變電站設(shè)備的電氣調(diào)試與優(yōu)化管理方法

李 森

（上海電力建設(shè)有限責(zé)任公司，上海 200335）

變電站是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，包含的設(shè)備性能不一、功能多樣，不僅要確保單機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，還需要實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)時(shí)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與控制。需要在建設(shè)階段做好電氣調(diào)試，同時(shí)在運(yùn)行與維護(hù)階段做好優(yōu)化管理[1-2]。在工程實(shí)踐中，電氣調(diào)試與優(yōu)化管理往往相互融合，難以完全區(qū)分[3]。

1 設(shè)備電氣調(diào)試與優(yōu)化管理概述

1.1 電氣調(diào)試與優(yōu)化管理的定義

在變電站建設(shè)與運(yùn)維管理的全流程中，電氣調(diào)試與優(yōu)化管理是相輔相成的兩個(gè)重要過(guò)程。電氣調(diào)試指的是在各類設(shè)備安裝完成后，通過(guò)一系列操作，包括硬件連接、軟件調(diào)試、參數(shù)設(shè)置和性能檢查，確保設(shè)備能夠正常且穩(wěn)定地運(yùn)行，各種供配電性能數(shù)據(jù)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期要求。優(yōu)化管理指的是在各類設(shè)備的使用與運(yùn)維過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整設(shè)備參數(shù)、改進(jìn)設(shè)備性能和提升設(shè)備運(yùn)行效率，使設(shè)備的使用功能得到最大化發(fā)揮，同時(shí)確保設(shè)備的運(yùn)行支出成本最小。電氣調(diào)試與優(yōu)化管理是變電站建設(shè)與管理的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于提升變電站的使用效益具有積極推動(dòng)作用[4-5]。

1.2 電氣調(diào)試與優(yōu)化管理的內(nèi)容

在變電站建設(shè)與運(yùn)維中，電氣調(diào)試和優(yōu)化管理的側(cè)重點(diǎn)不同。作為建設(shè)階段尤其在使用前期占據(jù)主導(dǎo)地位的電氣調(diào)試，主要工作內(nèi)容集中在對(duì)安裝好的各種設(shè)備進(jìn)行功能和性能檢查，重點(diǎn)做好安全性檢查，包括對(duì)合閘與分閘的可靠性、接線的正確性和保護(hù)裝置的性能等。優(yōu)化管理主要集中在設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)階段進(jìn)行，重點(diǎn)做好變電站的能源消耗量控制、負(fù)荷分配與智能升級(jí)改造，關(guān)注變電站運(yùn)行的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，做好提質(zhì)增效發(fā)揮預(yù)期的建設(shè)效益。

110 kV變電站設(shè)備電氣調(diào)試內(nèi)容如圖1所示。

圖1 110 kV變電站設(shè)備電氣調(diào)試主要內(nèi)容

110 kV變電站設(shè)備優(yōu)化管理內(nèi)容如圖2所示。

圖2 110 kV變電站設(shè)備優(yōu)化管理主要內(nèi)容

1.3 電氣調(diào)試與優(yōu)化管理的原則

1.3.1 做好設(shè)備的聯(lián)調(diào)與記錄

變電站是一個(gè)復(fù)雜的整體，具有系統(tǒng)工程的基本屬性。變電站整體效益的發(fā)揮，離不開(kāi)所有設(shè)備的協(xié)同配合，單個(gè)設(shè)備工作穩(wěn)定并不能確保聯(lián)動(dòng)之后取得預(yù)期的效果。因此，進(jìn)行設(shè)備電氣調(diào)試與優(yōu)化管理時(shí)，需要在確保單機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定的前提下進(jìn)行設(shè)備聯(lián)動(dòng)調(diào)試。相關(guān)設(shè)備達(dá)到協(xié)同配合的效果，才能實(shí)現(xiàn)變電站的穩(wěn)定電力輸出與安全控制。

