數字化變電站系統中一次設備的智能化分析

陳建壯

(衡水桃城供電有限責任公司，河北 衡水 053000)

一、數字化變電站系統中一次設備智能化概述

（一）數字化變電站系統中一次設備智能化的概念

數字化變電站系統中一次設備是數字變電站的基本組成單元，一次設備智能化（簡稱智能設備）是智能數字化變電站的重要組成部分，也是區別傳統變電站的主要標志之一。所謂的一次設備智能化就是利用傳感器對關鍵設備的運行狀況進行實時監控，然后把獲得的數據通過網絡系統進行收集、整合，最后通過對數據的分析、挖掘，達到對整個電力系統運行的優化管理。

（二）數字化變電站系統中一次設備智能化的特點

數字化變電站系統中一次設備是附加了智能組件的高壓設備，智能組件通過狀態感知和指令執行元件，實現狀態的可視化、控制的網絡化和自動化，為數字化變電站提供最基礎的功能支撐。其中數字化變電站系統中一次設備具有思維判斷、有效執行、信息交換和準確感知等特點。另外還具有信息互動化、測量數字化、控制網絡化、狀態可視化以及功能一體化等技術特征。

（三）一次設備智能化在數字化變電站系統中的應用

設備在電網中的重要性、故障影響及其發生幾率、故障是否可監測、監測的成本和可靠性、有無更加經濟的替代方案（如帶電檢測）等，都是決定設備是否需要智能化和如何智能化的依據。其中一次設備智能化在數字化變電站系統中的應用主要體現在變壓器、電抗器、斷路器、GIS、電力電纜、高壓套管等一些設備，這些設備要么故障率相對較高，要么故障影響較大，具有自檢測的需求。另一方面，對于這些設備，可用的自檢測技術已有一定的研究基礎和應用經驗，具備進行智能化應用的基本條件。

二、數字化變電站中一次設備智能化應用的意義

數字化變電站中一次設備智能化的應用主要體現在電子式互感器和智能斷路器的應用上，其中數字化變電站中一次設備智能化應用的意義主要體現在如下幾個方面：

第一、有效地減少變電站占地面積和電磁式CT飽和問題。

第二、應用合并器解決數據采集設備重復投資問題。

第三、利用網絡替代二次電纜，有效解決二次電纜交直流串擾問題，并簡化了施工。

三、數字化變電站中常用的一次設備智能化

數字化變電站中常用的一次設備智能化主要包括智能斷路器和電子互感器，以下將分別給予詳細的說明。

（一）智能斷路器

目前常用的智能斷路器是SF6智能斷路器，以下將分別從SF6智能斷路器結構、SF6智能斷路器的斷路檢測原理以及SF6智能斷路器的作用三個方面來對SF6智能斷路器進行說明。

1、SF6智能斷路器的結構圖

2、SF6智能斷路器的斷路檢測原理

（1）SF6氣體壓力檢測

三組平均秩和及統計結果（見表）：進行Kruskal-Wallis H檢驗結果。在CTDIvol中故以χ2值（Chi-Square）表示統計量，χ2=52.564，v=2,P=0.000，按a=0.05水準，三組間差異有統計學意義，可以認為三種掃描方式得到的容積劑量指數不同或不全相同。在DLP中，χ2=52.070，v=2,P=0.000，按a=0.05水準，三組間差異有統計學意義，可以認為三種掃描方式得到的劑量長度乘積不同或不全相同。在ED中，χ2=52.070，v=2,P=0.000，按a=0.05水準，三組間差異有統計學意義，可以認為三種掃描方式得到的有效劑量不同或不全相同。

