集控站模式下變電站運行效率優化策略研究

摘要：針對變電站運行時存在的設備故障頻繁發生、自動化程度較低、能耗較高等問題，以變電站A等為實例展開深入分析，在集控站模式下，提出建立設備維護計劃，構建智能聯動機制，更換節能變壓器；采用IEC 61850協議縮短通信響應，提升功率因數；引入自適應負載調節的非晶合金變壓器降低損耗；構建評估體系量化效果等優化策略，以提升變電站運行的效率、可靠性和節能性，為變電站智能化改造提供借鑒。

關鍵詞：集控站模式 變電站 運行效率 絕緣性能

Research on Optimization Strategy of Substation Operation Efficiency Under Centralized Control Station Mode

WANG Kai¹ ""ZHOU Weiyan²

1.Shandong Zhongyi Network Intelligent Technology Co.， Ltd， Ji’nan， Shandong Province， 250001 China;

2.State Grid Shandong Electric Power Company Ji’ning Power Supply Company， Ji’ning Shandong Province， 272000 China

Abstract： In response to the frequent occurrence of equipment failures， low automation level， and high energy consumption during the operation of substations， taking substation A and others as examples， an in-depth analysis is conducted. In the centralized control station mode， optimization strategies are proposed： establishing equipment maintenance plans， constructing intelligent linkage mechanisms， and replacing energy-saving transformers; It adopts the IEC 61850 protocol to shorten communication response and improve power factor; It introduces adaptive load regulation for amorphous alloy transformers to reduce losses; It constructs an evaluation system to quantify the effectiveness， in order to improve efficiency， reliability， and energy efficiency of substation operations， providing reference for the intelligent transformation of substations.

Key Words： Centralized control station mode; Substation; Operation efficiency; Insulation performance

隨著電力系統規模的不斷擴大，變電站的數量日益增多。傳統的變電站運行管理模式面臨著諸多挑戰，如人力資源分散、管理成本高、運行效率難以提升等。雖然集控站模式集中監控管理多個變電站帶來了管理新機遇，但面臨信息傳輸延遲、人員熟悉度不一、設備差異等挑戰。為提升運行效率，需要深入研究優化策略，確保信息實時準確，提高操作的準確性，實現統一管理，具有重要現實意義。[wl2]

1 工程概況

1.1 工程背景

以變電站A為例，雖然站內已安裝物聯網監測設備，但傳感器精度不足，在設備狀態監測方面存在問題。例如：對設備的某些參數監測誤差較大，會影響對設備運行狀態的準確判斷^[1]。在通信方面，采用ZigBee通信協議，功耗低，但傳輸距離短且抗干擾能力弱。變電站A附近存在工業干擾源，致使數據傳輸中斷頻發，每月約2～3次，每次中斷10～15min，干擾設備狀態的實時監控。

1.2 工程目標與范圍

首先，提高運行效率。通過智能化改造和設備升級，計劃將變電站整體運行效率提升35%以上。例如：隔離開關電動操作時間，當前平均8 s，改造后要縮短至5 s以內。其次，提升設備可靠性。將設備平均無故障時間（Mean Time Between Failures，MTBF）提高40%。以互感器為例，現MTBF為10 000 h，改造后目標為14 000 h以上。最后，優化設備管理。借助智能化設備管理系統，降低設備運維管理成本30%。以變電站A為例，當前每年運維管理費用約80萬元，改造后預計降至56萬元左右，同時提高設備資產利用率，將設備閑置率從10%降至5%以下。

變電站關鍵設備全面升級，含斷路器、隔離開關等，安裝智能傳感器監測狀態，互感器采用物聯網技術預測故障。更換72%斷路器為智能型，并構建高速、高可靠通信網絡，結合5G與光纖通信，確保數據實時穩定傳輸，提升運行效率。

1.3 工程實施計劃

項目分為3個階段進行。

第一階段（1—6月）：組建25人團隊，針對25座變電站展開評估工作，形成詳細報告。依據評估結果制訂變電站升級與智能化改造方案，積極與供應商溝通交流，確定除變壓器外的其他設備（如斷路器等）與智能傳感器的選型。編制總額為200～500萬元的預算，并完成審批流程。

第二階段（7—18月）：采購所需的設備，包括斷路器、智能傳感器等。按照預定計劃逐步開展安裝工作，鋪設通信網絡。設備安裝完畢后，進行設備調試和通信系統的聯調工作，保證設備功能正常運行、通信穩定暢通，針對調試過程中出現的問題及時進行整改。

第三階段（19—24月）：在集控站模式下全面檢查設備性能、系統功能等各項指標。驗收合格后進入試運行階段，在此期間密切監測設備運行狀況，收集相關數據并加以分析，根據分析結果對設備和系統進行優化調整。

