智能变电站中电力一次设备的智能化设计及发展

2021-03-26魏余林

光源与照明 2021年7期

魏余林

贵阳电力设计院有限公司，贵州贵阳 550001

0 引言

以往电力能源的供应大多是通过燃烧煤、天然气、石油等燃料获得，即火力发电。火力发电技术非常成熟而且具备较高的可靠性，但是在生产过程中会释放出大量的温室气体，威胁到地球环境。近几年，我国大力提倡清洁能源，利用风能、太阳能等进行发电能够有效减少电能生产过程中对环境产生的破坏，然而这些清洁型能源通常具有分布式、间歇式的特点，会对电网的稳定性产生极大的影响，必须选择更加安全可靠的电力设备，智能电力设备应运而生。

1 智能变电站概述

智能变电站具备节能、环保及稳定的特点，而且具备很高的应用价值，能够根据网络信息上提供的数据信息进行采集传输，为智能变电站的维护提供可靠支持[1-2]。智能变电站进行在线决策时，能够对其他的程序进行实时控制，确保电网之间相关信息交换的准确性，更好地协助电力系统进行决策和控制。智能变电站在运行过程中，综合分析及自动化控制能力是重要指标，能够确保变电站的安全稳定运行，同时是构成数字化智能化设备的重要基础，切实提高了变电站的应用性能。智能变电站主要是由过程层、站控层及隔台层组成。过程层主要是对电力进行实时检测，识别电气设备的实际运行参数，并实时监测整个变电站的运行状况，结合历史数据，不断地更新协议，保证这些信息数据的准确性，确保指挥中心能够更加顺利地完成规划任务。站控层是变电站的控制和保护设备，在连接通信功能之前，能够在线对相关设备进行维护和修改。为了确保网络通信的流畅性和可靠性，必须对下行网络接口进行有效的连接，而智能化组件最为关键的功能就是信息交互和网络控制。随着科学技术水平的进一步提升，针对一次设备进行智能化设计，能够真正实现主设备和智能化元件的有机结合，切实提高变电站的运行效率。

2 电力一次设备智能化设计

变电站主要是由一次和二次设备组成，主电源包含变压器、母线、开关，辅助设备包含自动化系统、智能部件及辅助系统。智能设备对整个变电站的智能化水平具有非常重要的意义。在地址接口和准确数据的基础上对一次设备进行保护，自动化监测电力设备的运行状态，将这些功能与网络信息安全有机结合，确保能够对智能变电站的配电系统和能源供应系统进行自动化调节。

2.1 自动监控调节系统

在智能变电站中，针对电气一次设备进行智能化设计，需要具备比较完善的自我监控和运行系统，结合外部的运行环境进行自我调节[3]。自动化调节系统主要是指变电站在运行过程中对于一次设备运行中存在的故障进行自动化监控，在整个系统中通过设置运行的标准参数范围，一旦发现一次设备在运行过程中出现异常状况，自动化监控系统就能够及时找到异常数据的源头，为相关工作人员维护一次设备提供可靠的数据支持，进而从根本上提高维护效率。在电气一次设备运行过程中，通过灵活应用自动调节监控系统，能够更有效地发现变电站运行过程中存在的问题，可以在规格较大的发电间隙中进行接入。

2.2 智能输电设备

以往输电设备在运行过程中进行远距离输电输送的效率很低，而且可靠性相对较差，很难适应新能源发电分布式、间歇性的特点，这一需求也直接促进了智能化输电设备的发展和应用。智能化输电设备主要包含以下三类。（1）柔性交流输电设备。这一类型的设备主要是对输电系统的运行参数进行自动化调整和控制，以此降低输电成本，切实减少输电过程中产生的损耗。现今，已经应用的柔性交流输电设备包括静止快速励磁器、无功补偿器、串联补偿器等。（2）超高压直流输电设备。这一类型的设备主要是换流阀和换流站，用于实现直流电和交流电之间的能量调换，即发电厂在运行过程中将产生的高压交流电转换为直流电，然后进行远距离传输，等到达目的地以后，再将直流电转化为交流电。与交流电输电系统相比，直流输电系统的稳定性更好，而且能耗更低。（3）高温超导设备。主要包含超导电缆、磁储能设备、限流器。这一类型的设备主要就是利用超导体电力技术来减少关键位置的阻抗值，以此降低电力系统运行过程中产生的消耗，保证电力能源的安全、稳定输送。