檢測SF6氣體壓力（含溫度修正）是GIS設備和SF6斷路器基本的自檢測項目之一。SF6氣室內氣體壓力與絕緣強度密切相關，同時也是密封狀態的重要信息。為了保證設備的安全可靠運行，對SF6氣體壓力進行自檢測是十分必要的。目前該項技術較為成熟，選擇具有DC4-20mA模擬輸出的氣體密度繼電器，可以定量檢測SF6氣體壓力。推薦選擇準確級為0.5級或以上。有更高精度需求時，也可以選擇獨立的高精度壓力和溫度傳感器，根據氣體壓力、溫度與氣體密度的變化規律，經換算間接測得氣體密度值。該檢測項目屬于推薦項目。

（2）氣體含水量檢測

SF6絕緣設備出廠前，都要經過干燥處理，確保吸附于內部各種固體界面的水分含量達到規定的限值以下，否則會慢慢釋放出水分。此外，一般空氣中水氣的分壓強大約是SF6絕緣氣室中的10倍以上，一旦密封出現缺陷，水分很容易侵入。這兩種情形都會導致 SF6水分含量超標。SF6過高的水分含量會對內部絕緣產生嚴重不良影響，低溫時，甚至在內部絕緣表面出現凝露，導致沿面閃絡事故。但對于密封良好的SF6絕緣設備，水分是無法侵入的。基于這一點，檢測SF6水分的必要性要弱一點。

（3）局部放電檢測

GIS局部放電是GIS最常見的故障模式，國內外電力設備制造企業和專業診斷技術研究機構都十分重視GIS局部放電的檢測，GIS設備局部放電也適宜在運行狀態下檢測。SF6斷路器/GIS設備自檢測參量表如下表所示。

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3、SF6智能斷路器的作用

第一、智能斷路器等一次設備的應用，初步實現電網設備的可觀測、可控制和自動化的目標，為智能電網建設奠定基礎；

第二、智能斷路器等一次設備的應用，提高了數字化變電站面對未來智能電網復雜運行工況的應對能力，減少新生隱患產出的幾率，提高整個電網系統的可靠性。

第三、智能斷路器等一次設備的應用，可以對數字化變電站的其他相關設備的絕緣狀態、壽命做出快速有效的評估，并有效地指導運行和維護，減少運行維護人員的工作量，降低運行管理成本。

（二）電子互感器

1、電子互感器的分類

按工作原理可將電子互感器劃分為有源式電子互感器和無源式電子互感器，其中有源型電子互感器和無源型電子互感器的基本原理如下：

（1）有源型電子互感器的基本原理

有源型電子式互感器的基本原理是高壓電位側的電流信號通過互感器的線圈將電信號傳遞給發光元件，實現電信號向光信號的轉變，由光纖將光信號傳遞到低電位側，并進光信號轉變為電信號的逆轉變化后，將強度增強的電信號傳送出去的一種工作原理。

（2）無源型電子互感器的基本原理

無源型光電互感器的基本原理則是有效利用了物理學中法拉第電磁效應，其工作原理是將光信號通過電磁場中的磁光材料，使光信號的偏振面在一定程度上發生旋轉，通過測算通流導體周圍光信號偏振面的旋轉角度，來推算導體中的電流值。

2、電子互感器的特點

第一、高低壓完全隔離，絕緣結構簡單。

第二、不含鐵芯，消除了磁飽和及鐵磁諧振等問題。

第三、抗電磁干擾性能好，低壓側無開路高壓危險

第四、動態范圍大，測量精度高，頻率響應范圍寬。

第五、數據傳輸抗干擾能力強。

第六、沒有因充油而潛在存在的污染及易燃、易爆等危險。

第七、體積小、重量輕。

結語

數字化變電站系統中一次設備智能化的應用不僅有效的實現了數字化變電站的智能化，對提高數字化變電站的各方面性能也發揮了非常重要的作用，相信隨著數字化變電站中一次設備智能化的廣泛應用，我國的電力系統也將會越來越智能化。

[1] 吳建民.淺析數字化變電站中的一次設備智能化的實現方式[J].電網技術，2007(10).

[2] 劉曉明.數字化變電站中的一次設備智能化的分析[J].南方電網技術，2005(09).