數(shù)字化變電站系統(tǒng)中一次設(shè)備的智能化分析

陳建壯

(衡水桃城供電有限責(zé)任公司，河北 衡水 053000)

一、數(shù)字化變電站系統(tǒng)中一次設(shè)備智能化概述

（一）數(shù)字化變電站系統(tǒng)中一次設(shè)備智能化的概念

數(shù)字化變電站系統(tǒng)中一次設(shè)備是數(shù)字變電站的基本組成單元，一次設(shè)備智能化（簡(jiǎn)稱(chēng)智能設(shè)備）是智能數(shù)字化變電站的重要組成部分，也是區(qū)別傳統(tǒng)變電站的主要標(biāo)志之一。所謂的一次設(shè)備智能化就是利用傳感器對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，最后通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化管理。

（二）數(shù)字化變電站系統(tǒng)中一次設(shè)備智能化的特點(diǎn)

數(shù)字化變電站系統(tǒng)中一次設(shè)備是附加了智能組件的高壓設(shè)備，智能組件通過(guò)狀態(tài)感知和指令執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的可視化、控制的網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化，為數(shù)字化變電站提供最基礎(chǔ)的功能支撐。其中數(shù)字化變電站系統(tǒng)中一次設(shè)備具有思維判斷、有效執(zhí)行、信息交換和準(zhǔn)確感知等特點(diǎn)。另外還具有信息互動(dòng)化、測(cè)量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化以及功能一體化等技術(shù)特征。

（三）一次設(shè)備智能化在數(shù)字化變電站系統(tǒng)中的應(yīng)用

設(shè)備在電網(wǎng)中的重要性、故障影響及其發(fā)生幾率、故障是否可監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)的成本和可靠性、有無(wú)更加經(jīng)濟(jì)的替代方案（如帶電檢測(cè)）等，都是決定設(shè)備是否需要智能化和如何智能化的依據(jù)。其中一次設(shè)備智能化在數(shù)字化變電站系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在變壓器、電抗器、斷路器、GIS、電力電纜、高壓套管等一些設(shè)備，這些設(shè)備要么故障率相對(duì)較高，要么故障影響較大，具有自檢測(cè)的需求。另一方面，對(duì)于這些設(shè)備，可用的自檢測(cè)技術(shù)已有一定的研究基礎(chǔ)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，具備進(jìn)行智能化應(yīng)用的基本條件。

二、數(shù)字化變電站中一次設(shè)備智能化應(yīng)用的意義

數(shù)字化變電站中一次設(shè)備智能化的應(yīng)用主要體現(xiàn)在電子式互感器和智能斷路器的應(yīng)用上，其中數(shù)字化變電站中一次設(shè)備智能化應(yīng)用的意義主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

第一、有效地減少變電站占地面積和電磁式CT飽和問(wèn)題。

第二、應(yīng)用合并器解決數(shù)據(jù)采集設(shè)備重復(fù)投資問(wèn)題。

第三、利用網(wǎng)絡(luò)替代二次電纜，有效解決二次電纜交直流串?dāng)_問(wèn)題，并簡(jiǎn)化了施工。

三、數(shù)字化變電站中常用的一次設(shè)備智能化

數(shù)字化變電站中常用的一次設(shè)備智能化主要包括智能斷路器和電子互感器，以下將分別給予詳細(xì)的說(shuō)明。

（一）智能斷路器

目前常用的智能斷路器是SF6智能斷路器，以下將分別從SF6智能斷路器結(jié)構(gòu)、SF6智能斷路器的斷路檢測(cè)原理以及SF6智能斷路器的作用三個(gè)方面來(lái)對(duì)SF6智能斷路器進(jìn)行說(shuō)明。

1、SF6智能斷路器的結(jié)構(gòu)圖

2、SF6智能斷路器的斷路檢測(cè)原理

（1）SF6氣體壓力檢測(cè)

三組平均秩和及統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見(jiàn)表）：進(jìn)行Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)結(jié)果。在CTDIvol中故以χ2值（Chi-Square）表示統(tǒng)計(jì)量，χ2=52.564，v=2,P=0.000，按a=0.05水準(zhǔn)，三組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可以認(rèn)為三種掃描方式得到的容積劑量指數(shù)不同或不全相同。在DLP中，χ2=52.070，v=2,P=0.000，按a=0.05水準(zhǔn)，三組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可以認(rèn)為三種掃描方式得到的劑量長(zhǎng)度乘積不同或不全相同。在ED中，χ2=52.070，v=2,P=0.000，按a=0.05水準(zhǔn)，三組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可以認(rèn)為三種掃描方式得到的有效劑量不同或不全相同。

