智能变电站设计、运行中面临的问题探析

贵州电网有限责任公司遵义供电局 李金鑫 陈超人 赵泽龙 郑 磊 邹 胤

在社会经济不断发展过程中，供电领域开始探索积极利用各种现代化信息技术建立智能变电站，以提供更安全、可靠、稳定、便捷的电能，同时智能变电站已成为现代变电站一大发展趋势。智能变电站目前均为无人值守变电站，其综合自动化系统功能要求以及设备配置都要根据减员增效等思路设计。在智能变电站综合自动化系统中，选择的是开放式的分层分布系统，关注统一化的建模与组网，促进信息共享，同时通信规约均选择DL-T860通信标准。在智能变电站设计及建设期间，选择三层结构两层网络架构，其中三层结构包含过程层、间隔层以及站控层，而两层网络主要包含过程层网络以及站控层网络。

在智能变电站当中，两层网络两者保持相互独立设计，避免相互影响。站控层主要包含网络报文分析装置、故障录波装置、综合数据服务器、监控主机结合操作员工作站还有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机等设备；在间隔层，主要包含电能计量装置、保护装置、测控装置等设备；在过程层，主要包含智能终端、合并单元、互感器等设备。

1 智能变电站设计中面临的问题与解决策略

1.1 设计方向有误

很多变电站设计人员在设计智能化变电站过程中，会将智能变电站和数字化变电站两者含义相混淆，不能准确识别两者的差异，在设计中存在概念模糊、方向有误等问题。智能变电站、数字化变电站两者有着本质差异，数字化属于智能化的根本，能够为智能化奠定坚实基础，也就是说变电站在具备数字化基础与条件情况下才有机会实现智能化，即变电站要提升智能化水平需先实现数字化，基于数字化朝着智能化方向演变及发展。

当前国家电网公司尚未明确的指出智能变电站的定义，主要阐述是在自动化技术、信息技术以及网络技术等的利用下，对信息实现自动化的采集、存储、传递、检测与保护等，同时经自动化以及智能化的控制、检测与调节，对变电站实现高效控制与管理[1]。所以，智能变电站在设计以及运行期间必须基于数字化，将一次以及二次设备数字化设计作为落脚点，逐步推进智能变电站设计，积极探索智能化设计方向和空间。

1.2 工程设计问题

信息安全问题。在设计智能变电站期间涉及到多方面内容，设计中需要用到众多信息数据，而在相关信息数据采集、分析、传送、存储、处理等过程中，任意环节出错都可使智能变电站整体设计效果和后期运行水平受到影响，尤其是在设计过程中若忽视信息安全问题，导致信息传递期间发生丢失或者被拦截，将严重影响智能变电站设计与建设。而要解决智能变电站设计过程中面临的信息安全问题，就需要完善的建立运行管理机制，积极应用成熟且先进的网络信息技术，从技术、管理两个层面有效控制相关问题。

智能一次、二次设备检测问题。在智能变电站当中，涉及到很多一次、二次设备，怎样全方位的检测与监控全部的变电设备，及时发现设备运行期间存在的缺陷与不足，面对不足要采取怎样的应对措施，这些都是智能变电站设计工作人员面临的重要难题。而为解决上述难题，要求智能变电站相关设计人员主要考虑以下两方面：一方面，要优化选择设备供应商，需经多方调查，优选价格优惠而且设备质量佳、资质齐全的供应商；另一方面，联合专业检测机构，全方位的检测智能变电站各项设备，一旦在检测中发现有变电设备不能达到变电站设计以及后续运行要求，则严禁进入变电站[2]。

通信网络性能与安全性能否达到实际需求的验证问题。对于此问题，前期主要通过仿真计算；而到了后期，需要结合历史经验展开对比分析、精准辨识和科学检验。

噪声处理问题。在完成智能变电站设计工作并正式投入施工建设与后期运行期间，变电站会有较大噪声产生，相关噪声可一定程度影响周边环境和居民正常生活。针对此问题，要求智能变电站的设计工作人员在设计环节做好实地考察工作，关注变电站要在为广大人民群众提供稳定且便利的电能同时，不能对居民正常生产及生活产生负面影响。

电磁辐射危害问题。智能变电站有着较高的电压，而且会有电磁辐射产生，这也会对周边居民和变电站工作人员其身体健康带来一定危害，如何解决电磁辐射问题，是设计人员需要重点探索和解决的难题。在现代科学技术不断发展过程中，为解决此问题，可合理应用电子辐射监测仪，在智能变电站产生较大电磁辐射情况下及时触发报警信号，使变电运维人员能够及时有效的处理，以防电磁辐射严重影响到人们正常生产及生活。

光缆防鼠咬问题。以往在智能变电站设计中主要选择非金属光缆，而在实际投用后，经常出现因光缆被鼠咬导致的通信故障，严重影响变电站安全运行、也增加后期维护难度。针对此问题，建议在设计中从预制舱内设备到集中接线柜这一部分选择玻璃纤维非金属铠装光缆，并和各进出口防火封堵配合内嵌不锈钢丝网。而针对集中接线柜相应出线部分，因为电缆沟环境相对潮湿，钢带铠装外露之后很容易生锈，所以建议选择铝带铠装光缆，并配合使用光缆槽盒[3]。在对光缆进行分段配置过程中，不仅要达到舱内敷设要求，还要同步符合舱外防鼠要求。

2 智能变电站运行中面临的问题与解决策略

2.1 问题

安全性问题。智能变电站运行中主要以对等通信模式实现信息传输，此通信模式有别于传统通信模式，对等传输模式具有更高的安全要求，即便装置间隔离点出现异常，都将影响传输工作。另外在实际运行期间，智能变电站对系统运行状态和相关数据缺乏安全保护以及检测管理措施，使得一旦出现运行问题无法及时发现，从而使变电站系统不能安全、正常的运行。

