变电站电力一次设备智能化问题的研究综述

郑周涛

(文山壮族苗族自治州水利电力勘察设计院，云南 文山 663000)

变电站电力一次设备智能化问题的研究综述

郑周涛

(文山壮族苗族自治州水利电力勘察设计院，云南 文山 663000)

变电站是电力供应的重要环节，也是实现低压转换以及功率转换的重要设备。随着科学技术水平的提高，在智能化改造中融入的技术类型不断增加，如集成控制技术、电力电子技术、电磁干扰技术、信号处理技术等，促进了电力一次设备的智能化发展。文章就变电站电力一次设备智能化问题进行探讨。

变电站；电力一次设备；智能化；全寿命周期

0 引 言

现代我国变电站改建过程中其关键内容就是电网资源的二次整合以及电网的智能化组建，因此在电力一次设备智能化过程中，不仅需要采用多种技术措施保证电网的基本运行性能以及安全性，同时还需要依据当前的电网运行要求以及实际运行能力对网络架构进行优化升级。在电力设备智能化控制中，需要积极采用电子信息技术，并加强技术选择比较以及技术管理，协调好系统中子系统之前的关系，提升系统运行的稳定性以及科学性，从而实现智能化技术功能的最大化[1]。当前我国变电站电力设备使用中，已经初步实现了软件的数字化升级，但是由于手段传统技术如管理模拟信号的影响，模拟信号的转化仍然存在困难。因此，要想实现电网的智能化改造和升级，需要从电网电气一次设备的智能化着手，对当前改造中存在的问题进行总结，对设备的遥信和遥控等功能进行智能化处理。

1 一次设备智能化现状

变电站中电力一次设备主要指变压器、互感器、可控电抗器以及开关设备等。电力一次设备智能化的实现主要从两个方面入手，一为对传统电力设备加设智能终端，二是在厂家设计制造过程中注重电气设备选型以及智能化功能的升级。因为传统一次设备多存在于现有电力系统中，这就意味着传统一次设备被全部更替为智能化一次设备需要较长周期。为此，要想快速实现电力一次设备的智能化发展可以在传统一次设备上增加智能控制模块，其具有数据采集、在线监测、故障判断以及通信等多重功能。

1.1 电力变压器的智能化

1.1.1 传统变压器的智能化

在变压器输入、输出线圈电路中分别串接智能型保险丝，并且在变压器电路的输入端并联一组由电阻以及发光二极管串接而成的电源指示电路，是当前电力变压器智能化的主要形式。智能型保险丝在电路供电系统出现过流、过温和雷电干扰时可起到良好的保护作用，可有效避免供电系统停止运行以及变压器被烧毁等问题的循环；在电路供电系统处于正常运行状态时智能保险丝不处于工作张状态，不会对变压器的运行造成影响；当电路故障消除后可恢复正常，接通线路便可运行[2]。

1.1.2 电力电子变压器

电力电子变压器是近些年随着大功率电力电子元器件和控制技术的不断发展而产生的新型电力变压器，又被称之为电力电力变压器、电子变压器、柔性变压器、固态变压器、智能变压器等，其综合了电力电子变换技术以及高频电能变换技术的优势，可将电力特征的电能转变为另外一种电力特征的电能静止电力设备。所谓电力特征，主要就是指电压或者是电流的频率、幅值、相位、相序以及波形等。引用电力电子变换技术以及控制技术，电力电子变压器实现了AC/AC变换、AC/DC/AC的转换，可输出直流，且可直接对能量进行转换以及控制。电力电子变压器在传统变压器的基本功能上进行了升级，逐渐成为多功能设备，且无需增设其他辅助设备便可进行自我监测、诊断、保护、无功补偿，也能够改善电能质量和控制系统潮流等。因为电力电子变压器的主要构成为电力电子器件，其体积较小，质量较轻，可将其直接应用于航空航天领域。此外，智能电网建设中可再生能源的应用使得系统中引入了大量的分布式电源系统，而分布式电源交直流兼具，分布范围较广，容量小，而电压波动性较大。电力电子变压器用于交直流功能，可以对分布式电源接入电力系统依据运行要求进行调节。所以，在智能电网浪潮下，电力电子变压器的研究和升级改造是变压器智能化开发的重要途径[3]。

