模塊化智能變電站在電力工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李奕恒

南京工程學(xué)院，江蘇南京，210000

0 引言

近年來(lái)，全球智能變電站市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。2021年，我國(guó)電網(wǎng)召開(kāi)新一代智能變電站示范工程啟動(dòng)會(huì)議，實(shí)現(xiàn)了新一代智能變電站模塊化建設(shè)的突破。隨著智能變電站的建設(shè)如火如荼，智能變電站的運(yùn)維和設(shè)備故障排除也成為越來(lái)越受關(guān)注的焦點(diǎn)，設(shè)備運(yùn)行和故障排除的效率直接影響著智能變電站的發(fā)展[1]。在此基礎(chǔ)上，分析智能變電站運(yùn)維技術(shù)、設(shè)備故障排除方法具有重要意義。智能變電站兼具高質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化的特點(diǎn)，可為智能電網(wǎng)建設(shè)提供有力支撐。但在智能變電站的運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了很多問(wèn)題[2]。對(duì)此，圍繞智能變電站，結(jié)合智能變電站的概念和架構(gòu)，概述智能變電站的運(yùn)維技術(shù)，針對(duì)智能變電站內(nèi)部設(shè)備的常見(jiàn)故障，提出幾點(diǎn)建議處理措施，希望能為智能變電站的安全運(yùn)行提供一些參考。

1 模塊化智能變電站的構(gòu)成

模塊化智能變電站是一種新型的適應(yīng)時(shí)代的變電站，以220kV變電站為例，通常分為主變模塊、220kV斷路器模塊、110kV斷路器模塊、10kV斷路器模塊等八個(gè)主要功能模塊、電容器模塊、反應(yīng)器模塊、變電站變模塊、地變模塊，以及完整的自動(dòng)化模塊。220kV和110kV主變模塊部分套管主要采用分體方式與引入電纜進(jìn)行有效電氣連接，10kV部分主要采用全絕緣封閉母線橋或多芯電纜連接方式與10kV開(kāi)關(guān)模塊連接。220kV斷路器模塊、110kV斷路器模塊主要是氣體絕緣封閉式斷路器（GIS）設(shè)備，預(yù)裝在綜合斷路器室，可現(xiàn)場(chǎng)組裝，通過(guò)可拆卸方式，與輸入電纜進(jìn)行高效電氣連接。10kV投切模塊采用組合電器，預(yù)裝在綜合斷路器室內(nèi)，可現(xiàn)場(chǎng)組裝，也可選擇箱式投切室與主變模塊采用全絕緣封閉母線橋或多芯電纜連接。電容模塊、電抗器模塊、變站模塊、變地模塊為工廠預(yù)制，可與10kV開(kāi)關(guān)模塊拼裝或獨(dú)立安裝。集成自動(dòng)化模塊采用集成預(yù)制艙室樣式，通過(guò)控制和通信電纜連接到其他模塊。

2 智能變電站運(yùn)行維護(hù)技術(shù)

2.1 巡視方面

旁路是智能變電站運(yùn)維的基礎(chǔ)，通過(guò)旁路，維護(hù)人員可以發(fā)現(xiàn)智能變電站現(xiàn)有系統(tǒng)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，并及時(shí)共享和解決。隨著智能電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和智能設(shè)備管理復(fù)雜程度的日益提高，旁路的內(nèi)容隨著電壓等級(jí)的變化而變化，狀態(tài)旁路逐漸取代了傳統(tǒng)的旁路方式?？梢暬惨曋饕槍?duì)智能變電站通用設(shè)備設(shè)計(jì)，以科學(xué)信息技術(shù)為支撐，進(jìn)行全面巡檢，解決了傳統(tǒng)巡檢模式存在的信息匯總不完善、分析不準(zhǔn)確等問(wèn)題。常見(jiàn)的旁路對(duì)象有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警子系統(tǒng)（手動(dòng)報(bào)警按鈕、探測(cè)器、信號(hào)模塊）、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)（濕度傳感器、溫度傳感器）、圖像監(jiān)控系統(tǒng)（視頻設(shè)備、視頻服務(wù)器）、安防子系統(tǒng)（編碼器設(shè)備）等。

