輸變電設(shè)備智能化關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢分析

金洪濤

（中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江火電建設(shè)有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

國家電網(wǎng)的籌建，意味著我國電力發(fā)展選擇了一條集中式的路徑。這種方式有助于資金更為有效的利用，也能因此帶來更為豐厚的技術(shù)紅利，但是必須面對更為龐大的輸變電體系。也正因為如此，輸變電網(wǎng)絡(luò)成為我國電網(wǎng)體系中的一個重要環(huán)節(jié)。在當(dāng)前智能電網(wǎng)的大背景下，輸變電系統(tǒng)隨之出現(xiàn)智能化的趨勢。具體來說，就是以輸變電設(shè)備作為核心節(jié)點(diǎn)而展開的智能化進(jìn)程，已經(jīng)成為當(dāng)前發(fā)展的一個重要特征，并且在未來也會呈現(xiàn)出不斷深化的趨勢。

1 輸變電設(shè)備智能化的趨勢分析

雖然智能電網(wǎng)的觀點(diǎn)在很多年前就已經(jīng)提出，并且在某些細(xì)節(jié)上也在不斷落實和完善，但是對于輸變電領(lǐng)域來說，智能化并沒有完全實現(xiàn)。而想要有效地實現(xiàn)智能化，首先應(yīng)當(dāng)厘清這一概念，避免出現(xiàn)理解上的偏差，才是保證未來發(fā)展方向的根基所在。

從整體發(fā)展的趨勢看，智能化是以信息化和自動化作為基礎(chǔ)而展開的深入發(fā)展。只有對這三個方面的特征有所深入理解，才能落實智能化而不會出現(xiàn)偏差。

對于輸變電系統(tǒng)來說，信息化和自動化這兩個環(huán)節(jié)，在當(dāng)前大部分輸配網(wǎng)體系中已經(jīng)趨于成熟，但是并不代表已經(jīng)實現(xiàn)了全面覆蓋。具體而言，我國輸變電領(lǐng)域中的智能化實現(xiàn)，其特征包括如下三個方面。

首先，在輸變電系統(tǒng)中主干網(wǎng)相對來說技術(shù)成熟，資金支持也基本能夠滿足要求。與之對應(yīng)的，輸變電網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中越往電力消費(fèi)側(cè)走，對應(yīng)的技術(shù)和資金就越跟不上。甚至對于某些地方配網(wǎng)而言，還會保存著多年前的技術(shù)和設(shè)備，這些都是阻礙輸變電系統(tǒng)實現(xiàn)智能化的重要因素。

其次，輸變電網(wǎng)絡(luò)本身覆蓋范圍極廣，想要實現(xiàn)有效的管控，必須將對應(yīng)的權(quán)責(zé)下放給不同的地方。而不同的地方團(tuán)隊必然會對智能化有著不同的理解，這也是造成輸變電網(wǎng)絡(luò)在智能化程度出現(xiàn)顯著差異的一個重要原因。目前我國的輸變電網(wǎng)絡(luò)基本都能夠?qū)崿F(xiàn)信息化，或者稱之為數(shù)字化，即能夠?qū)⑤斪冸娤到y(tǒng)中諸多設(shè)備的工作狀態(tài)形成數(shù)據(jù)，并且通過二次設(shè)備傳輸?shù)綄?yīng)的數(shù)據(jù)中心。通過這種方式，能夠?qū)斪冸娫O(shè)備的工作狀態(tài)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。但是這僅僅是實現(xiàn)了輸變電網(wǎng)絡(luò)的信息化，在信息化的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步設(shè)置比較基礎(chǔ)的功能，能夠支持相關(guān)功能來依據(jù)具體的設(shè)備參數(shù)展開動作，諸如安全告警、及時中斷等。自動化的重點(diǎn)在于不需要人工干預(yù)就可以直接展開行動，但是還不能稱之為智能化。自動化更多強(qiáng)調(diào)的是通過數(shù)字通路來實現(xiàn)對于輸變電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，并且允許預(yù)先設(shè)定對應(yīng)的條件，在觸發(fā)條件的情況下自行展開相應(yīng)的動作。這里需要注意，自動化實現(xiàn)的過程中，其設(shè)定條件的仍然是相關(guān)工作人員，所以整個輸變電系統(tǒng)仍然是在人的控制之下展開運(yùn)行的。

最后，智能化是輸變電系統(tǒng)未來發(fā)展的重要趨勢。當(dāng)前已經(jīng)在某些環(huán)節(jié)有所實現(xiàn)，尚未普及，整體看智能化的深度也有待于進(jìn)一步的加強(qiáng)。智能化的核心問題在于實現(xiàn)智能，智能就是系統(tǒng)可以在一定程度上不依賴于工作人員而自主展開運(yùn)行，即系統(tǒng)能夠?qū)ψ陨淼那闆r展開判斷，并且確定出合理的行動方案。本質(zhì)上，智能化與自動化的區(qū)別在于系統(tǒng)能否做出有效的決策。

2 輸變電設(shè)備智能化關(guān)鍵技術(shù)分析

上文對輸變電設(shè)備智能化的發(fā)展歷程和未來走向做出了必要的分析，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前階段我國的輸變電體系已經(jīng)基本實現(xiàn)了信息化和自動化，正在智能化初期階段磨礪和提升。在輸變電系統(tǒng)中，其核心技術(shù)并不僅僅局限于智能化領(lǐng)域，信息化以及自動化技術(shù)作為實現(xiàn)智能化的重要基礎(chǔ)同樣不容忽視。我國輸變電智能化體系的關(guān)鍵技術(shù)主要有如下幾類。

2.1 在線監(jiān)測技術(shù)