2.3 互感器

在智能变电站运行过程中，主要是实现控制网络化、功能一体化、测量数字化、信息互动化等功能，而这些目标实现的基础主要就是对电压和电流进行精准的测量，互感器是实现变电站信息数字化的主要设备，在电网动态观测及继电保护等方面具有非常重要的意义，能够切实提高电力系统运行的整体水平。在智能变电站中，互感器的主要应用功能包括检测诊断、数据测量等，为电网内部数据测量的精准性提供可靠支持。另外，还要求互感器具备数字性、精准性及光纤性等功能，以保证精确检索电网运行过程中大量的数据信息。目前，互感器逐渐向着实用性的方向不断转变，由于互感器具备绝缘性、系统防护、精度输出等多种功能，在使用信号转换技术时能够有效降低电磁辐射产生的影响，切实提高测量的精准度，促进变电站的智能化发展。

2.4 开关设备

开关设备通常由开关组合设备和智能断路器组成。智能断路器是整个电力系统运行中的重要防护设备，促进断路器的智能化发展，以传感技术、电子技术及数字技术为主，实行联动化操作。与传统的断路器相比，智能断路器在计算机技术的支持下，可以使数据信息在系统内形成反馈型传输、响应型传输，通过集成化模块的有效控制，真正实现精准型监控。开关组合设备通常是由电路模块、接地设置、避雷模块、互感模块、终端等组成，在通信技术、传感技术及微控技术的基础上，可以根据实际状况的需求对系统自身的运行参数进行自动化调节，再结合传输量、传输模型等的研究，针对开关组合设备中各个模块进行精准操作。

2.5 变压器自动监测

智能变电站运行过程中，针对主变压器进行自动监测，需要使用油色谱，主要可以分为放电型、过热型及油绝缘纸过热型。局部放电监测能够较好地反映油中气体放电及电晕等问题，使用微水监测能够对油受潮的问题进行自动化的监控。现今，对于变压器的运行状态进行自动化监控已经取得了一定的成效，促使监控系统逐渐向着独立自主系统的方向不断发展，真正实现对变压器各个部分的实时监管[4]。举例来说，使用过热型监控技术，一旦数据运行过程中出现异常状况，由于油温过热就会加大电阻值，达到一定程度时就会发出自动报警信号。智能化变电站的核心内容是专家诊断系统，通过平台中的大量数据信息对智能化系统的运行问题进行有效的分析和研究，从而对一次设备的运行状态进行自动化诊断，在这个过程中还应该重点考虑传感器的使用寿命，定期对传感器进行有效的检查。

3 电力一次设备智能化设计的发展趋势

电力一次设备智能化设计的设计方案大多是根据设备的实际运行场所完成的，在设计优化过程中能够全面实现网络的通信功能，通过通信协议标准实现信息平台、一次设备和终端之间的可靠通信。针对一次设备的智能化设计，所有的总线节点全部使用实时控制数据库，这样就能够对每个节点内的一次设备运行状况进行实时监测，并实现信息数据共享，有效降低信息传递过程中的成本，切实提高数据传输效率。在实际设计过程中，一次设备的智能化设计主要包含两方面的内容，即一次设备的内部构件设计和智能供电系统设计。在未来的智能化设计中，需要有效协调两者之间的关系，进一步拓展一次设备智能化发展空间，切实提高一次设备的运行效率[5]。