2.2 檢查評(píng)估方面

在繞過(guò)智能變電站工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，維護(hù)人員應(yīng)根據(jù)智能變電站電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確檢查和評(píng)估，檢測(cè)智能變電站設(shè)備的故障因素。及時(shí)傳輸報(bào)警數(shù)據(jù)，預(yù)知故障發(fā)生，繞過(guò)因故障引起的大面積停電，為調(diào)整維修周期、確定維修重點(diǎn)提供依據(jù)。同時(shí)，維修人員應(yīng)檢查設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)，檢查標(biāo)準(zhǔn)為：機(jī)體清潔無(wú)異物、溫濕度正確（最高環(huán)境溫度不超過(guò)40℃，最高相對(duì)濕度不超過(guò)90%）、呼吸器的完整性、標(biāo)注強(qiáng)烈、相色明顯、滿刻度、閥門啟動(dòng)、分離開(kāi)關(guān)處于正常位置等[3]。除正常檢查要素外，還包括特殊驗(yàn)證要素。如果在風(fēng)中檢查標(biāo)注沒(méi)有太大晃動(dòng)，則沒(méi)有碎屑；雷雨過(guò)后，檢查全世界無(wú)任何排放痕跡，入口接頭內(nèi)無(wú)水汽；在霧天檢查引線連接中是否存在火花放電；在大雪期間，檢查每個(gè)連接頭是否掉落；雪不會(huì)立即溶解，也不會(huì)在冰上滑動(dòng)；晚上檢查加熱燒紅或瓷瓶放電的連接；檢查周邊的溫度變化；設(shè)備過(guò)載運(yùn)行0.5h時(shí)，檢查1次，以此類推。

2.3 測(cè)變方面

根據(jù)走查，維護(hù)人員必須使用專用設(shè)備測(cè)量變電站的運(yùn)行參數(shù)。例如，根據(jù)監(jiān)控智能終端一次運(yùn)行的設(shè)備參數(shù)，用示波器（2500V、500V）測(cè)量高低壓繞組之間對(duì)于不同繞組的絕緣電阻，記錄測(cè)量時(shí)間、油溫、天氣情況等，記錄在系統(tǒng)中，與智能終端數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。為優(yōu)化智能終端監(jiān)測(cè)精度提供依據(jù)，需要注意絕緣測(cè)量，技術(shù)人員必須隔離每一側(cè)的初級(jí)電路。例如在沒(méi)有斷路器的情況下將變壓器與其他設(shè)備隔離時(shí)，開(kāi)關(guān)可以在加油或過(guò)濾油后，共同測(cè)量絕緣；更換硅膠或大量更換油后，通過(guò)智能終端的控制值共同判斷變壓器絕緣是否良好。

3 提升智能變電站運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量的建議

3.1 加強(qiáng)對(duì)智能變電站的設(shè)備管理

智能變電站運(yùn)行中有大量精密設(shè)備，因此在維護(hù)過(guò)程中，工作人員首先要明確相關(guān)信息檔案，對(duì)相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總處理，以便于進(jìn)行在維護(hù)過(guò)程的后期階段熟悉。另外，操作票管理需要規(guī)范，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以及操作的制度，避免進(jìn)行監(jiān)督工作，通過(guò)制度和認(rèn)證相結(jié)合，避免因自己的失誤導(dǎo)致設(shè)備故障。

3.2 加強(qiáng)智能變電站運(yùn)維管控

旁路是保障智能變電站正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，需要工作人員多加注意，對(duì)設(shè)備的工作狀況進(jìn)行全面檢查和關(guān)注，認(rèn)真排查解決存在的問(wèn)題，讓其回歸到正常運(yùn)行。另外，可以使用智能變電站的旁路機(jī)器人，在安裝的程序中可以自動(dòng)規(guī)劃旁路巡檢的路線，對(duì)于特殊的旁路工作人員，也可以在后臺(tái)控制旁路機(jī)器人進(jìn)行旁路巡檢。旁路機(jī)器人本身?yè)碛袕?qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以對(duì)比采集到的信息從而判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并將其傳輸?shù)胶笈_(tái)供人員參考工作，具有較高的準(zhǔn)確性，與人工旁路檢查相比也提高了效率。但由于旁路機(jī)器人目前還處于應(yīng)用初期，還存在很多不足，需要通過(guò)改進(jìn)技術(shù)來(lái)優(yōu)化功能，以及積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[4-5]。