本質(zhì)上看，在線監(jiān)測技術(shù)是輸變電系統(tǒng)信息化領(lǐng)域的核心技術(shù)。在線監(jiān)測技術(shù)會與通信技術(shù)一同來實現(xiàn)對于輸變電設(shè)備工作狀態(tài)的獲取。這個環(huán)節(jié)的技術(shù)重點(diǎn)在于兩個方面，其一為成熟的電力通信網(wǎng)絡(luò)，其二則是類似于物聯(lián)網(wǎng)的前端，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的獲取。這種在線監(jiān)測技術(shù)的價值在于能夠遠(yuǎn)程獲取到相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況數(shù)據(jù)，節(jié)約了人力。從技術(shù)層面看，這種在線監(jiān)測技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)仍然有著本質(zhì)區(qū)別，在線監(jiān)測更多是考察輸變電設(shè)備工作狀態(tài)，而工作狀態(tài)數(shù)據(jù)可以通過二次設(shè)備或者輸變電體系下一次設(shè)備中的數(shù)字部分來進(jìn)行獲取；而物聯(lián)網(wǎng)更多是對于相關(guān)設(shè)備位置的識別。但是從本質(zhì)上，兩者都是對于前端工作設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取。對于這樣的工作體系而言，從邏輯結(jié)構(gòu)的層面看是極為相似的，因此將二者進(jìn)行類比加強(qiáng)理解。這一類技術(shù)目前的主要發(fā)展方向是將負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集的環(huán)節(jié)壓合在一次設(shè)備中，形成對應(yīng)的數(shù)字化一次設(shè)備。這同樣也是未來在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的主要方向。

2.2 生命周期與大數(shù)據(jù)技術(shù)

相對于在線監(jiān)測技術(shù)，生命周期、大數(shù)據(jù)技術(shù)與數(shù)變電設(shè)備智能化之間的關(guān)系更為密切。這兩個方面的技術(shù)直接構(gòu)成智能化的根基，沒有生命周期觀念和大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持，輸變電設(shè)備智能化就無從實現(xiàn)。

從技術(shù)實現(xiàn)的角度看，生命周期與大數(shù)據(jù)技術(shù)二者都注重數(shù)據(jù)體系的構(gòu)建，這一點(diǎn)與上面提到的在線監(jiān)測技術(shù)有著本質(zhì)的不同。在線監(jiān)測技術(shù)只能實現(xiàn)對于數(shù)據(jù)的采集，也就是說，能夠為輸變電設(shè)備的數(shù)字化提供基本依據(jù)，但是不能保證這些采集到的數(shù)據(jù)具有實踐價值。而輸變電設(shè)備的生命周期和大數(shù)據(jù)技術(shù)，則是直接指向構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)體系群落，是推進(jìn)數(shù)據(jù)體系本身實現(xiàn)其價值的，是幫助發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)群落內(nèi)部、數(shù)據(jù)之間內(nèi)在聯(lián)系的技術(shù)。生命周期的本質(zhì)，在于直接面向輸變電體系中的諸多設(shè)備來展開數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)框架的建立與相關(guān)設(shè)備自身的生命周期保持同步。這樣一來，采集到的數(shù)據(jù)就具有現(xiàn)實意義，能夠?qū)崿F(xiàn)對于相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)的連續(xù)反映。進(jìn)一步，大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心在于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間存在的這些隱含關(guān)系，也就是說，大數(shù)據(jù)技術(shù)的目標(biāo)在于讓零散的數(shù)據(jù)變得有意義。雖然現(xiàn)階段大數(shù)據(jù)技術(shù)仍然處于發(fā)展之中，不夠成熟，針對性也偏弱，但是整體而言，其在未來工作中的價值不容否定。

2.3 智能變電站技術(shù)

變電站是輸變電體系中的一個特殊環(huán)節(jié)，是為存放輸變電設(shè)備而確立的專用場所，作為輸變電體系中的重要樞紐而存在。對變電站展開全面的智能化，可以說是關(guān)系到輸變電系統(tǒng)方方面面實現(xiàn)智能化的重要保障。

智能變電站典型結(jié)構(gòu)自下而上分別為過程層設(shè)備、間隔層設(shè)備以及站控層設(shè)備，其中過程層設(shè)備包括合并單元和智能終端兩類。國家電網(wǎng)在《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》中對合并單元和智能終端是這樣定義的：“合并單元，是用以對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和/或電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時間相關(guān)組合的物理單元。合并單元可是互感器的一個組成件，也可是一個分立單元。智能終端，是一種智能組件，其與一次設(shè)備采用電纜連接，與保護(hù)、測控等二次設(shè)備采用光纖連接，實現(xiàn)對一次設(shè)備的測量、控制等功能。”從智能化的角度看，間隔層關(guān)注的其實是基本的智能化工作，類似于自動化的實現(xiàn)；而站控層則面向更為全面的變電站智能化服務(wù)，諸如大數(shù)據(jù)系統(tǒng)等，都安裝在這一層。

對合并單元進(jìn)一步展開分析，從上文的描述中可以看到，合并單元是對一次設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸?shù)难b置，而智能終端則是整合了數(shù)字端口的一次設(shè)備中的數(shù)字部分。可以說，智能終端本身與合并單元保持了同樣的職能，區(qū)別只在于智能終端的相應(yīng)功能壓縮進(jìn)了一次設(shè)備體系內(nèi)部。

3 結(jié)論

智能化是我國電力事業(yè)的必然選擇，在輸變電體系中，同樣會呈現(xiàn)出相應(yīng)的趨勢。在這樣的背景之下，想要把握我國輸變電設(shè)備智能化的發(fā)展脈搏，唯有加強(qiáng)縱向分析，考察智能技術(shù)在電網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用特征，才能找準(zhǔn)方向，切實推進(jìn)輸變電設(shè)備智能化的不斷深入。