基于變電站電氣一次設計的智能化研究

周明

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

關鍵詞：變電站；電氣一次設備；智能化

1 一次設備智能化的研究現狀

變電站中的電氣一次設備主要包括變壓器、互感器、可控電抗器、開關設備等。電氣一次設備智能化可以通過兩種途徑來實現，一是通過對傳統的電氣設備配備智能終端，即對其進行智能化改造；二是直接由廠家設計制造具備智能化功能的電氣設備。由于傳統一次設備大量存在于現有電網結構中，傳統一次設備被全面智能化的一次設備徹底取代還是一個很漫長的過程，目前實現電氣一次設備的智能化發展主要通過途徑一來完成，也就是在傳統的一次設備上增加智能控制模塊，使其集成數據采集、在線監測、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于傳統的變壓器，其主要是融合了電力電子技術以及其他方面的先進技術，能夠實現電壓、相位、幅值的自動轉換。在應用電力電子變壓器后，可將AC/AC、AC/AD/AC之間進行轉換，能夠使用直流電壓，實現能量的轉換和控制；根據它的功能，可以進行自我監控、自我保護、無功補償等，不必添加額外的設備。由于電力電子器件的體積小、質量輕等特點，在航天、航空等領域應用相當廣泛；而且在智能電網中，分布式電源系統不斷的增加，使電力電子器件能夠靈活地分布在這個系統中。因此，作為新型的變壓器，電力電子將得到更大的發展。

1.2 電力變壓器。在整個電力系統中，變壓器廣泛應用于發、供、用各個環節，它在電網中處于極為重要的地位，是保證電網安全可靠經濟運行和人們生產及生活用電的關鍵設備。變壓器的智能化是電氣一次設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之前，許多研究學者、企業也從不同的角度在傳統變壓器的基礎上進行改進，獲得了科研成果和專利產品。智能型變壓器包括傳統變壓器的智能化和基于換流技術的電力電子變壓器。

1.3 互感器。作為變電站中一個重要的部分，互感器的功能體現在以下3個方面：安全、準確測量和自我診斷。根據國際電工委員會制定的標準，電子式互感器由所有的光電式互感器和其他使用電子設備的互感器組成。電力系統光學電流互感器使用的是零和式光學電流傳感技術，它的功能具有精度高、保護輸出優質、絕緣性強和電磁兼容性高的特點，由于能夠入網使用，所以可以進一步大量地應用在電網系統中。激光供電型110kV光電電流互感器采用了信號轉化技術，運用光纖傳輸，所以，它具有絕緣性高、受電磁干擾小、測量頻帶寬、范圍廣等優點，在電力系統智能化建設中很有大的發展潛力和實用價值。

1.4 智能開關組合設備。智能組合開關是智能控制中的關鍵設備，它綜合了斷路器、隔離開關、地接開關、互感器、避雷器、母線和出線終端等，將新型傳感技術、微電子技術和電力電子技術等技術相結合，從而達到智能化控制。為了更好地在電網中應用智能化，需要對智能組合開關提供數字化的平臺，從而能夠自我參數檢測、就地綜合評估和實時狀態報告等。在國內，組合開關在二次回路中的集成化程度不是很高，智能化終端和開關的應用上不夠完善，所以新型的開關將取代原有的設備，例如河南公司開發的智能型高壓開關，能夠把多種設備整合為一體，更好地控制電網電路系統。

1.5 智能斷路器。高壓斷路器作為電力系統安全運行中重要的控制和保護設備，其智能化同樣也是電氣一次設備智能化的基礎。斷路器的智能化必須配置最新的傳感技術、微電子技術和信息技術，以實現操動機構的可控操動。與傳統斷路器相比，兼有計算機系統和傳感裝置的智能化斷路器集智能化控制功能、狀態監測與診斷功能、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中關鍵的電氣一次設備，對提高電網輸電能力、改善電壓質量、補償無功缺額、確保系統穩定具有不可替代的作用。它結合了現代電力電子技術與控制技術，可實現對電抗器參數的連續調節與控制。目前，系統中已經得到應用的有可控并聯電抗器（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）和可控串聯補償器（TCSC），具備廣闊應用前景的有超導型可控電抗器（SCTCR）和自飽和磁閥式可控電抗器（SSMVTCR）。

2 變電站電氣一次設備智能化需要解決的問題

2.1技術方面的問題。目前我國變電站電氣一次設備還未完全的實現智能化，這主要是因為有很多技術方面的問題未能解決，很多核心技術還處于攻關階段，因此現階段我國一次設備智能化并未沒有達到預期效果。盡管我國可以通過引進國外的先進技術來解決，但是這不僅需要花費大量的購買專利的成本，同時還需要將購買的技術與我國國內變電站電氣一次設備情況有效的相融合，這也需要耗費一定的人力與物力。

2.2 智能化系統方面的問題。盡管有些變電的電氣一次設備已經實現了智能化，構建了相應的智能化系統，但是智能化系統本身并不完善，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，智能化系統應用的過程中，必須采取抗干擾措施，保證智能化系統正常的運行。

2.3 推廣方面的問題。一次電氣設備包括了很多種，每種電氣設備的使用年限都不相同，比如高壓電氣設備與電子設備相比，使用年限比較長，再加之，一次設備實現智能化之后，價格通常比較昂貴，所以難以推廣。為此，研究者需要電氣一次設備材料進行改善，并且利用新型的技術提高設備的使用年限，這樣才有利于電氣一次設備實現智能化之后，進一步推廣使用。

3 一次設備智能化發展的方向

針對上述技術上存在的問題及設備本身性能上需要解決的問題，電氣一次設備智能化的開發存在有極大的潛力。電氣一次設備的智能化需要不斷地完善不同領域之間的協同技術問題。為解決不等壽命局限的問題，必須從電子設備本身的設計、制造及改善其運行條件等方面著手，提高設備的使用壽命與可靠性。作為電力變壓器智能化發展的另一可能途徑，電力電子變壓器由于目前所使用的電路結構較復雜、可靠性較低、損耗較大，故可進一步加強對其各種電路拓撲結構的深入研究。

由于電氣一次設備智能化的開放性，許多新的功能將被不斷地開發和利用，這些發展不但能夠為傳統電力系統注入新的活力，還能夠對許多特殊用途的供配電系統的發展起到積極的促進作用。電氣一次設備智能化的全面推廣和應用，將為智能電網的發展奠定堅實的基礎。

參考文獻

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