變電站一次設備的智能化研究

楊蕾娜　顏大志

摘要：作為智能電網中的主要組成部分，智能化變電站在一次設備方面和數字變電站以及傳統的變電站的主要區別在于其一次設備的智能化。文章解釋了智能化變電站的通用定義及結構特征，探究了一次設備智能化的技術方案，并對其未來發展做了些許展望。

關鍵詞：變電站；智能變電；智能化；一次設備；全壽周期 文獻標識碼：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中的重要一環。電網的安全和穩定運行僅僅依靠加速變電站智能化進程是遠遠不夠的。作為一個系統工程來說，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，如果變電站沒有設計和使用合理的運行方法，沒有構建合適的系統網絡架構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定安全運行。智能化的發展可以有效地提高電網的經濟效用、安全性、可靠性，而它也的確正在慢慢發揮這樣的作用。

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能環保、先進可靠以及高度集成等功能的多種設備共同組合形成的。通過高速傳輸信息和進行通訊的網絡平臺，智能化變電站可以基本上完成各類信息的采集，同時保護和監測變電站隨時可能發生的一些問題以及實現其他的一些基本功能，同時根據不同的需要分別支持電網有效地進行在線分析、決策，協同各部分零件互動整合以及實現自動化控制。

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具有高度集成的特性，分析決策也是在線自動進行而無需人工參與，信息交換過程中，基本實現標準化，最后在控制和保護變電站運行上則是協同化的。設備及其內外部信息的數字化、結構的緊湊化、設備信息的實時化是智能化變電站未來的主要發展方向。

1.3 智能化變電站的結構以及重要功能

間隔、過程和站控是智能化變電站的三層結構。在間隔層，設備需要有效控制以及保證變電站中一次設備的安全，同時及時在間隔操作的時候進行閉鎖。間隔層相對可以更加高效地采集相關信息，并完成信息的運算和統計，緊接著發出相關的控制命令，高效地實現其控制功能，在同一時間內高速度完成和站控層及過程層的智能通信功能。而相關設備在間隔層中能夠及時匯集層內數據和信息，這也是間隔層最主要的功能。過程層可以檢測并得到設備在運行過程中相對精確的數據，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策略，并進行驅動和執行操作。由于全站的數據信息需要被及時高效地進行匯集、更新并輸入數據庫，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、在線維護其他各層中的各種設備、自動有效分析變電站中多樣的突發情況，幫助工作人員發現和解決這些問題，提高智能化水平。

2 變電站中一次設備智能化的相關技術

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）等一次設備，也需要其他智能組件、輔助系統、自動化系統等有關設備。變電站的智能化過程主要表現在上述一次設備的智能化。在現有的發達高科技條件之下，利用專業高效的檢測方法，一次設備在自我評價的時候其精確度和可靠性就大大增加了。當設備出現故障之時，一次設備也能夠及時發現部分問題，自動進行診斷和精密分析，給工作人員運營、維修、整改設備提供了大量可靠的數據，也為整個智能化的過程提供了自身發展的基礎。巨大的電力需求之下，間隙發電提上日程，但真正要做到則不能忽視靈活程度對于整個電網的作用，一次設備對于靈活電網的功能實現是相當有幫助的。智能組件作為一次設備的一個部分對于整個系統起到了至關重要的作用，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對油中的微水進行在線的監察和檢測，同時也需要監測油中氣體（主要是溶解性氣體）的情況、套管能否有效絕緣（同時要實時監測空氣環境的濕度狀況）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情況的具體了解。另外，利用油色譜，放電類型就能夠得到準確的區分，油的過熱問題也能夠得到解決。在進行微水的監察和檢測之后，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、計算機技術等技術二次設計斷路器系統，數字化控制斷路器有關的開關。對斷路器實現智能化主要將新型傳感器和數字控制結合，及時診斷斷路器的故障與缺陷，在有可能出現設備故障的情況下，及時發出報警信號，自動采取相應的措施，解決相應的問題。智能斷路器取代了老舊的機械設備與儲能設備，運用新型的電容儲能與變頻驅動電機。斷路器智能化的工作模式是檢測到設備的故障電流，可以自動選擇相應的操作，實現電力與機械分閘。現階段斷路器主要采用彈操機構，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，快速實現重合閘，實現斷路器的高效控制。

