機(jī)構(gòu)，它的合閘、分閘電流比較小，對電源的容量要求不高，動作較快，快速實現(xiàn)重合閘，實現(xiàn)斷路器的高效控制。

2.3 開關(guān)設(shè)備的智能化

在線監(jiān)測GIS密度的微水的系統(tǒng)完成了對微水的監(jiān)測和對9F6氣體密度的監(jiān)察和測驗功能；GIS可以利用光線自動、在線感測內(nèi)部的溫度，因為其內(nèi)部是有能夠感知溫度的溫度傳感器的，當(dāng)它得到相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)之后，就能夠展示一張溫度變化相關(guān)情況的圖形來，給人以直觀的感受和較為精確的數(shù)據(jù)。如果要監(jiān)測局部設(shè)備的實時放電量及其變化，GIS可以發(fā)揮最大的功能。

2.4 避暑器的智能化

在線監(jiān)測避暑完成了相關(guān)避暑器設(shè)備當(dāng)中流失電流值、全電流和計數(shù)器運行過程中所有的動作總次數(shù)等的在線監(jiān)察檢測。

2.5 電容的智能化

掌握介質(zhì)（電容）的絕緣特性，并實時監(jiān)察和檢測電流量是否平衡、介質(zhì)損耗的程度以及電容含量數(shù)據(jù)。

2.6 電纜的作用

在智能化過程中，電纜作為重要部分需要監(jiān)測其介質(zhì)損耗的因數(shù)、值流分量和局部放電等方面的參數(shù)，也需要掌握了解它的絕緣特性。

2.7 電子互感器

電子互感器是通過現(xiàn)已運用成熟的電磁感應(yīng)理論來檢測工作人員所需要的相關(guān)信號。電子互感器在確保繼電保護(hù)的可靠性、電網(wǎng)的動態(tài)觀測等方面有著不可替代的重要作用。如果要成功完成變電站一次設(shè)備的智能化，那么信息全面轉(zhuǎn)為數(shù)字化是最主要的步驟。非靜態(tài)測量電壓、電流準(zhǔn)確，給提升整個電力系統(tǒng)控制運行的水平奠定了測量的基礎(chǔ)。

3 變電站一次設(shè)備智能化的應(yīng)用

對于變電站實現(xiàn)智能化最重要的突破就是智能化高壓配電設(shè)備。借助同等技術(shù)相連的電能傳播器全面監(jiān)控電力實際運行情況。一次設(shè)備朝著智能化的目標(biāo)是自動處理全面電力設(shè)備故障，進(jìn)一步實現(xiàn)控制、檢測一次設(shè)備。變電站實現(xiàn)智能化有很多獨特的優(yōu)勢。借助計算機(jī)實現(xiàn)電力系統(tǒng)中設(shè)備的全面監(jiān)測，及時獲取有關(guān)電力設(shè)備在實際運行過程中的數(shù)據(jù)以及運行信號，及時監(jiān)測電力的輸出與輸入狀態(tài)。這在很大程度上避免了采集無效數(shù)據(jù)，提高整體的監(jiān)測效率，但是由于受到技術(shù)的限制，實現(xiàn)整體的監(jiān)測還存在很多困難。智能化變電站運用數(shù)據(jù)采集技術(shù)及時處理強(qiáng)大的信息，排除設(shè)備的故障。綜合借鑒在線信息處理與模型技術(shù)，使得智能變電站具備一定的防誤功能，增強(qiáng)自動閉鎖功能，避免變電站出現(xiàn)連環(huán)事故。

4 對變電站一次設(shè)備智能化的展望與期待：全壽周期管理

設(shè)備管理主要指試用期間設(shè)備的運行和維修管理，出發(fā)點在于設(shè)備的可靠性程度，是為了確保設(shè)備運行的可靠和穩(wěn)定而進(jìn)行的。其中包含了設(shè)備資產(chǎn)物質(zhì)運動的形態(tài)，也就是設(shè)備安裝、使用、維護(hù)以及拆卸，體現(xiàn)了設(shè)備整個物質(zhì)運動的過程。資產(chǎn)管理則把重點放在整個設(shè)備有關(guān)價值的運動裝套所覆蓋的采購、折舊、維修和報廢等所有資產(chǎn)壽命時間的概念，其出發(fā)點在于整個企業(yè)在運營方面的經(jīng)濟(jì)性，是為了減少運營成本并提升收入而提出的。

設(shè)備的完全壽命的周期管理包含了設(shè)備和資產(chǎn)管理的兩重概念，涵蓋了設(shè)備和資產(chǎn)管理的全部過程，從采購、使用、輪換到報廢等整個過程，所以考慮設(shè)備的全壽周期的管理要綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

電氣設(shè)備的全壽周期管理可以說是變電站智能資產(chǎn)的全壽周期管理中最重要的一點。要對變電站完成一次全面整體系統(tǒng)的規(guī)劃，采購相關(guān)設(shè)備，完成完善整個工程的建設(shè)，并盡量顧及后期工程的有效運行和及時維護(hù)則需要相關(guān)手段和技術(shù)進(jìn)行幫助，比如獲取可靠準(zhǔn)確的預(yù)備信息、準(zhǔn)確評估設(shè)備的壽命和優(yōu)缺點等。同時完善管理方案，最終完成設(shè)備全壽周期中利用率的最大化和資產(chǎn)全壽周期中效益的最大化兩個目標(biāo)。

5 結(jié)語

綜上所述，實現(xiàn)一次設(shè)備的智能化在我國的變電站建設(shè)中具有非常重要的意義。變電站的智能化是智能型電站建設(shè)中重要的一環(huán)，如何保證整個電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行是一項系統(tǒng)性的工程。變電站能否穩(wěn)定安全運行，是由可靠安全的網(wǎng)架系統(tǒng)、適當(dāng)?shù)倪\行方式、合理高效的變電站整體連接方式等各種因素共同組合而產(chǎn)生作用，僅僅依賴設(shè)備智能化的程度無法實現(xiàn)。因此，卡管和變壓器等各種設(shè)備在選購伊始就需要考慮使用包含內(nèi)置的整合型傳感器、專用設(shè)計且包括智能化組件的電網(wǎng)設(shè)備，以使得設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加緊湊、設(shè)計更加合理，使得智能組件具有更高的安全、可靠性和更加精確無誤的監(jiān)測參量。

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作者簡介：楊蕾娜（1976-），女，山東曲阜人，國網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司技師，工程師，研究方向：變電運行與變電檢修技術(shù)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）