3.3 提升運(yùn)維技術(shù)人員的專業(yè)能力

智能變電站作為一種新型的現(xiàn)代供電結(jié)構(gòu)，需要采用先進(jìn)的維修手段來(lái)保障其日常運(yùn)行，傳統(tǒng)的維修手段無(wú)法徹底解決智能變電站出現(xiàn)的問(wèn)題，管理需要全面升級(jí)，提升專業(yè)水平為操作人員和操作人員提供服務(wù)設(shè)備，加強(qiáng)智能變電站操作人員和操作人員專業(yè)技能的傳授和培訓(xùn)工作，有目的地講解先進(jìn)的技術(shù)知識(shí)，培訓(xùn)結(jié)束后，仍要及時(shí)對(duì)智能變電站的應(yīng)用情況進(jìn)行認(rèn)證和評(píng)估。操作人員和操作人員的相關(guān)知識(shí)和技能，以確保操作人員和操作人員在基本掌握智能變電站的建設(shè)和運(yùn)行原理的情況下，能夠進(jìn)行優(yōu)質(zhì)高效的維修技術(shù)，從而鼓勵(lì)每個(gè)操作人員和操作人員對(duì)智能變電站中存在的故障進(jìn)行及時(shí)的排查和排除，使變電站的整體維修效率大大提高。

3.4 常規(guī)運(yùn)維方法

在繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行中，正常運(yùn)行和檢修方法主要包括以下幾個(gè)方面。①合理制定維護(hù)和檢修方案，相關(guān)負(fù)責(zé)人要嚴(yán)格按照保護(hù)繼電器的維護(hù)和檢修方案制定。按照既定規(guī)則，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢查工作，對(duì)各裝置的運(yùn)行狀況、線路運(yùn)行方式進(jìn)行全面檢查，確保維修方案與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符，從而增加執(zhí)行該選項(xiàng)的可行性。②線路保護(hù)要重視，保護(hù)方式包括集中式和冗余式，在進(jìn)行選型時(shí)，操作人員和操作人員要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行，這樣才能更好地發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的作用。③做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，這是正常運(yùn)維中非常關(guān)鍵的一環(huán)，運(yùn)維人員要更加重視，并根據(jù)檢修作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別做好所有的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，盡可能減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的頻率。

3.5 智能運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用

為進(jìn)一步提高智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維質(zhì)量，減少運(yùn)行安全問(wèn)題的發(fā)生，還應(yīng)加強(qiáng)智能運(yùn)維系統(tǒng)的科學(xué)使用，尤其要考慮以下三個(gè)方面。①系統(tǒng)的功能架構(gòu)，根據(jù)相關(guān)調(diào)查，系統(tǒng)采用三層架構(gòu)，即數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)分析、應(yīng)用層，相關(guān)人員應(yīng)該很清楚每個(gè)層面，例如獲取數(shù)據(jù)源主要來(lái)自導(dǎo)入或采集兩個(gè)渠道，而存儲(chǔ)分析通常由數(shù)據(jù)庫(kù)完成，應(yīng)用層面涉及狀態(tài)、操作和維護(hù)監(jiān)控模塊。②系統(tǒng)的移動(dòng)終端，其作用一般是收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高信息安全程度，減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的愿望，要求移動(dòng)終端的外網(wǎng)數(shù)據(jù)接入內(nèi)網(wǎng)。③系統(tǒng)維護(hù)流程，包括業(yè)務(wù)需求梳理、工作流集合分離等，按規(guī)范流程可以進(jìn)一步減少人為誤操作的頻率。

3.6 模塊化智能變電站的節(jié)能分析

模塊化變電站主要是在工廠按功能模塊單獨(dú)組裝，現(xiàn)場(chǎng)組裝，要達(dá)到變電站的節(jié)能要求，需要考慮預(yù)制隔間的設(shè)計(jì)、材料以及顏色預(yù)制隔間的外立面。為保證裝配式車廂體的抗震、防風(fēng)，裝配式車廂的結(jié)構(gòu)主要采用高強(qiáng)度鋼框架作為車廂體的主框架，可以在車體頂部安裝適當(dāng)?shù)耐L(fēng)孔，身體的底部和墻壁等地方，以確?？諝饪梢栽谏眢w內(nèi)部與外部空氣交換。對(duì)通風(fēng)口進(jìn)行改造，根據(jù)內(nèi)外環(huán)境溫度的變化進(jìn)行空氣交換，保持艙內(nèi)壓力平衡，當(dāng)通風(fēng)口自動(dòng)關(guān)閉后，機(jī)殼內(nèi)部溫度上升（下降）到制冷設(shè)備的啟動(dòng)溫度，從而在艙內(nèi)形成封閉的空氣絕緣。隔間墻主要由纖維水泥外墻板（由外向內(nèi)）、空氣交換、防潮膜、定向結(jié)構(gòu)刨花板、隔熱材料、方管或其他鋼結(jié)構(gòu)、耐火防潮干墻等材料構(gòu)成，具有優(yōu)良的保溫性和氣密性，有效防止室內(nèi)結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生，不用擔(dān)心長(zhǎng)期使用可能導(dǎo)致抽屜腐爛，同時(shí)還有防灰塵、防腐、防潮、防火性能[6]。金邦外墻板材料環(huán)保、強(qiáng)度輕、隔音隔熱、防水防火、耐寒防凍，保證了裝配式車廂的節(jié)能效果。

