基于變電站電氣一次設(shè)計(jì)的智能化研究

周明

摘 要：變電站是電力系統(tǒng)不可缺失的部分。在智能變電站電氣一次設(shè)計(jì)的過程中，需要對一次設(shè)備的智能化情況進(jìn)行了解，基于此，文章對變電站電氣一次設(shè)備智能化的現(xiàn)狀展開了研究，重點(diǎn)對需要解決的問題進(jìn)行了重點(diǎn)分析，同時，對未來的發(fā)展提出了自己的見解。

關(guān)鍵詞：變電站；電氣一次設(shè)備；智能化

1 一次設(shè)備智能化的研究現(xiàn)狀

變電站中的電氣一次設(shè)備主要包括變壓器、互感器、可控電抗器、開關(guān)設(shè)備等。電氣一次設(shè)備智能化可以通過兩種途徑來實(shí)現(xiàn)，一是通過對傳統(tǒng)的電氣設(shè)備配備智能終端，即對其進(jìn)行智能化改造；二是直接由廠家設(shè)計(jì)制造具備智能化功能的電氣設(shè)備。由于傳統(tǒng)一次設(shè)備大量存在于現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)一次設(shè)備被全面智能化的一次設(shè)備徹底取代還是一個很漫長的過程，目前實(shí)現(xiàn)電氣一次設(shè)備的智能化發(fā)展主要通過途徑一來完成，也就是在傳統(tǒng)的一次設(shè)備上增加智能控制模塊，使其集成數(shù)據(jù)采集、在線監(jiān)測、故障判斷和通信等多功能。

1.1 電力電子變壓器。作為一種新型的變壓器，電力電子變壓器要優(yōu)于傳統(tǒng)的變壓器，其主要是融合了電力電子技術(shù)以及其他方面的先進(jìn)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓、相位、幅值的自動轉(zhuǎn)換。在應(yīng)用電力電子變壓器后，可將AC/AC、AC/AD/AC之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，能夠使用直流電壓，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和控制；根據(jù)它的功能，可以進(jìn)行自我監(jiān)控、自我保護(hù)、無功補(bǔ)償?shù)?，不必添加額外的設(shè)備。由于電力電子器件的體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，在航天、航空等領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛；而且在智能電網(wǎng)中，分布式電源系統(tǒng)不斷的增加，使電力電子器件能夠靈活地分布在這個系統(tǒng)中。因此，作為新型的變壓器，電力電子將得到更大的發(fā)展。

1.2 電力變壓器。在整個電力系統(tǒng)中，變壓器廣泛應(yīng)用于發(fā)、供、用各個環(huán)節(jié)，它在電網(wǎng)中處于極為重要的地位，是保證電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和人們生產(chǎn)及生活用電的關(guān)鍵設(shè)備。變壓器的智能化是電氣一次設(shè)備智能化的重要組成部分。智能變壓器的提出早在智能電網(wǎng)之前，許多研究學(xué)者、企業(yè)也從不同的角度在傳統(tǒng)變壓器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，獲得了科研成果和專利產(chǎn)品。智能型變壓器包括傳統(tǒng)變壓器的智能化和基于換流技術(shù)的電力電子變壓器。

1.3 互感器。作為變電站中一個重要的部分，互感器的功能體現(xiàn)在以下3個方面：安全、準(zhǔn)確測量和自我診斷。根據(jù)國際電工委員會制定的標(biāo)準(zhǔn)，電子式互感器由所有的光電式互感器和其他使用電子設(shè)備的互感器組成。電力系統(tǒng)光學(xué)電流互感器使用的是零和式光學(xué)電流傳感技術(shù)，它的功能具有精度高、保護(hù)輸出優(yōu)質(zhì)、絕緣性強(qiáng)和電磁兼容性高的特點(diǎn)，由于能夠入網(wǎng)使用，所以可以進(jìn)一步大量地應(yīng)用在電網(wǎng)系統(tǒng)中。激光供電型110kV光電電流互感器采用了信號轉(zhuǎn)化技術(shù)，運(yùn)用光纖傳輸，所以，它具有絕緣性高、受電磁干擾小、測量頻帶寬、范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)智能化建設(shè)中很有大的發(fā)展?jié)摿蛯?shí)用價(jià)值。

1.4 智能開關(guān)組合設(shè)備。智能組合開關(guān)是智能控制中的關(guān)鍵設(shè)備，它綜合了斷路器、隔離開關(guān)、地接開關(guān)、互感器、避雷器、母線和出線終端等，將新型傳感技術(shù)、微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)等技術(shù)相結(jié)合，從而達(dá)到智能化控制。為了更好地在電網(wǎng)中應(yīng)用智能化，需要對智能組合開關(guān)提供數(shù)字化的平臺，從而能夠自我參數(shù)檢測、就地綜合評估和實(shí)時狀態(tài)報(bào)告等。在國內(nèi)，組合開關(guān)在二次回路中的集成化程度不是很高，智能化終端和開關(guān)的應(yīng)用上不夠完善，所以新型的開關(guān)將取代原有的設(shè)備，例如河南公司開發(fā)的智能型高壓開關(guān)，能夠把多種設(shè)備整合為一體，更好地控制電網(wǎng)電路系統(tǒng)。

