變電站電力一次設(shè)備智能化問題的研究綜述

鄭周濤

(文山壯族苗族自治州水利電力勘察設(shè)計(jì)院，云南 文山 663000)

變電站電力一次設(shè)備智能化問題的研究綜述

鄭周濤

(文山壯族苗族自治州水利電力勘察設(shè)計(jì)院，云南 文山 663000)

變電站是電力供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)換以及功率轉(zhuǎn)換的重要設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，在智能化改造中融入的技術(shù)類型不斷增加，如集成控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電磁干擾技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)等，促進(jìn)了電力一次設(shè)備的智能化發(fā)展。文章就變電站電力一次設(shè)備智能化問題進(jìn)行探討。

變電站；電力一次設(shè)備；智能化；全壽命周期

0 引 言

現(xiàn)代我國(guó)變電站改建過程中其關(guān)鍵內(nèi)容就是電網(wǎng)資源的二次整合以及電網(wǎng)的智能化組建，因此在電力一次設(shè)備智能化過程中，不僅需要采用多種技術(shù)措施保證電網(wǎng)的基本運(yùn)行性能以及安全性，同時(shí)還需要依據(jù)當(dāng)前的電網(wǎng)運(yùn)行要求以及實(shí)際運(yùn)行能力對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。在電力設(shè)備智能化控制中，需要積極采用電子信息技術(shù)，并加強(qiáng)技術(shù)選擇比較以及技術(shù)管理，協(xié)調(diào)好系統(tǒng)中子系統(tǒng)之前的關(guān)系，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及科學(xué)性，從而實(shí)現(xiàn)智能化技術(shù)功能的最大化[1]。當(dāng)前我國(guó)變電站電力設(shè)備使用中，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了軟件的數(shù)字化升級(jí)，但是由于手段傳統(tǒng)技術(shù)如管理模擬信號(hào)的影響，模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)化仍然存在困難。因此，要想實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化改造和升級(jí)，需要從電網(wǎng)電氣一次設(shè)備的智能化著手，對(duì)當(dāng)前改造中存在的問題進(jìn)行總結(jié)，對(duì)設(shè)備的遙信和遙控等功能進(jìn)行智能化處理。

1 一次設(shè)備智能化現(xiàn)狀

變電站中電力一次設(shè)備主要指變壓器、互感器、可控電抗器以及開關(guān)設(shè)備等。電力一次設(shè)備智能化的實(shí)現(xiàn)主要從兩個(gè)方面入手，一為對(duì)傳統(tǒng)電力設(shè)備加設(shè)智能終端，二是在廠家設(shè)計(jì)制造過程中注重電氣設(shè)備選型以及智能化功能的升級(jí)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)一次設(shè)備多存在于現(xiàn)有電力系統(tǒng)中，這就意味著傳統(tǒng)一次設(shè)備被全部更替為智能化一次設(shè)備需要較長(zhǎng)周期。為此，要想快速實(shí)現(xiàn)電力一次設(shè)備的智能化發(fā)展可以在傳統(tǒng)一次設(shè)備上增加智能控制模塊，其具有數(shù)據(jù)采集、在線監(jiān)測(cè)、故障判斷以及通信等多重功能。

1.1 電力變壓器的智能化

1.1.1 傳統(tǒng)變壓器的智能化

在變壓器輸入、輸出線圈電路中分別串接智能型保險(xiǎn)絲，并且在變壓器電路的輸入端并聯(lián)一組由電阻以及發(fā)光二極管串接而成的電源指示電路，是當(dāng)前電力變壓器智能化的主要形式。智能型保險(xiǎn)絲在電路供電系統(tǒng)出現(xiàn)過流、過溫和雷電干擾時(shí)可起到良好的保護(hù)作用，可有效避免供電系統(tǒng)停止運(yùn)行以及變壓器被燒毀等問題的循環(huán)；在電路供電系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)智能保險(xiǎn)絲不處于工作張狀態(tài)，不會(huì)對(duì)變壓器的運(yùn)行造成影響；當(dāng)電路故障消除后可恢復(fù)正常，接通線路便可運(yùn)行[2]。

