智能變電站一體化電源的運用與安全可靠性探究

張 弘，石 崢，彭 寅，馬曉路

（國網山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266000）

0 引 言

隨著信息技術的發展，智能化技術也應用在電網建設中，為國家的基礎設施建設做出較大貢獻。變電站由傳統變電站、數字化變電站進化到了新一代的智能變電站，變電站交直流系統也從傳統的低壓屏、直流電源屏、通信電源屏等逐漸更新為了智能化的一體化電源系統，實現了變電站內各項電源的一體化的監控和管理。站用交流系統、直流系統、通信電源系統以及不間斷電源系統等之間實現了動態監測和數據共享。共享意味著各部分電源信息都能在一體化電源系統中進行綜合分析，對事故可以及時預警。

1 智能變電站的發展傳統變電站電源系統存在的問題

1.1 智能變電站的發展現狀

智能變電站是在信息化時代提出的變電站最新發展趨勢，它是利用智能電網實現通信平臺網絡化以及信息共享化，通過信息共享與智能計算能夠實現對電網信息進行自動采集、計算、監控等。智能變電站擁有更加精細和標準的監測系統，使得高壓斷路器、變壓器的系統之間實現網絡化和系統化，在原有變電站復雜功能和設計中簡化相關流程，實現智能化的管理，解放人力，增加效益，更好地為國家電力發展提供服務。

1.2 傳統變電站電源系統存在的問題

1.2.1 難以系統化管理

傳統的變電站無法對站用交直流系統進行系統化管理，對復雜的交流電源、直流電源參數無法進行實時監測，難以對其進行全方位的檢修。對于站用交直流系統存在的問題無法進行動態監控，靜態參數也不能及時有效進行記錄，僅靠人力來定期維護，增加了維護的成本，也使得管理效率降低。

不同廠家生產的電源系統間容易產生不兼容的情況，難以對電源系統進行網絡化管理，數據無法實現共享，一旦出現事故，需要依靠有資深經驗的廠家進行檢修，并且需要耗費大量人力和時間，檢修效率較低，只能通過周期性檢修的方式來減少電源設備損壞造成的損失。

1.2.2 可靠性較低

傳統的變電站缺少智能化系統進行數據的采集、分析以及監控，無法對安裝位置、設備狀態進行數據共享，無法將各個系統之間協調統一處理，對于逆變電源等反灌電流法統一治理，造成一定的安全隱患[1]。

1.2.3 經濟效益較差

沒有智能化系統對資源數據進行共享，各地的電源子系統資源設備重復配置，造成較大程度的浪費，各個設備之間缺少系統化配置，也難以協調運作。

1.2.4 不利于長期運行

各供貨廠商提供的電源設備出現問題時需要聯系多家廠商進行解決，而電源設備的安裝協調較為困難，要耗費大量的人員進行管理，維護成本較高且人員調配較為困難。

1.3 智能變電站使用一體化電源系統的可行性

（1）一體化電源使用成熟的交直流電源技術，不存在技術風險。

（2）一體化電源系統的后臺監控部分能夠對隱患及時排查，監控故障也不影響系統的正常運行。多個監測點進行監控，提高了故障的監測以及控制系效率。

2 智能變電站交直流一體化電源的運用

2.1 智能性設計

2.1.1 交直流饋線智能監控

交直流饋線信息采集可以通過在各個饋線柜內配置智能監控系統，采集每一個饋線開關的報警點、回路電流等，各個接口能夠實現監測和控制，將數據進行采集并傳至處理系統，處理系統的智能管理軟件，對采集到的數據加以分析，并根據分析結果對饋線實施遠程的智能監控。

2.1.2 交流進線智能監控

智能化系統加裝進線智能監控模塊，通過模塊采集信息，將數據傳至總監控裝置。對采集到的信息加以分析，并實現對交流進線的遠程智能控制。

2.2 變電站電源數字化

2.2.1 站用物理設備

各個電源之間采用了一體化的電源系統，可以實施一體化的監控。包括交流電源、直流電源、站用通信電源等多個部分。子系統的信息通過一體化進行采集，并通過以太網與站控層進行網絡通信，通過接口與外界進行聯系，整個電源物理設備可以看做是一個整體與外部網絡通信進行信息交換。

