變電站電力一次設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計院，云南 文山 663000)

變電站電力一次設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計院，云南 文山 663000)

變電站是電力供應的重要環節，也是實現低壓轉換以及功率轉換的重要設備。隨著科學技術水平的提高，在智能化改造中融入的技術類型不斷增加，如集成控制技術、電力電子技術、電磁干擾技術、信號處理技術等，促進了電力一次設備的智能化發展。文章就變電站電力一次設備智能化問題進行探討。

變電站；電力一次設備；智能化；全壽命周期

0 引 言

現代我國變電站改建過程中其關鍵內容就是電網資源的二次整合以及電網的智能化組建，因此在電力一次設備智能化過程中，不僅需要采用多種技術措施保證電網的基本運行性能以及安全性，同時還需要依據當前的電網運行要求以及實際運行能力對網絡架構進行優化升級。在電力設備智能化控制中，需要積極采用電子信息技術，并加強技術選擇比較以及技術管理，協調好系統中子系統之前的關系，提升系統運行的穩定性以及科學性，從而實現智能化技術功能的最大化[1]。當前我國變電站電力設備使用中，已經初步實現了軟件的數字化升級，但是由于手段傳統技術如管理模擬信號的影響，模擬信號的轉化仍然存在困難。因此，要想實現電網的智能化改造和升級，需要從電網電氣一次設備的智能化著手，對當前改造中存在的問題進行總結，對設備的遙信和遙控等功能進行智能化處理。

1 一次設備智能化現狀

變電站中電力一次設備主要指變壓器、互感器、可控電抗器以及開關設備等。電力一次設備智能化的實現主要從兩個方面入手，一為對傳統電力設備加設智能終端，二是在廠家設計制造過程中注重電氣設備選型以及智能化功能的升級。因為傳統一次設備多存在于現有電力系統中，這就意味著傳統一次設備被全部更替為智能化一次設備需要較長周期。為此，要想快速實現電力一次設備的智能化發展可以在傳統一次設備上增加智能控制模塊，其具有數據采集、在線監測、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絲，并且在變壓器電路的輸入端并聯一組由電阻以及發光二極管串接而成的電源指示電路，是當前電力變壓器智能化的主要形式。智能型保險絲在電路供電系統出現過流、過溫和雷電干擾時可起到良好的保護作用，可有效避免供電系統停止運行以及變壓器被燒毀等問題的循環；在電路供電系統處于正常運行狀態時智能保險絲不處于工作張狀態，不會對變壓器的運行造成影響；當電路故障消除后可恢復正常，接通線路便可運行[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的不斷發展而產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、固態變壓器、智能變壓器等，其綜合了電力電子變換技術以及高頻電能變換技術的優勢，可將電力特征的電能轉變為另外一種電力特征的電能靜止電力設備。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以及控制技術，電力電子變壓器實現了AC/AC變換、AC/DC/AC的轉換，可輸出直流，且可直接對能量進行轉換以及控制。電力電子變壓器在傳統變壓器的基本功能上進行了升級，逐漸成為多功能設備，且無需增設其他輔助設備便可進行自我監測、診斷、保護、無功補償，也能夠改善電能質量和控制系統潮流等。因為電力電子變壓器的主要構成為電力電子器件，其體積較小，質量較輕，可將其直接應用于航空航天領域。此外，智能電網建設中可再生能源的應用使得系統中引入了大量的分布式電源系統，而分布式電源交直流兼具，分布范圍較廣，容量小，而電壓波動性較大。電力電子變壓器用于交直流功能，可以對分布式電源接入電力系統依據運行要求進行調節。所以，在智能電網浪潮下，電力電子變壓器的研究和升級改造是變壓器智能化開發的重要途徑[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在安全、準確測量以及自我診斷。電子式互感器具備了數字化、光纖化以及準確化三個要素，也是未來互感器智能化發展的主要方向，電子式互感器如圖1所示。電力系統光學電流互感器的技術基礎是零和式光學電流傳感技術，其突出優勢體現在精度高、保護輸出優良、絕緣水平高、電磁兼容性和實用性較強等，且具備入網資格，也已經投入生產線。激光供電型110kV光電電流互感器通過信號轉化技術實現了光纖傳輸，且絕緣性能較高，可有效抵抗電磁的干擾，且測量時頻帶較寬，動態范圍大，可滿足當前電力系統智能化的運行要求。