3.7 二次設(shè)備故障及處理

在智能變電站二次設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)概率較大的故障有：熔斷器故障、線路斷電故障、保護(hù)裝置故障、軟壓號(hào)故障等。

熔斷器故障主要表現(xiàn)在線路工作正常，變電站二次設(shè)備工作不正常。檢測(cè)到故障后，搬運(yùn)工必須停止200kV母線差動(dòng)保護(hù)裝置，即故障裝置，在跳閘輸出處退出軟鉗位。然后啟動(dòng)故障機(jī)構(gòu)，將軟壓桿投入另一個(gè)保護(hù)裝置的工作，將出現(xiàn)問(wèn)題的組合單元放入硬桿進(jìn)行維修，隔離市民和保護(hù)裝置。

線路斷電故障主要表現(xiàn)在線路工作不正常。加工人員檢測(cè)到故障后，應(yīng)第一時(shí)間啟動(dòng)故障和切斷VIS軟壓，同時(shí)退出220kV母線故障軟壓和雙套保護(hù)，再進(jìn)入硬壓保護(hù)220kV母線，將兩套保護(hù)裝置修復(fù)到永久位置[7]。

保護(hù)裝置的故障主要表現(xiàn)在線路工作正常時(shí)，保護(hù)裝置異常停機(jī)。處理人員在檢測(cè)到故障后，必須分析故障原因并向調(diào)度服務(wù)部門報(bào)告。在此過(guò)程中，重新啟動(dòng)保護(hù)裝置，直到保護(hù)裝置恢復(fù)正常運(yùn)行。如果安全裝置不能正常工作，必須拔出GOOSE軟夾條。

軟壓機(jī)號(hào)故障主要表現(xiàn)為壓機(jī)操作不正確，電廠完全停電，線路保護(hù)裝置維修狀態(tài)標(biāo)志為0，組合機(jī)組維修狀態(tài)標(biāo)志為1。當(dāng)引入剛性壓桿進(jìn)行維修時(shí)，用于線路保護(hù)的接收軟壓機(jī)不會(huì)停止使用。檢測(cè)到故障后，處理人員必須及時(shí)將維修設(shè)備區(qū)間的接收軟條從保護(hù)中取出，以免因異物重疊造成線路短路。

二次設(shè)備故障排除后，故障排除人員應(yīng)結(jié)合現(xiàn)行政府法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)二次設(shè)備的形狀、顏色、布局精度、機(jī)械穩(wěn)定性、完全陷印、外觀等進(jìn)行驗(yàn)收。例如：二次設(shè)備外觀編號(hào)，顏色吸引人；光纖及二次連接處均有標(biāo)志，其內(nèi)容包括接線技術(shù)、接線時(shí)間、原電纜類型、接線類型等信息；光纜連接外觀整齊、美觀，纏繞方向一致，線材絕緣性能好，外觀無(wú)破損或其他缺陷。在必要條件下，故障排除人員可以進(jìn)行二次接線，通過(guò)傳輸方式接受二次回路，重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)系統(tǒng)信號(hào)的傳輸，觀察遙感、跳閘、輸出行為、設(shè)定值變化規(guī)律，確保二次回路符合相關(guān)法律法規(guī)的要求[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，“智能變電站”由于應(yīng)用時(shí)間短，缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在后期的維護(hù)過(guò)程中確實(shí)存在一定的難度，但其優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致其擁有發(fā)展前景廣闊。因此，工作人員需要不斷提高自身的專業(yè)素養(yǎng)和業(yè)務(wù)適應(yīng)性，積極了解工作原理、設(shè)備組成，并在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，確保工作安全穩(wěn)定。智能變電站是由智能高壓設(shè)備、變電站信息平臺(tái)組成的變電站，具有交互性好、可靠性高、低碳環(huán)保等特點(diǎn)。在智能變電站運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)維人員可以對(duì)智能變電站架構(gòu)的過(guò)程層、區(qū)間、站控層進(jìn)行運(yùn)維操作，并根據(jù)各樓層一、二次設(shè)備特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行故障排查，保障智能變電站設(shè)備的正常運(yùn)行，支持智能變電站的進(jìn)一步發(fā)展。