电气一次设备智能化评估模型研究

贵州乌江水电开发有限责任公司构皮滩发电厂 闵万雄

智能电网的发展为电气一次设备智能化提供了保障和机遇，其中变电站一次设备主要是控制元件集合处理、增加互动等功能智能化。如SST-330、SST-300智能型多功能电力表就是一个智能化的产物。智能电网目前国际和国内都还没有准确和完整的定义，智能变电站也没有明确评价指标。电气一次设备智能化的主要表现在新进的信息处理技术、设备控制和管理技术，电力系统的各个环节的联动性强、互动性高，电力生产、传输和分配的流程优化顺畅；表现在测量数据的数字化、设备工作状态的可视化、各环节信息的互动化、控制操作网络快捷化和功能一体化。

电气一次设备智能化的基础是电网的智能化，因此成为智能电网在建设初期主要研究对象，深受社会人士的重视和关注。如近年的水电站建设工程的设备智能化，体现在电气一次设备主要的配置、零部件、电子元件等引用现有技术智能化的元件逐渐增多，替代了传统的机械操作，数据检测便利且更直接[1]。现实中，智能化的水电站在建设初期需结合水电站的供给和环境等实际情况调整设备最佳模式、加装相应保护措施或安装智能化设备，在一定的程度上才可以保证信息的精确性，避免故障几率的增加，有利于保障施工和建设过程中的质量。

1 电气一次设备智能化未来趋势

电气一次设备智能化是实现对信息、测量数据和设备控制的远程管理和监督的过程，实现各部件的各个环节间的相关信息交流，使得能够全面把控工作的整个过程，有利于可靠和稳定地管理高压处理的程序。电气一次设是电能转换的主要设备，因此，在健全的智能电网中，电气一次设备智能化的发展和应用是非常重要的。一般来说，智能组件的可靠强、绝缘效果佳、抗干扰能力强、寿命相对较长、监测灵敏度高、数据精确度精密等优点，所以现实中智能组件的材料采用方面的要求极其苛刻。现实的智能化建设过程中，需要满足智能组件最优设计和现实的使用要求，一般会利用组件模块化的方式设计处理，实践表明这也是现实中比较好的方法，如现今投用的智能设备终端、智能开关、集合单元、状态监测IED、等模块[1]。

智能设备终端：智能终端就好像地电气一次设备的大脑，负责工作运行的判断、信号处理和做出命令的主要枢纽。一般是采用精密的电脑芯片和电子元件组成，用绝缘效果好和传输数度快的电缆相连组成。智能终端具有一定的采集、开关量输出、断路器控制、保护电路和控制回路断线监视、跳合闸压力监测与闭锁等功能。

智能开关：随着现代压力传感开关技术、微机信号处理开关技术、状态自动监测和智能故障报警诊断开关技术的快速蓬勃发展和，以及在我国高压压力开关设备智能领域应用中的不断应用渗透，形成了压力强电与高压弱电相有机结合、传统开关技术与现代高新技术相有机结合的发展现状，推动了我国高压压力开关设备向现代智能化开关方向快速发展。智能开关的主要作用是，根据智能终端处理得出的数据、以信号的形式发送指令要求智能开关执行开关信号的过程。

集合单元：主要由多个集成电路芯片和多个互感器组建而成，在工作中，互感器主要捕捉某一瞬间电路中的瞬时电流和瞬时电压，对获取的电流值和电压值进行处理，处理的结果信号传达到保护设备的测控装置，防止瞬时电压或电流损坏电路的正常工作转态，集合单元均有多个可以输出数据的接口，可和其他智能组件组建相关的联系和互动，对一些信号做出及时反馈和处理，形成自动化的效果，更有效地实现多数的功能。

状态监测IED：指的是生产的过程中，可实现随时对工作设备采用在线监测的工作系统，主要是充分利用了计算机的储存能力和快速调用各种参数(如振动、温度、压力、流量等)的便捷能力，使设备始终处于监控状态，使关键设备始终保持处于在线监控运行状态，设备一旦工作出现重要故障就有前兆，及时发出报警并尽可能多地及时采集设备故障预报信息，以及时了解设备故障发生现象和数据，分析确定故障发生原因。系统自动分别生成日历数据库、历史数据库及故障报警数据库，从而有效实现了系统故障自动报警、故障自动追忆和系统故障自动诊断。通过移动互联网可实时浏览监控设备正常运行的各种工作状态，实现远程自动诊断。状态监测IED 由CPU 芯片和许多传感器组成，主要功能是接收、处理数据、发送数据、下达指令等系列监测功能[2]。

