智能變電站中電力一次設(shè)備的智能化設(shè)計(jì)及發(fā)展

魏余林

貴陽(yáng)電力設(shè)計(jì)院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001

0 引言

以往電力能源的供應(yīng)大多是通過(guò)燃燒煤、天然氣、石油等燃料獲得，即火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電技術(shù)非常成熟而且具備較高的可靠性，但是在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)釋放出大量的溫室氣體，威脅到地球環(huán)境。近幾年，我國(guó)大力提倡清潔能源，利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等進(jìn)行發(fā)電能夠有效減少電能生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的破壞，然而這些清潔型能源通常具有分布式、間歇式的特點(diǎn)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的影響，必須選擇更加安全可靠的電力設(shè)備，智能電力設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。

1 智能變電站概述

智能變電站具備節(jié)能、環(huán)保及穩(wěn)定的特點(diǎn)，而且具備很高的應(yīng)用價(jià)值，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息上提供的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集傳輸，為智能變電站的維護(hù)提供可靠支持[1-2]。智能變電站進(jìn)行在線決策時(shí)，能夠?qū)ζ渌某绦蜻M(jìn)行實(shí)時(shí)控制，確保電網(wǎng)之間相關(guān)信息交換的準(zhǔn)確性，更好地協(xié)助電力系統(tǒng)進(jìn)行決策和控制。智能變電站在運(yùn)行過(guò)程中，綜合分析及自動(dòng)化控制能力是重要指標(biāo)，能夠確保變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)是構(gòu)成數(shù)字化智能化設(shè)備的重要基礎(chǔ)，切實(shí)提高了變電站的應(yīng)用性能。智能變電站主要是由過(guò)程層、站控層及隔臺(tái)層組成。過(guò)程層主要是對(duì)電力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，識(shí)別電氣設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)變電站的運(yùn)行狀況，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，不斷地更新協(xié)議，保證這些信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保指揮中心能夠更加順利地完成規(guī)劃任務(wù)。站控層是變電站的控制和保護(hù)設(shè)備，在連接通信功能之前，能夠在線對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和修改。為了確保網(wǎng)絡(luò)通信的流暢性和可靠性，必須對(duì)下行網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行有效的連接，而智能化組件最為關(guān)鍵的功能就是信息交互和網(wǎng)絡(luò)控制。隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提升，針對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，能夠真正實(shí)現(xiàn)主設(shè)備和智能化元件的有機(jī)結(jié)合，切實(shí)提高變電站的運(yùn)行效率。

2 電力一次設(shè)備智能化設(shè)計(jì)

變電站主要是由一次和二次設(shè)備組成，主電源包含變壓器、母線、開(kāi)關(guān)，輔助設(shè)備包含自動(dòng)化系統(tǒng)、智能部件及輔助系統(tǒng)。智能設(shè)備對(duì)整個(gè)變電站的智能化水平具有非常重要的意義。在地址接口和準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，將這些功能與網(wǎng)絡(luò)信息安全有機(jī)結(jié)合，確保能夠?qū)χ悄茏冸娬镜呐潆娤到y(tǒng)和能源供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)。

2.1 自動(dòng)監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在智能變電站中，針對(duì)電氣一次設(shè)備進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，需要具備比較完善的自我監(jiān)控和運(yùn)行系統(tǒng)，結(jié)合外部的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行自我調(diào)節(jié)[3]。自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是指變電站在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于一次設(shè)備運(yùn)行中存在的故障進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，在整個(gè)系統(tǒng)中通過(guò)設(shè)置運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍，一旦發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常狀況，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)就能夠及時(shí)找到異常數(shù)據(jù)的源頭，為相關(guān)工作人員維護(hù)一次設(shè)備提供可靠的數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而從根本上提高維護(hù)效率。在電氣一次設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)靈活應(yīng)用自動(dòng)調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠更有效地發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，可以在規(guī)格較大的發(fā)電間隙中進(jìn)行接入。

2.2 智能輸電設(shè)備

以往輸電設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電輸送的效率很低，而且可靠性相對(duì)較差，很難適應(yīng)新能源發(fā)電分布式、間歇性的特點(diǎn)，這一需求也直接促進(jìn)了智能化輸電設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用。智能化輸電設(shè)備主要包含以下三類(lèi)。（1）柔性交流輸電設(shè)備。這一類(lèi)型的設(shè)備主要是對(duì)輸電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整和控制，以此降低輸電成本，切實(shí)減少輸電過(guò)程中產(chǎn)生的損耗。現(xiàn)今，已經(jīng)應(yīng)用的柔性交流輸電設(shè)備包括靜止快速勵(lì)磁器、無(wú)功補(bǔ)償器、串聯(lián)補(bǔ)償器等。（2）超高壓直流輸電設(shè)備。這一類(lèi)型的設(shè)備主要是換流閥和換流站，用于實(shí)現(xiàn)直流電和交流電之間的能量調(diào)換，即發(fā)電廠在運(yùn)行過(guò)程中將產(chǎn)生的高壓交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，等到達(dá)目的地以后，再將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。與交流電輸電系統(tǒng)相比，直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好，而且能耗更低。（3）高溫超導(dǎo)設(shè)備。主要包含超導(dǎo)電纜、磁儲(chǔ)能設(shè)備、限流器。這一類(lèi)型的設(shè)備主要就是利用超導(dǎo)體電力技術(shù)來(lái)減少關(guān)鍵位置的阻抗值，以此降低電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的消耗，保證電力能源的安全、穩(wěn)定輸送。