2 變電站設備現狀分析

2.1設備故障頻發

在現有的變電站設備中，故障頻發成為影響運行效率的關鍵因素^[2]。以變電站A斷路器為例，一年故障6次，導致局部停電，影響用戶。互感器絕緣老化問題嚴重，變電站B兩年4次故障，維修成本高。設備老化、運行環境惡劣是主要原因。設備運行多年，絕緣性能下降；工業污染加速設備腐蝕老化，增加故障率。

2.2設備自動化程度低

變電站設備自動化程度低，限制運行效率。例如：變電站A電容器組投切需要人工操作，滯后性導致功率因數不達標。短路故障時，保護裝置動作與備用電源投入間存在3～5 s的延遲，致部分設備短暫失電，可能影響精密儀器使用壽命。需要提升設備的自動化水平，減少人工干預，縮短故障響應時間，以優化變電站運行效率和管理水平。

3 智能化改造與設備升級策略

3.1 建立完善的設備維護管理計劃

集控站為每臺關鍵設備安裝多類型的高精度傳感器^[3]。為變壓器、斷路器安裝多種傳感器，實時采集油溫、油中溶解氣體、振動、觸頭磨損等運行狀態數據，測量精度高。建立設備狀態評估模型，依據油中物質含量、溫度趨勢、振動頻率等參數，利用大數據和物聯網技術提供準確數據支持，實現設備健康狀況的精準評估，提升變電站運行管理智能化水平。

當設備的健康指數低于80%（設定值）時，系統自動發出維護預警。在變電站A的試點應用中，通過這種方式提前發現了潛在設備故障隱患，避免了可能發生的故障停電。

3.2建立設備間的智能聯動機制

重新設計設備之間的控制邏輯以便設備在運行過程中實現智能聯動^[4]。在變電站A，智能電表實時監測負荷并傳輸數據至自動化系統，自動調整變壓器分接頭和電容器組，保持功率因數0.95以上。采用IEC 61850協議，設備間通信響應時間縮短至0.5 s內。故障時，信息快速傳輸，斷路器0.1 s內分閘，備用電源0.3 s內投入，停電時間控制在0.5 s內，有效保護設備，減少用戶影響。

4 優化策略的效果評估與持續改進

4.1效果評估指標體系構建

4.1.1設備維護管理計劃效果評估指標

設提前預警的故障數量為a，實際發生的故障數量為b，則故障預警準確率為

設實際存在故障隱患（健康指數低于80%）的設備數量為c，通過設備狀態評估模型評估出健康指數低于80%的設備數量為d，其中與實際故障設備重合的數量為e，則設備健康狀態評估準確性為

設傳感器采集的數據點總數為m，其中測量值與標準測量值的偏差在允許范圍內的數據點數量為，則傳感器數據準確性為

4.1.2設備間智能聯動機制效果評估指標

設變電站運行總時長為T，其中，功率因數達到0.95以上的時長為t，則功率因數達標率為

設設備原通信響應時間為t₁，現通信響應時間為t₂，則設備通信響應時間縮短比例為

4.1.3新型節能變壓器效果評估指標

設傳統變壓器負載損耗為L₁，新型節能變壓器負載損耗為L₂，則負載損耗降低比例為

設傳統變壓器空載損耗為K₁，新型節能變壓器空載損耗為K₂，則空載損耗降低比例為

4.2策略實施效果評估

在策略實施效果評估中，構建了全面的指標體系并進行了深入分析。

4.2.1設備維護管理計劃方面

變電站A采用高精度傳感器精準獲取設備數據，成功提前發現變壓器故障隱患。通過監測油中氣體、油溫、振動等參數，得出健康指數并預警。利用大數據分析建立狀態評估模型，量化設備健康狀況，如健康指數以百分比呈現，為設備維護提供直觀依據，有效避免故障停電，證明模型實際應用有效^[5]。

4.2.2設備間智能聯動機制方面

變電站N采用IEC 61850協議后，通信響應時間縮短至0.5 s內。自動化控制系統能快速調整變壓器和電容器組，保持功率因數0.95以上，智能聯動機制效果顯著。故障時，斷路器0.1 s內分閘，備用電源0.3 s內投入，停電時間控制在0.5 s內，有效保護設備并減少用戶影響，提升變電站的運行效率和可靠性。

4.2.3更換新型節能變壓器方面

變電站A采用自適應負載調節的非晶合金變壓器，負載損耗降低30%～40%，空載損耗降低40%。安裝時，基礎平整度誤差控制在±2 mm內，確保穩定。通過智能傳感器和物聯網技術，實現設備遠程監控，精準獲取運行參數，異常時及時警報，運維人員迅速處理，保障設備穩定運行，提升變電站能效和管理水平。

5 結語

綜上所述，本研究針對集控站模式下變電站運行效率優化問題，實施設備維護管理計劃、智能聯動機制、更換節能變壓器等策略，顯著提升設備的運行效率、可靠性和節能性。集控站模式下，設備的運行效率優化仍有提升空間。未來，可以探索人工智能、機器學習等技術，用于設備狀態評估、故障預測與智能調度，實現更精準、高效的變電站運行管理，進一步提升整體效能。

參考文獻

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