1.5 智能斷路器。高壓斷路器作為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中重要的控制和保護(hù)設(shè)備，其智能化同樣也是電氣一次設(shè)備智能化的基礎(chǔ)。斷路器的智能化必須配置最新的傳感技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)操動機(jī)構(gòu)的可控操動。與傳統(tǒng)斷路器相比，兼有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和傳感裝置的智能化斷路器集智能化控制功能、狀態(tài)監(jiān)測與診斷功能、智能化操作功能為一體。

1.6 可控電抗器。可控電抗器是超高壓及以上電壓等級輸電系統(tǒng)中關(guān)鍵的電氣一次設(shè)備，對提高電網(wǎng)輸電能力、改善電壓質(zhì)量、補(bǔ)償無功缺額、確保系統(tǒng)穩(wěn)定具有不可替代的作用。它結(jié)合了現(xiàn)代電力電子技術(shù)與控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對電抗器參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)與控制。目前，系統(tǒng)中已經(jīng)得到應(yīng)用的有可控并聯(lián)電抗器（CSR）、晶閘管控制電抗器（TCR）、裂心式可控電抗器（SCTTCR）、直流助磁式可控飽和型電抗器（CSR）和可控串聯(lián)補(bǔ)償器（TCSC），具備廣闊應(yīng)用前景的有超導(dǎo)型可控電抗器（SCTCR）和自飽和磁閥式可控電抗器（SSMVTCR）。

2 變電站電氣一次設(shè)備智能化需要解決的問題

2.1技術(shù)方面的問題。目前我國變電站電氣一次設(shè)備還未完全的實(shí)現(xiàn)智能化，這主要是因?yàn)橛泻芏嗉夹g(shù)方面的問題未能解決，很多核心技術(shù)還處于攻關(guān)階段，因此現(xiàn)階段我國一次設(shè)備智能化并未沒有達(dá)到預(yù)期效果。盡管我國可以通過引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)來解決，但是這不僅需要花費(fèi)大量的購買專利的成本，同時還需要將購買的技術(shù)與我國國內(nèi)變電站電氣一次設(shè)備情況有效的相融合，這也需要耗費(fèi)一定的人力與物力。

2.2 智能化系統(tǒng)方面的問題。盡管有些變電的電氣一次設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化，構(gòu)建了相應(yīng)的智能化系統(tǒng)，但是智能化系統(tǒng)本身并不完善，還存在著多方面的問題，比如斷路器跳閘方式是否合理、電源供電是否安全等，都還處于未知階段。為此，智能化系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，必須采取抗干擾措施，保證智能化系統(tǒng)正常的運(yùn)行。

2.3 推廣方面的問題。一次電氣設(shè)備包括了很多種，每種電氣設(shè)備的使用年限都不相同，比如高壓電氣設(shè)備與電子設(shè)備相比，使用年限比較長，再加之，一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化之后，價(jià)格通常比較昂貴，所以難以推廣。為此，研究者需要電氣一次設(shè)備材料進(jìn)行改善，并且利用新型的技術(shù)提高設(shè)備的使用年限，這樣才有利于電氣一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化之后，進(jìn)一步推廣使用。

3 一次設(shè)備智能化發(fā)展的方向

針對上述技術(shù)上存在的問題及設(shè)備本身性能上需要解決的問題，電氣一次設(shè)備智能化的開發(fā)存在有極大的潛力。電氣一次設(shè)備的智能化需要不斷地完善不同領(lǐng)域之間的協(xié)同技術(shù)問題。為解決不等壽命局限的問題，必須從電子設(shè)備本身的設(shè)計(jì)、制造及改善其運(yùn)行條件等方面著手，提高設(shè)備的使用壽命與可靠性。作為電力變壓器智能化發(fā)展的另一可能途徑，電力電子變壓器由于目前所使用的電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、可靠性較低、損耗較大，故可進(jìn)一步加強(qiáng)對其各種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的深入研究。

由于電氣一次設(shè)備智能化的開放性，許多新的功能將被不斷地開發(fā)和利用，這些發(fā)展不但能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)電力系統(tǒng)注入新的活力，還能夠?qū)υS多特殊用途的供配電系統(tǒng)的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。電氣一次設(shè)備智能化的全面推廣和應(yīng)用，將為智能電網(wǎng)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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