1.2 互感器智能化

变电站中最为重要信息来源是互感器，而互感器的智能化主要表现在安全、准确测量以及自我诊断。电子式互感器具备了数字化、光纤化以及准确化三个要素，也是未来互感器智能化发展的主要方向，电子式互感器如图1所示。电力系统光学电流互感器的技术基础是零和式光学电流传感技术，其突出优势体现在精度高、保护输出优良、绝缘水平高、电磁兼容性和实用性较强等，且具备入网资格，也已经投入生产线。激光供电型110kV光电电流互感器通过信号转化技术实现了光纤传输，且绝缘性能较高，可有效抵抗电磁的干扰，且测量时频带较宽，动态范围大，可满足当前电力系统智能化的运行要求。

1.3 开关设备智能化

1.3.1 智能断路器

高压断路器是电力系统安全运行中十分关键的控制以及保护设备，而断路器的智能化也是电力一次设备智能化的关键所在[4]。断路器智能化需要配置新型传感术、微电子技术以及信息技术等，从而保证操动机构的可控性。与以往的断路器相较而言，智能断路器具备了计算机系统以及传感装置的智能化断路器智能控制功能，也可对电力运行进行状态监测和故障诊断，便于变电站日常运维工作的开展。同时，真空技术、灭弧室技术、新工艺、新材料等技术的发展使得真空断路器逐渐向大容量化、低过电压化、小型化以及智能化方向发展。另外，在实际工程运行过程中，智能断路器的跳闸方式已经从传统的跳合闸电流操作方式变为基于IEC61850标准的GOOSE等快速报文传递跳合闸命令的操作方式。随着智能化技术的快速发展以及当前智能电网建设规模的扩大，智能断路器的具有很大的市场发展潜力。

图1 电子式互感器原理示意图

1.3.2 智能开关组合设备

智能开关组合设备时断路器、隔离开关、接地开挂、互感器、避雷器、母线以及出线终端等封装成的组合设备，其综合了多种技术类型，如传感技术、微电子技术、电力电子技术、数字控制技术和网络通讯技术等，促进了智能化控制。依据当前电力系统建设要求，智能开关设备还需建立数字化平台和检测、控制平台。

2 一次设备智能化发展策略

2.1 状态监测和智能深化

电力一次设备智能化可及时了解设备的运行状态，所以需要及时了解运维人员以及设备的运行状况，便于设备检修工作的实施，当前在线监测项目主要如表1所示。

传统变电站电气一次设备智能化改造是利用一次设备运行产生的数据借助设备状态数据服务器对数据进行整理分析，从而实现电气一次设备数据的汇总、筛选以及解析。为此，需要增加实时检测以及数据的自动采集功能，建立设备对比信息专家库，使得管理系统可以实时监测数据，和自身的故障特征以及专家库数据进行比较，从而保证管理系统分析的准确性。

表1 电气一次设备在线监测项目

2.2 全寿命周期管理

传统设备管理重点在于运行期间的运行维修管理工作，其主要目的是提升设备运行的稳定性。主要管理对象为设备资产的物质运动形态，如设备的安装、使用、维修、拆换等，体现出了设备的物质变化状态。设备全寿命周期管理包括了资产和设备管理，覆盖资产和设备的管理内容和全过程，对设备的可靠性和经济性进行了综合考量，使得设备利用率最大化，资产全寿命期内效益最大化。

3 结 语

综上所述，变电站的一次设备智能化升级改造是科学技术发展以及电力行业发展的结果，也是未来电力系统发展的必然趋势。因此，相关部门必须予以重视，对当前变电站电力一次设备智能化改造中存在的问题进行总结，并依据变电站的运行需求制定科学且可行性较高的改造方案，积极引进新型技术和电力设备，提高变电站的运行质量，提高经济效益。

[1]胡元潮，阮江军，杜志叶，等.基于TOPSIS法的变电站一次设备智能化评估[J].电力自动化设备，2012，32(12)：22-27.

[2]胡元潮，阮羚，阮江军，等.基于改进逼近理想点法的变电站智能化改造评估[J].电网技术，2012，36(10)：42-48.

[3]陈安伟，乐全明，张宗益，等.智能变电站一次主设备在线监测系统工程实现[J].电力系统自动化，2012，36(13)：110-115.

[4]葛遗莉，葛慧，鲁大勇.数字化变电站设计、运行中面临的问题[J].电力自动化设备，2010，30(12)：113-117.

1007-7596(2017)10-0114-03

TM762

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2017-09-14

郑周涛(1984-)，男，云南文山人，工程师。