1.3.2 做好自動(dòng)化設(shè)備的普及應(yīng)用

變電站內(nèi)的設(shè)備功能各異、型號(hào)不一，較多操作具有安全隱患。當(dāng)前，很多電氣設(shè)備的值守與巡檢依賴人工，不僅增加了人力資源的調(diào)配壓力，也給工作人員的人身安全增加了隱患。在電氣調(diào)試與優(yōu)化管理中，應(yīng)積極采用自動(dòng)化設(shè)備，一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣性能的遠(yuǎn)程監(jiān)控與測(cè)試，另一方面對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程值守，減輕工作人員的壓力。

1.3.3 積極利用智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

變電站的多數(shù)設(shè)備需要長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括了設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以加深對(duì)設(shè)備工作性能的理解，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障隱患，會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差或異常數(shù)據(jù)。因此，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與分析，可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的安全隱患，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提醒工作人員采取應(yīng)急預(yù)案，避免造成不可挽回的損失。

2 設(shè)備電氣調(diào)試關(guān)鍵方法

2.1 基于智能監(jiān)測(cè)的功能與負(fù)荷測(cè)試

在110 kV變電站中，電氣設(shè)備的功能測(cè)試與負(fù)荷測(cè)試可以統(tǒng)一部署和實(shí)施。對(duì)于電氣設(shè)備而言，功能測(cè)試需要重點(diǎn)關(guān)注3個(gè)方面的數(shù)據(jù)：合閘與分閘的瞬間的電壓與電流數(shù)據(jù)變化；超過(guò)額定功率閾值時(shí)保護(hù)裝置是否會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)；儀表讀數(shù)是否長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)并維持在高位區(qū)。負(fù)荷測(cè)試主要采用模擬的手段，設(shè)置負(fù)荷超載的極限情況，通過(guò)觀察儀表示數(shù)的變化了解超載情況下的設(shè)備工作狀態(tài)。

在進(jìn)行電氣設(shè)備的功能測(cè)試與負(fù)荷測(cè)試時(shí)，很多極限情況是基于模擬手段設(shè)計(jì)，不能直接在變電站內(nèi)相關(guān)設(shè)備上進(jìn)行真實(shí)操作。因此，可以利用智能算法構(gòu)建仿真工具包。首先，對(duì)變電站內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化建模，根據(jù)工作原理模擬設(shè)備的工作狀態(tài)。其次，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行仿真分析，給出正常情況下各種設(shè)備的工作狀態(tài)變化情況。再次，在設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)基礎(chǔ)上增加擾動(dòng)，可以將擾動(dòng)設(shè)計(jì)成隨機(jī)白噪聲，限定噪聲信噪比的上限值，模擬突發(fā)情況。最后，結(jié)合仿真結(jié)果評(píng)判突發(fā)情況對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行造成的不良影響，給出應(yīng)急預(yù)案。對(duì)于設(shè)備的模擬利用智能算法進(jìn)行仿真，利用多種智能傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)狀態(tài)變化立即將采集的數(shù)據(jù)傳入仿真工具包中進(jìn)行分析，評(píng)判是否有隱患出現(xiàn)。

基于智能傳感器的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)如圖3所示。

圖3 基于智能傳感器的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

2.2 基于智能控制的設(shè)備性能調(diào)試與參數(shù)設(shè)置

在變電站內(nèi)部，大部分電氣設(shè)備是采用PID控制。PID控制對(duì)于消除設(shè)備運(yùn)行偏差效果較為理想，是一種穩(wěn)定的工業(yè)控制方法。PID主要由3個(gè)部分組成，即比例單元、積分單元和微分單元。偏差經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)谋壤?、積分和微分運(yùn)算處理后可以被消除。

PID控制的基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 PID控制的基本結(jié)構(gòu)

可以采用PSO智能算法對(duì)比例系數(shù)k1、k2、k3進(jìn)行在線調(diào)整。PSO智能算法尋找最優(yōu)解的過(guò)程可以表示為：

在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，可以利用PSO算法進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的在線尋優(yōu)與設(shè)計(jì)。例如，對(duì)于變電站內(nèi)廣泛使用的三線圈變壓器，其結(jié)構(gòu)模型經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后，可以等效為利用PID控制器實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。對(duì)變壓器的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)擬合出變壓器的電壓—時(shí)間變化曲線。直接由數(shù)據(jù)擬合曲線，很有可能出現(xiàn)不平滑的現(xiàn)象，為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程的平滑，利用PSO智能算法對(duì)PID的控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。選擇目標(biāo)函數(shù)為：