安全保护问题。在智能变电站运行期间，电子互感器要借助相关装置实现信号传送，结合相关信号明确变电站实际运行情况，而因为信号传播具有较高复杂性，必须具备有关操作方可实现。此外，智能变电站运行中还要对所安装装置采取有效的保护措施，因为变电站当中很多设备都安装于户外环境下，易受到多种外界因素干扰，为保证相关装置充分发挥其功能作用，就要加大保护力度。

可靠性问题。在智能变电站，光学互感器发挥着重要作用，而光学互感器很容易遭到外界等相关因素干扰，而其在受到影响之后，也会同步降低变电站运行可靠性。另外，在智能变电站中，所用电子互感器的功能作用会直接受到多种元件以及模块干扰，运行过程中有一定不稳定性，可靠性有待提升[4]。

远程控制问题。一次设备在远程控制中，110kV变电站大部分隔离开关都属于电动操作机构，而变电站中的35kV设备、还有10kV隔离开关大多是手动隔离开关或移开式手车式断路器。对于二次远控，大多变电站都有软压板投退功能，还也有部分变电站尚未实现此功能，而且很多变电站都不具有远方信号复归功能，只有极少部分变电站可实现远方定值切区。

2.2 解决策略

2.2.1 做好运行设备维护工作

在智能变电站中，设备运行质量直接影响着变电站整体作用发挥，并且在变电站当中属于关键组成部分，所以为保证变电站能够可靠、稳定的运行，需要做好日常设备维护工作，保证各环节能够顺利、有序的推进，避免变电站运行受到不良因素影响。在智能变电站运行期间，要针对不同设备采取针对性的维护措施，最大程度降低设备发生故障的几率。在设备管理过程中，还要做好配件管理，针对具有较高损坏率的配件，像智能设备电源插件或者是交流采样插件等，要在各供货厂家协调基础上，保证配件规格与标准的统一、实现通行通用，在此基础上运维管理部门可进行有关插件的采购、当做备品备件，从而降低对厂家的依赖度，并有效提高设备检修以及缺陷处理效率[5]。

2.2.2 一体五防系统

为保证智能变电站安全可靠的运行，要求工作人员立足整体层面做好整个变电站的维护工作，主要可构建一体五防系统，针对具体的运行单元加强监控管理，维护变电站运行安全与可靠。一体五防系统主要利用远程控制系统来监控及调整变电站各项设备，也就是五防闭锁，由此使变电站运维更加高效。

2.2.3 对智能变电站加强管理

为使智能变电站可靠的运行，还要完善的制定管理制度，在制度约束下确保各项工作能够有序推进。智能变电站还要针对设备维护与保养制定一系列制度规范，并对有关工作人员以及变电站日常运行情况加强有效管理。在运维管理过程中，要充分考虑智能变电站特点，尤其要关注对智能控制柜实际运行环境加强管理，针对由于选用热交换器模式造成控温效果不佳的智能控制柜，要做好整改工作，根据实际情况逐渐换成空调模式。为解决空调凝露问题，需要采取针对性处理措施，并按照一定周期对智能控制柜做好干燥处理，以防凝露堆积。

2.2.4 加大变电站巡视力度

为保证智能变电站能够安全、可靠的运行，还要加大巡视力度，对此，要求有关工作人员对设备运行状态加强全面检查，着重针对常见性问题采取细致的排查以及解决措施，保证设备能够尽早恢复正常运行状态。另外，智能变电站可通过引进巡检机器人，使其按照既定程序自动规划巡检路线，在有特殊巡检要求情况下，工作人员可在后台远程控制巡检机器人进行针对性巡检。所引进的巡检机器人其本身就有非常强大的数据库，不仅能够收集信息，还可自动化的进行信息比对，及时判断设备实际运行情况，并将相关数据及分析结果输送至后台，为有关工作人员提供一定参考，切实提升巡检效率和有效性。

此外，可通过加装智能球机、双光谱红外测温球机、云台机等智能摄像机，对变电站所有敞开式设备进行红外测温，对开关及刀闸状态、SF6压力表、避雷器表计进行识别，对设备外观进行巡视，实现变电站智能巡视。

2.2.5 一次/二次设备改造

一次设备改造原则：高压柜改造为电动底盘高压柜，户外敞开式隔离开关及接地刀闸为手动操作，改造机构传动部分为电动操作机构。如需满足刀闸位置双确认，新设备通过辅助接点以及新增位置判别的微动接点空气开关以满足刀闸的二元确认条件，现有隔离开关及接地刀闸采用在机构箱内部机构限位处增加微动开关以满足设备刀闸的二元确认条件。涉及隔离开关、接地刀闸的电机电源空气开关拟采用长投，以满足设备顺控操作。

二次设备改造原则：实现二次设备远方投退重合闸、远方复归、远方切区功能。为实现设备遥控功能，大大增加了遥控点位，站内原有测控装置点位不足，需增加站内测控装置。考虑到运行年限在10年以上的变电站后期也将进行综合自动化改造，为减少变电站内改造的停电时间、降低负荷损失造成的经济损失，针对运行年限在10年以上的变电站二次部分以全站综自改造原则进行。

3 结语

智能变电站是新时期变电站一大主流发展方向，不过因为智能变电站存在一定特殊性，而且设计和运行都有较高复杂度，容易在变电站设计和运行中存在诸多问题，影响变电站功能作用的发挥和发展进程。对此，要求智能变电站设计以及运行维护人员要在把握智能变电站现状及发展方向基础上，深入分析变电站设计以及运行当中存在的不足，针对性的采取有效处理措施，促使智能变电站更高效、安全、可靠的运行。