2 浅析电气一次设备智能化现有评估模型

现实中，许多变电站都会有晚上无人值守的现象，没有工作人员反反复复的巡查，却又能保障变电站一次设备的安全运行，所以针对变电站一次设备进行智能化评估是必要措施。变电站一次设备的智能化评估，主要针对电气一次设备在运行中状态存在一些可能潜在风险的识别、预测和衡量，数据与预定设计值对比，采取合理有效的手段科学合理和降低成本的同时，完成运行的安全和经济成本的控制。因此，智能化电气一次设备要在运行状态时监控可能存在的风险，进行识别、预测各种风险发生导致的系列影响，确保设备工作安全持续进行。由此可见，智能化评估就是变电站一次设备降低故障发生概率的主要步骤。

传统的电气一次设备智能化的评估，更多的是停留在单个元件、局部电路的一个评估，这种评估其实都是不够全面的，不能全面地反映出设备中改智能组件的最优效益。如现有的评估模型：基于全数字和光纤的信号采集评估模型、继电保护和综合自动化评估模型、数字遥视监控评估模型、基于智能高效的电能质量调节评估模型等模块化评估，这种评估的优点是能够全面的控制该智能元件的使用寿命，但在现实的运行状态中，每个环节的工作都是相互牵连相互促进的，智能元件可能会因其他部件的温度或电流等因素造成环境的改变，从而影响了性能的发挥。

如电气一次设备工作环境，在高压和超高压变电站建设之初就会考虑到保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O 单元，如在工作中A/D 发生了变换，那么控制操作回路等输出不一样的功能，使得并非该设备主要功能的数字化控制回路从做功上代替了常规继电保护装置、测控等装置的I/O 部分，实现了变电站机电一体化设计。评估模型就是需要更全面地了解各个部件直接的联系，各个环节相互影响，相互作用、功能互补，确保功能使用量，输出最优解、提高可靠性，有效形成管理自动化的智能化电气一次设备。

3 基于多目标优化评估模型的变电站一次设备智能化评估

变电站一次设备智能化评估的综合收益率，不能靠单个控制单元或单个设备的效益来评估，因此评估电气一次设备的效益需基于多目标进行评估。多目标优化评估模型[3]主要是根据目标函数及相关因素和约束条件。评估结果的优势是，有利于提高工作人员对电气一次设备的监控效率和准确度。

电气一次设备智能化评估指标：根据电气一次设备在运行状态中会存在的风险可能性，把评估指标分为可控制和不可控制两大评估指标。首先，根据能够影响一次设备运行状态的直接原因，确定5个一级评估指标以及20个二级评估指标。

评估模型计算评估指标权重：考虑到电气一次设备工作环境较为恶劣，影响因素和约束比较多，所以采用多目标优化评估模型来求解，将评估指标进行量化作为目标函数，取得评估数据。其中，多目标优化评估模型可以平衡约束、减少误差。权重Wp=S/V ∑i‖α-β‖α-(α1,α2,α3,…αn)T，式中 ：S 是一次设备在工作状态中评估指标赋值；α为指标集合；V 是权重分配的向量；i 是工作状态的判断指令；β是评估指标之间的重要程度；T 是工作状态中评估指标赋值指令，通过其解答即可得出评估指标权重[4]。

完成电气一次设备智能化评估：结合上述权重，将一级指标和二级指标按顺序分层评估。在一级性能评估检测指标中，将性能评估检测结果首先完成二次处理，再依次进行二级评估指标模型评估，利用二级评估指标模型设计中的信号记忆和数据反馈处理机制，控制一次评估结果误差大小范围，从而成功取得一次智能设备产品智能化全面的性能评估检测结果，和传统的评估方法对比更有利于权重修正系数和迭代求解。进行一次设备智能化评估模型评估时，因工作状态过程中存在很多不可控制因素，为满足数据地的准确，评估结果一共设计为5个等级，有A、B、C、D、E，A 代表最高等级，E 代表最差等级，分数范围依次为90～100分、80～90分、70～80分、60～70分、低于60分。通过试验，将一次设备作为评估对象，直流额定电压为220V，以一次设备运行状态的一级和二级评估指标作为评估依据，进行近邻分类。

分别使用传统评估方法及本文设计评估方法进行实验，设置传统的评估方法为实验对照组。进行一次设备状态指标的权重计算，通过组合权重求解得到评估结果。将两种评估方法测得的峰值，通过单位时间间隔内一次设备变化的电流、电压或做功的功率的最大瞬间变化值进行评估。评估峰值波动越大，意味着该设备的运行状态越不稳定，可能存在故障。在此次实验中，将实验时间设置为7h，记录实验结果，进而判断两种评估方法对于一次设备的智能化评估能力。

综上，现实中的智能化评估仅仅停留在新旧功能、单个设备产生效率、总体运行效益的单方面评估，缺乏系统的评估方法。