1.3 開關設備智能化

1.3.1 智能斷路器

高壓斷路器是電力系統安全運行中十分關鍵的控制以及保護設備，而斷路器的智能化也是電力一次設備智能化的關鍵所在[4]。斷路器智能化需要配置新型傳感術、微電子技術以及信息技術等，從而保證操動機構的可控性。與以往的斷路器相較而言，智能斷路器具備了計算機系統以及傳感裝置的智能化斷路器智能控制功能，也可對電力運行進行狀態監測和故障診斷，便于變電站日常運維工作的開展。同時，真空技術、滅弧室技術、新工藝、新材料等技術的發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展。另外，在實際工程運行過程中，智能斷路器的跳閘方式已經從傳統的跳合閘電流操作方式變為基于IEC61850標準的GOOSE等快速報文傳遞跳合閘命令的操作方式。隨著智能化技術的快速發展以及當前智能電網建設規模的擴大，智能斷路器的具有很大的市場發展潛力。

圖1 電子式互感器原理示意圖

1.3.2 智能開關組合設備

智能開關組合設備時斷路器、隔離開關、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備，其綜合了多種技術類型，如傳感技術、微電子技術、電力電子技術、數字控制技術和網絡通訊技術等，促進了智能化控制。依據當前電力系統建設要求，智能開關設備還需建立數字化平臺和檢測、控制平臺。

2 一次設備智能化發展策略

2.1 狀態監測和智能深化

電力一次設備智能化可及時了解設備的運行狀態，所以需要及時了解運維人員以及設備的運行狀況，便于設備檢修工作的實施，當前在線監測項目主要如表1所示。

傳統變電站電氣一次設備智能化改造是利用一次設備運行產生的數據借助設備狀態數據服務器對數據進行整理分析，從而實現電氣一次設備數據的匯總、篩選以及解析。為此，需要增加實時檢測以及數據的自動采集功能，建立設備對比信息專家庫，使得管理系統可以實時監測數據，和自身的故障特征以及專家庫數據進行比較，從而保證管理系統分析的準確性。

表1 電氣一次設備在線監測項目

2.2 全壽命周期管理

傳統設備管理重點在于運行期間的運行維修管理工作，其主要目的是提升設備運行的穩定性。主要管理對象為設備資產的物質運動形態，如設備的安裝、使用、維修、拆換等，體現出了設備的物質變化狀態。設備全壽命周期管理包括了資產和設備管理，覆蓋資產和設備的管理內容和全過程，對設備的可靠性和經濟性進行了綜合考量，使得設備利用率最大化，資產全壽命期內效益最大化。

3 結 語

綜上所述，變電站的一次設備智能化升級改造是科學技術發展以及電力行業發展的結果，也是未來電力系統發展的必然趨勢。因此，相關部門必須予以重視，對當前變電站電力一次設備智能化改造中存在的問題進行總結，并依據變電站的運行需求制定科學且可行性較高的改造方案，積極引進新型技術和電力設備，提高變電站的運行質量，提高經濟效益。

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

[2]胡元潮，阮羚，阮江軍，等.基于改進逼近理想點法的變電站智能化改造評估[J].電網技術，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備在線監測系統工程實現[J].電力系統自動化，2012，36(13)：110-115.

[4]葛遺莉，葛慧，魯大勇.數字化變電站設計、運行中面臨的問題[J].電力自動化設備，2010，30(12)：113-117.

1007-7596(2017)10-0114-03

TM762

B

2017-09-14

鄭周濤(1984-)，男，云南文山人，工程師。