在PSO的不斷迭代中，根據(jù)電壓的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)性能指標(biāo)J的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。對(duì)于每一個(gè)性能指標(biāo)J的值，進(jìn)行存儲(chǔ)和比較，選擇最小的J值作為目標(biāo)。最小的J值對(duì)應(yīng)的粒子位置，就是參數(shù)k1、k2、k3的初值。利用PSO智能算法完成了變壓器性能參數(shù)的預(yù)調(diào)整，將調(diào)整后的參數(shù)輸入變壓器中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器性能的穩(wěn)定控制。

3 設(shè)備優(yōu)化管理關(guān)鍵方法

3.1 變電站運(yùn)行維護(hù)注意事項(xiàng)

3.1.1 注意選擇合適的工作環(huán)境

為了保證變電站內(nèi)部各種設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，需要做好運(yùn)行環(huán)境的控制，確保工作溫度維持在室溫，不可過(guò)度潮濕。當(dāng)空氣中水分含量超標(biāo)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行除濕處理，濕度對(duì)設(shè)備機(jī)械部分的不良影響較突出。應(yīng)經(jīng)常打掃塵土，避免灰塵進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部影響運(yùn)行平穩(wěn)，各種設(shè)備的防塵罩需要安裝到位，不允許不配備防塵罩開(kāi)機(jī)工作。

3.1.2 進(jìn)場(chǎng)檢查各種設(shè)備的絕緣電阻

利用萬(wàn)用表測(cè)量絕緣電阻，一旦發(fā)現(xiàn)電阻超標(biāo)需要立即對(duì)設(shè)備進(jìn)行絕緣性檢查。只有將絕緣性控制在合理范圍內(nèi)，才能保證設(shè)備的電機(jī)部分穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)避免出現(xiàn)漏電傷人現(xiàn)象[6-8]。

3.2 做好維護(hù)保養(yǎng)

為了確保變電站內(nèi)各種設(shè)備始終能夠在穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行，同時(shí)延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，需要做好維護(hù)保養(yǎng)工作[9-10]。

第一，將維護(hù)保養(yǎng)工作按照時(shí)間進(jìn)行劃分，制定日、周、月維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，按照固定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)開(kāi)展維護(hù)保養(yǎng)工作。

第二，當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，第一時(shí)間切斷電源，關(guān)閉電機(jī)，進(jìn)行故障排除后再重新啟動(dòng)設(shè)備投入運(yùn)行。

第三，設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，需要打開(kāi)設(shè)備的防塵罩對(duì)內(nèi)部元器件進(jìn)行檢查。重點(diǎn)檢查接線是否松動(dòng)、連接是否牢固，檢查潤(rùn)滑劑是否滲出，檢查工作電壓是否穩(wěn)定等[11-12]。

4 結(jié)語(yǔ)

110 kV變電站的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電能的輸出質(zhì)量和供電的經(jīng)濟(jì)效益。為了確保變電站運(yùn)行的穩(wěn)定與安全，需要做好多種設(shè)備的電氣調(diào)試與優(yōu)化管理。進(jìn)行電氣調(diào)試時(shí)，可以利用智能設(shè)備對(duì)變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析實(shí)現(xiàn)對(duì)故障隱患的預(yù)測(cè)，從而提前制訂各種應(yīng)急預(yù)案，提升事故防范與處理能力。可以利用智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作性能的優(yōu)化，通過(guò)在線調(diào)整參數(shù)設(shè)置提升設(shè)備的穩(wěn)定工作性能。進(jìn)行優(yōu)化管理時(shí)，需要做好工作環(huán)境的清理，將各種維護(hù)保養(yǎng)細(xì)則落到實(shí)處，確保電氣設(shè)備工作在理想的環(huán)境中。做好電氣調(diào)試和優(yōu)化管理可以提升變電站的工作性能，減少意外故障發(fā)生的概率，獲得良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。