1.1.2 電力電子變壓器

電力電子變壓器是近些年隨著大功率電力電子元器件和控制技術(shù)的不斷發(fā)展而產(chǎn)生的新型電力變壓器，又被稱之為電力電力變壓器、電子變壓器、柔性變壓器、固態(tài)變壓器、智能變壓器等，其綜合了電力電子變換技術(shù)以及高頻電能變換技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可將電力特征的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N電力特征的電能靜止電力設(shè)備。所謂電力特征，主要就是指電壓或者是電流的頻率、幅值、相位、相序以及波形等。引用電力電子變換技術(shù)以及控制技術(shù)，電力電子變壓器實(shí)現(xiàn)了AC/AC變換、AC/DC/AC的轉(zhuǎn)換，可輸出直流，且可直接對(duì)能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及控制。電力電子變壓器在傳統(tǒng)變壓器的基本功能上進(jìn)行了升級(jí)，逐漸成為多功能設(shè)備，且無需增設(shè)其他輔助設(shè)備便可進(jìn)行自我監(jiān)測(cè)、診斷、保護(hù)、無功補(bǔ)償，也能夠改善電能質(zhì)量和控制系統(tǒng)潮流等。因?yàn)殡娏﹄娮幼儔浩鞯闹饕獦?gòu)成為電力電子器件，其體積較小，質(zhì)量較輕，可將其直接應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。此外，智能電網(wǎng)建設(shè)中可再生能源的應(yīng)用使得系統(tǒng)中引入了大量的分布式電源系統(tǒng)，而分布式電源交直流兼具，分布范圍較廣，容量小，而電壓波動(dòng)性較大。電力電子變壓器用于交直流功能，可以對(duì)分布式電源接入電力系統(tǒng)依據(jù)運(yùn)行要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以，在智能電網(wǎng)浪潮下，電力電子變壓器的研究和升級(jí)改造是變壓器智能化開發(fā)的重要途徑[3]。

1.2 互感器智能化

變電站中最為重要信息來源是互感器，而互感器的智能化主要表現(xiàn)在安全、準(zhǔn)確測(cè)量以及自我診斷。電子式互感器具備了數(shù)字化、光纖化以及準(zhǔn)確化三個(gè)要素，也是未來互感器智能化發(fā)展的主要方向，電子式互感器如圖1所示。電力系統(tǒng)光學(xué)電流互感器的技術(shù)基礎(chǔ)是零和式光學(xué)電流傳感技術(shù)，其突出優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在精度高、保護(hù)輸出優(yōu)良、絕緣水平高、電磁兼容性和實(shí)用性較強(qiáng)等，且具備入網(wǎng)資格，也已經(jīng)投入生產(chǎn)線。激光供電型110kV光電電流互感器通過信號(hào)轉(zhuǎn)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光纖傳輸，且絕緣性能較高，可有效抵抗電磁的干擾，且測(cè)量時(shí)頻帶較寬，動(dòng)態(tài)范圍大，可滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)智能化的運(yùn)行要求。

1.3 開關(guān)設(shè)備智能化

1.3.1 智能斷路器

高壓斷路器是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中十分關(guān)鍵的控制以及保護(hù)設(shè)備，而斷路器的智能化也是電力一次設(shè)備智能化的關(guān)鍵所在[4]。斷路器智能化需要配置新型傳感術(shù)、微電子技術(shù)以及信息技術(shù)等，從而保證操動(dòng)機(jī)構(gòu)的可控性。與以往的斷路器相較而言，智能斷路器具備了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及傳感裝置的智能化斷路器智能控制功能，也可對(duì)電力運(yùn)行進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，便于變電站日常運(yùn)維工作的開展。同時(shí)，真空技術(shù)、滅弧室技術(shù)、新工藝、新材料等技術(shù)的發(fā)展使得真空斷路器逐漸向大容量化、低過電壓化、小型化以及智能化方向發(fā)展。另外，在實(shí)際工程運(yùn)行過程中，智能斷路器的跳閘方式已經(jīng)從傳統(tǒng)的跳合閘電流操作方式變?yōu)榛贗EC61850標(biāo)準(zhǔn)的GOOSE等快速報(bào)文傳遞跳合閘命令的操作方式。隨著智能化技術(shù)的快速發(fā)展以及當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，智能斷路器的具有很大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖1 電子式互感器原理示意圖