2.3 開關設備的智能化

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

2.4 避暑器的智能化

在線監測避暑完成了相關避暑器設備當中流失電流值、全電流和計數器運行過程中所有的動作總次數等的在線監察檢測。

2.5 電容的智能化

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

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測其介質損耗的因數、值流分量和局部放電等方面的參數，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已運用成熟的電磁感應理論來檢測工作人員所需要的相關信號。電子互感器在確保繼電保護的可靠性、電網的動態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備的智能化，那么信息全面轉為數字化是最主要的步驟。非靜態測量電壓、電流準確，給提升整個電力系統控制運行的水平奠定了測量的基礎。

3 變電站一次設備智能化的應用

對于變電站實現智能化最重要的突破就是智能化高壓配電設備。借助同等技術相連的電能傳播器全面監控電力實際運行情況。一次設備朝著智能化的目標是自動處理全面電力設備故障，進一步實現控制、檢測一次設備。變電站實現智能化有很多獨特的優勢。借助計算機實現電力系統中設備的全面監測，及時獲取有關電力設備在實際運行過程中的數據以及運行信號，及時監測電力的輸出與輸入狀態。這在很大程度上避免了采集無效數據，提高整體的監測效率，但是由于受到技術的限制，實現整體的監測還存在很多困難。智能化變電站運用數據采集技術及時處理強大的信息，排除設備的故障。綜合借鑒在線信息處理與模型技術，使得智能變電站具備一定的防誤功能，增強自動閉鎖功能，避免變電站出現連環事故。

4 對變電站一次設備智能化的展望與期待：全壽周期管理

設備管理主要指試用期間設備的運行和維修管理，出發點在于設備的可靠性程度，是為了確保設備運行的可靠和穩定而進行的。其中包含了設備資產物質運動的形態，也就是設備安裝、使用、維護以及拆卸，體現了設備整個物質運動的過程。資產管理則把重點放在整個設備有關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壽命時間的概念，其出發點在于整個企業在運營方面的經濟性，是為了減少運營成本并提升收入而提出的。

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

電氣設備的全壽周期管理可以說是變電站智能資產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的規劃，采購相關設備，完成完善整個工程的建設，并盡量顧及后期工程的有效運行和及時維護則需要相關手段和技術進行幫助，比如獲取可靠準確的預備信息、準確評估設備的壽命和優缺點等。同時完善管理方案，最終完成設備全壽周期中利用率的最大化和資產全壽周期中效益的最大化兩個目標。

5 結語

綜上所述，實現一次設備的智能化在我國的變電站建設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中重要的一環，如何保證整個電網系統穩定安全運行是一項系統性的工程。變電站能否穩定安全運行，是由可靠安全的網架系統、適當的運行方式、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生作用，僅僅依賴設備智能化的程度無法實現。因此，卡管和變壓器等各種設備在選購伊始就需要考慮使用包含內置的整合型傳感器、專用設計且包括智能化組件的電網設備，以使得設備的結構更加緊湊、設計更加合理，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測參量。

參考文獻

[1] 宋友文.智能變電站一次設備智能化技術探討[J].中國電力教育，2012，（6）.

[2] 劉洋.淺析一次設備智能化相關問題[J].科技與企業，2012，（22）.

[3] 李東平.智能變電站設計應用探討[J].山西大同大學學報（自然科學版），2013，（6）.

作者簡介：楊蕾娜（1976-），女，山東曲阜人，國網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。

（責任編輯：秦遜玉）