2.2.2 站用電源的邏輯節點和設備劃分

在進行邏輯設備的劃分時，可以將各個子系統劃分為多個邏輯設備，也可以將整體視為一個邏輯設備，在對電源系統進行數字化建模時，開關、電池等邏輯節點需要進行重點建立，可以按照相關規定中對擴充邏輯節點的規定來定義智能變電站一體化電源邏輯節點[2]。

2.2.3 特定通信服務映射

在對電源系統數據模型建立完成后，需要建立抽象服務通信接口來實現與模型的對接，將模型數據映射到站控層網絡的MMS。

2.3 統一監控功能設計

（1）通信功能。監控系統使用以太網實現對上位機和對交流、直流等通信電源智能設備之間的對接。

（2）報警功能。系統可以針對檢測到的異常數據啟動報警功能。

（3）邏輯處理。對電路進行邏輯分析，結合個節點情況判斷電路異常狀況。

（4）監控平臺。電源和外部設備使用統一的監控平臺，實現一體化監控，設備之間可通過監控系統實現互動。

2.4 節能功能設計

在對電網電能進行利用時，要考慮其來自于不可再生能源，因此在進行變電站電源的相關設計時，需要在一定程度上考慮節能環保的效益。一體化蓄電池在一定程度上可以減少蓄電池對環境的污染，在進行通信電源的設計時，取消了通信電源獨立蓄電池組對其進行供電，而是直接使用直流系統饋線來供給電能。

2.5 事故照明電源

在進行一體化電池設計時，同樣需要考慮意外造成的全面停電，需要設計后備電源與故障照明燈進行整合。

3 智能變電站一體化電源優勢

3.1 測量數字化

測量數字化的技術特點主要體現在以往的模擬測量方式被現場數字化測量所取代，在測量一些關鍵參數時，用連續測量數據代替節點數據，同時增加額外的測量點，這一系列測量不僅實現了對設備本身的有效監控，而且提高了測量的準確性和可靠性[3]。

3.2 控制網絡化

控制網絡化技術特點主要體現在對有控制要求的設備實現網絡化控制。智能設備的智能組件包含更多信息，可能會由智能組件進行主控。對于系統的控制網絡，可以采用基于IEC 61850的網絡控制來代替傳統控制技術。

3.3 狀態可視化

狀態可視化主要體現在基于自檢信息等設備信息，實現設備狀態自診斷，可以具體分析智能設備的運行控制狀態，從而為生產、監控和調度提供充足的信息和數據。

3.4 信息交互信息

交互主要體現在：一是智能設備中保護IED裝置、控制裝置、測量裝置、測量裝置以及監控裝置的信息交換和共享；二是智能裝備和車站監控系統的數據交換與共享；三是智能設備與調度系統之間的數據交換與傳輸，將自檢信息上傳至調度系統，并據此設計調度決策和設備故障預案；四是智能裝備和信息監測分站的數據交換與共享。

3.5 功能整合功能

一體化電源最突出的特點表現在將變電站380 V/220 V交流電源、220 V直流電源、48V直流通信電源、不間斷電源、蓄電池組等集成在了一套系統中，為全站各項設備提供安全、可靠的工作電源，實現電源一體化。

4 智能變電站一體化電源的運用與安全可靠性

4.1 提高了電源整體模塊效應

采用一體化的電源模式使電源的設計更加標準化，減少了電源之間由于型號和生產廠家等不同而出現不適配的實況。一體化電源更加方便管理，減少了維修成本。對電源進行整體模塊化監控和管理能夠解決二次電纜多的問題，各個模塊之間的參數可以共同加入分析，降低檢修的成本，更加精準地發現故障問題。對于監測中的盲點，一體化電池運用開關智能模塊，能夠實現對各個開關位置進行監控，對于電流的負荷加大、漏電等情況能夠及時發現盲點，提高缺陷及故障的處理效率。

4.2 信息共享與管理

在智能變電站中，各個模塊之間的數據傳輸至處理系統進行儲存與分析，技術人員可在用戶界面隨時對相關參數進行調查。節點模塊之間數據也可實現共享，使故障問題發現更加及時，并對故障問題實施全方面分析[4]。