1.3.2 智能開關(guān)組合設(shè)備

智能開關(guān)組合設(shè)備時(shí)斷路器、隔離開關(guān)、接地開掛、互感器、避雷器、母線以及出線終端等封裝成的組合設(shè)備，其綜合了多種技術(shù)類型，如傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等，促進(jìn)了智能化控制。依據(jù)當(dāng)前電力系統(tǒng)建設(shè)要求，智能開關(guān)設(shè)備還需建立數(shù)字化平臺(tái)和檢測(cè)、控制平臺(tái)。

2 一次設(shè)備智能化發(fā)展策略

2.1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)和智能深化

電力一次設(shè)備智能化可及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，所以需要及時(shí)了解運(yùn)維人員以及設(shè)備的運(yùn)行狀況，便于設(shè)備檢修工作的實(shí)施，當(dāng)前在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要如表1所示。

傳統(tǒng)變電站電氣一次設(shè)備智能化改造是利用一次設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)借助設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，從而實(shí)現(xiàn)電氣一次設(shè)備數(shù)據(jù)的匯總、篩選以及解析。為此，需要增加實(shí)時(shí)檢測(cè)以及數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集功能，建立設(shè)備對(duì)比信息專家?guī)?，使得管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，和自身的故障特征以及專家?guī)鞌?shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而保證管理系統(tǒng)分析的準(zhǔn)確性。

表1 電氣一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.2 全壽命周期管理

傳統(tǒng)設(shè)備管理重點(diǎn)在于運(yùn)行期間的運(yùn)行維修管理工作，其主要目的是提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。主要管理對(duì)象為設(shè)備資產(chǎn)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形態(tài)，如設(shè)備的安裝、使用、維修、拆換等，體現(xiàn)出了設(shè)備的物質(zhì)變化狀態(tài)。設(shè)備全壽命周期管理包括了資產(chǎn)和設(shè)備管理，覆蓋資產(chǎn)和設(shè)備的管理內(nèi)容和全過程，對(duì)設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了綜合考量，使得設(shè)備利用率最大化，資產(chǎn)全壽命期內(nèi)效益最大化。

3 結(jié) 語

綜上所述，變電站的一次設(shè)備智能化升級(jí)改造是科學(xué)技術(shù)發(fā)展以及電力行業(yè)發(fā)展的結(jié)果，也是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，相關(guān)部門必須予以重視，對(duì)當(dāng)前變電站電力一次設(shè)備智能化改造中存在的問題進(jìn)行總結(jié)，并依據(jù)變電站的運(yùn)行需求制定科學(xué)且可行性較高的改造方案，積極引進(jìn)新型技術(shù)和電力設(shè)備，提高變電站的運(yùn)行質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1]胡元潮，阮江軍，杜志葉，等.基于TOPSIS法的變電站一次設(shè)備智能化評(píng)估[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32(12)：22-27.

[2]胡元潮，阮羚，阮江軍，等.基于改進(jìn)逼近理想點(diǎn)法的變電站智能化改造評(píng)估[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36(10)：42-48.

[3]陳安偉，樂全明，張宗益，等.智能變電站一次主設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(13)：110-115.

[4]葛遺莉，葛慧，魯大勇.數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)、運(yùn)行中面臨的問題[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2010，30(12)：113-117.

1007-7596(2017)10-0114-03

TM762

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2017-09-14

鄭周濤(1984-)，男，云南文山人，工程師。