2.3 互感器

在智能變電站運(yùn)行過(guò)程中，主要是實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)化、功能一體化、測(cè)量數(shù)字化、信息互動(dòng)化等功能，而這些目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)主要就是對(duì)電壓和電流進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量，互感器是實(shí)現(xiàn)變電站信息數(shù)字化的主要設(shè)備，在電網(wǎng)動(dòng)態(tài)觀測(cè)及繼電保護(hù)等方面具有非常重要的意義，能夠切實(shí)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的整體水平。在智能變電站中，互感器的主要應(yīng)用功能包括檢測(cè)診斷、數(shù)據(jù)測(cè)量等，為電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)測(cè)量的精準(zhǔn)性提供可靠支持。另外，還要求互感器具備數(shù)字性、精準(zhǔn)性及光纖性等功能，以保證精確檢索電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中大量的數(shù)據(jù)信息。目前，互感器逐漸向著實(shí)用性的方向不斷轉(zhuǎn)變，由于互感器具備絕緣性、系統(tǒng)防護(hù)、精度輸出等多種功能，在使用信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)時(shí)能夠有效降低電磁輻射產(chǎn)生的影響，切實(shí)提高測(cè)量的精準(zhǔn)度，促進(jìn)變電站的智能化發(fā)展。

2.4 開(kāi)關(guān)設(shè)備

開(kāi)關(guān)設(shè)備通常由開(kāi)關(guān)組合設(shè)備和智能斷路器組成。智能斷路器是整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行中的重要防護(hù)設(shè)備，促進(jìn)斷路器的智能化發(fā)展，以傳感技術(shù)、電子技術(shù)及數(shù)字技術(shù)為主，實(shí)行聯(lián)動(dòng)化操作。與傳統(tǒng)的斷路器相比，智能斷路器在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，可以使數(shù)據(jù)信息在系統(tǒng)內(nèi)形成反饋型傳輸、響應(yīng)型傳輸，通過(guò)集成化模塊的有效控制，真正實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)型監(jiān)控。開(kāi)關(guān)組合設(shè)備通常是由電路模塊、接地設(shè)置、避雷模塊、互感模塊、終端等組成，在通信技術(shù)、傳感技術(shù)及微控技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)實(shí)際狀況的需求對(duì)系統(tǒng)自身的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)，再結(jié)合傳輸量、傳輸模型等的研究，針對(duì)開(kāi)關(guān)組合設(shè)備中各個(gè)模塊進(jìn)行精準(zhǔn)操作。

2.5 變壓器自動(dòng)監(jiān)測(cè)

智能變電站運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)主變壓器進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，需要使用油色譜，主要可以分為放電型、過(guò)熱型及油絕緣紙過(guò)熱型。局部放電監(jiān)測(cè)能夠較好地反映油中氣體放電及電暈等問(wèn)題，使用微水監(jiān)測(cè)能夠?qū)τ褪艹钡膯?wèn)題進(jìn)行自動(dòng)化的監(jiān)控?，F(xiàn)今，對(duì)于變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控已經(jīng)取得了一定的成效，促使監(jiān)控系統(tǒng)逐漸向著獨(dú)立自主系統(tǒng)的方向不斷發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器各個(gè)部分的實(shí)時(shí)監(jiān)管[4]。舉例來(lái)說(shuō)，使用過(guò)熱型監(jiān)控技術(shù)，一旦數(shù)據(jù)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常狀況，由于油溫過(guò)熱就會(huì)加大電阻值，達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)發(fā)出自動(dòng)報(bào)警信號(hào)。智能化變電站的核心內(nèi)容是專(zhuān)家診斷系統(tǒng)，通過(guò)平臺(tái)中的大量數(shù)據(jù)信息對(duì)智能化系統(tǒng)的運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行有效的分析和研究，從而對(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)化診斷，在這個(gè)過(guò)程中還應(yīng)該重點(diǎn)考慮傳感器的使用壽命，定期對(duì)傳感器進(jìn)行有效的檢查。

3 電力一次設(shè)備智能化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

電力一次設(shè)備智能化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案大多是根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行場(chǎng)所完成的，在設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中能夠全面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的通信功能，通過(guò)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)信息平臺(tái)、一次設(shè)備和終端之間的可靠通信。針對(duì)一次設(shè)備的智能化設(shè)計(jì)，所有的總線節(jié)點(diǎn)全部使用實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣就能夠?qū)γ總€(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的一次設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)共享，有效降低信息傳遞過(guò)程中的成本，切實(shí)提高數(shù)據(jù)傳輸效率。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，一次設(shè)備的智能化設(shè)計(jì)主要包含兩方面的內(nèi)容，即一次設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件設(shè)計(jì)和智能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在未來(lái)的智能化設(shè)計(jì)中，需要有效協(xié)調(diào)兩者之間的關(guān)系，進(jìn)一步拓展一次設(shè)備智能化發(fā)展空間，切實(shí)提高一次設(shè)備的運(yùn)行效率[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷增長(zhǎng)，科學(xué)技術(shù)水平得到了極大的提升，人們的生活水平也得到了質(zhì)的飛躍，而企業(yè)之間面臨的生存壓力也越來(lái)越大，加大技術(shù)革新和創(chuàng)新力度具有非常重要的意義。針對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，能夠有效提高電力企業(yè)的價(jià)值，還能夠保證變電站的安全可靠運(yùn)行，為群眾提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。