4.3 對一體化電源進行優化設計

在進行一體化電源的設計時，需要實施對饋線回路的在線監測，對其進行遠程控制，減少測量單元，提高智能控制效率。優化管理系統，減少人為操作，通過系統更強大的數據分析能力來實現對一體化電源的智能管理。實行在線監測與數據記錄，通過參數記錄與問題解決不斷調整系統的識別精度和準確度，逐漸提高其監控異常和處理事故的能力。

配置一體化的監控模塊，實現電源中各個子系統一體化監測與控制，提高數據采集的效率和綜合分析的準確度。一體化監控裝置中的交流饋線監控、開關電源、電池在線監控等模塊通過智能設備使各部分系統的監測設備與總設備進行連接，利用遠程處理系統進行分析、監控、維護以及管理。

4.4 直流系統電壓

全站進行統一的蓄電池配置，實行一體化的監測和維護系統，更有利于對蓄電池進行管理，由同一家廠商生產的電池產品出現故障時，能夠極大降低維修成本。此外，一體化管理也能提高電池之間的使用效率，對各個蓄電池進行監控，避免廢舊電池污染環境。

在出現事故時，交流電源中的不間斷電源裝置會產生較大負荷，短時期內施加較大負荷電流。因此在進行蓄電池的組數和容量設計時，需要充分考慮電池可能遇到的負荷，對未來可能遇到的情況進行預判，選取合適的充電設備和蓄電池組，并且留有一定的冗余。

4.5 降低了施工所帶來的危險性

采用一體化電源能夠極大地減輕施工負擔，對電源進行一體化管理，降低安裝、調試成本，簡化采購流程和施工步驟，能夠有效縮短施工工期。相較于傳統用電站電源較為復雜的情況，一體化電源由于采用了優化設計，減少了在安裝過程中的重復施工，降低了調試和配置的工程量，對電源實現更加智能化、一體化的管理，提高系統的可靠性和安全性。減輕了技術人員日常的維護工作和定期的巡視工作，相關的監控和管理可以直接利用智能化設備，對信息進行全面掌握和實時監控。管理團隊依靠智能化發展，使管理技能更加專業，極大地提高了維護效率，減少了人力成本[5]。

4.6 一體化電源的保護與安全性

4.6.1 保護裝置

一體化電源在熔斷器處安裝有報警節點，并可通過直流饋線進行電路保護。各直流饋線出口處有直流斷路器，在電路狀況發生異常時，可通過監測系統進行斷路。直流饋線的斷路器對短路具有延時效果，同樣能對線路進行一定程度的保護。蓄電池放電回路同樣采用直流斷路器或熔斷器對電池及電路進行保護。

4.6.2 直流電壓、接地、絕緣裝置

一體化電源具有饋線絕緣檢測功能，可以對饋線的漏電流進行檢測，并可通過監測系統對數據進行上傳分析，及時發現問題。

母線絕緣檢測能夠在電壓出現較大偏差等故障時，及時將母線的對地電組織進行檢測，分析相關數據以及電壓波動出現的問題，提高了電源一體化裝置的安全性和可靠性。

4.6.3 蓄電池監測

蓄電池監測通過多種模塊進行數據采集與分析，實現對蓄電池的整體檢測，保證電池正常運行并確保其安全。

對蓄電池進行在線的實時監控，記錄電池的電壓、溫度等瞬態變化。對于其靜態放電過程中的各個參數進行監測與記錄，并可繪制成曲線，為技術人員事后維修提供參考。對蓄電池的放電及電壓可以預設數值，當達到預設值時自動停止放電，保障設備的安全，確保其使用不會超過用量范圍。對蓄電池的多種方面進行監測，當溫度、電壓等超過預設限值，自動開啟報警系統或自動停止放電，實現智能化管理。此外，對于放電過程中各種參數以及報警信息都能進行實時記錄。

5 結 論

本文對智能變電站的一體化電源優勢功能進行了分析，并對比傳統變電站的功能，提出了智能變電站一體化電源更多的發展可能。以一體化電源為主要研究對象，探究了智能變電站中電源一體化的應用，并從多角度分析了一體化電源在智能變電站中應用的可靠性和安全性。一體化電源能監控各個電源設備的使用情況，對問題設備及時發出預警，過載設備進行斷電保護，通過多種方式來使變電站站用交直流系統更加高效、安全地工作。