檢測(cè)SF6氣體壓力（含溫度修正）是GIS設(shè)備和SF6斷路器基本的自檢測(cè)項(xiàng)目之一。SF6氣室內(nèi)氣體壓力與絕緣強(qiáng)度密切相關(guān)，同時(shí)也是密封狀態(tài)的重要信息。為了保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，對(duì)SF6氣體壓力進(jìn)行自檢測(cè)是十分必要的。目前該項(xiàng)技術(shù)較為成熟，選擇具有DC4-20mA模擬輸出的氣體密度繼電器，可以定量檢測(cè)SF6氣體壓力。推薦選擇準(zhǔn)確級(jí)為0.5級(jí)或以上。有更高精度需求時(shí)，也可以選擇獨(dú)立的高精度壓力和溫度傳感器，根據(jù)氣體壓力、溫度與氣體密度的變化規(guī)律，經(jīng)換算間接測(cè)得氣體密度值。該檢測(cè)項(xiàng)目屬于推薦項(xiàng)目。

（2）氣體含水量檢測(cè)

SF6絕緣設(shè)備出廠前，都要經(jīng)過(guò)干燥處理，確保吸附于內(nèi)部各種固體界面的水分含量達(dá)到規(guī)定的限值以下，否則會(huì)慢慢釋放出水分。此外，一般空氣中水氣的分壓強(qiáng)大約是SF6絕緣氣室中的10倍以上，一旦密封出現(xiàn)缺陷，水分很容易侵入。這兩種情形都會(huì)導(dǎo)致 SF6水分含量超標(biāo)。SF6過(guò)高的水分含量會(huì)對(duì)內(nèi)部絕緣產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響，低溫時(shí)，甚至在內(nèi)部絕緣表面出現(xiàn)凝露，導(dǎo)致沿面閃絡(luò)事故。但對(duì)于密封良好的SF6絕緣設(shè)備，水分是無(wú)法侵入的。基于這一點(diǎn)，檢測(cè)SF6水分的必要性要弱一點(diǎn)。

（3）局部放電檢測(cè)

GIS局部放電是GIS最常見(jiàn)的故障模式，國(guó)內(nèi)外電力設(shè)備制造企業(yè)和專(zhuān)業(yè)診斷技術(shù)研究機(jī)構(gòu)都十分重視GIS局部放電的檢測(cè)，GIS設(shè)備局部放電也適宜在運(yùn)行狀態(tài)下檢測(cè)。SF6斷路器/GIS設(shè)備自檢測(cè)參量表如下表所示。

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3、SF6智能斷路器的作用

第一、智能斷路器等一次設(shè)備的應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備的可觀測(cè)、可控制和自動(dòng)化的目標(biāo)，為智能電網(wǎng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)；

第二、智能斷路器等一次設(shè)備的應(yīng)用，提高了數(shù)字化變電站面對(duì)未來(lái)智能電網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行工況的應(yīng)對(duì)能力，減少新生隱患產(chǎn)出的幾率，提高整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。

第三、智能斷路器等一次設(shè)備的應(yīng)用，可以對(duì)數(shù)字化變電站的其他相關(guān)設(shè)備的絕緣狀態(tài)、壽命做出快速有效的評(píng)估，并有效地指導(dǎo)運(yùn)行和維護(hù)，減少運(yùn)行維護(hù)人員的工作量，降低運(yùn)行管理成本。

（二）電子互感器

1、電子互感器的分類(lèi)

按工作原理可將電子互感器劃分為有源式電子互感器和無(wú)源式電子互感器，其中有源型電子互感器和無(wú)源型電子互感器的基本原理如下：

（1）有源型電子互感器的基本原理

有源型電子式互感器的基本原理是高壓電位側(cè)的電流信號(hào)通過(guò)互感器的線圈將電信號(hào)傳遞給發(fā)光元件，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)向光信號(hào)的轉(zhuǎn)變，由光纖將光信號(hào)傳遞到低電位側(cè)，并進(jìn)光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的逆轉(zhuǎn)變化后，將強(qiáng)度增強(qiáng)的電信號(hào)傳送出去的一種工作原理。

（2）無(wú)源型電子互感器的基本原理

無(wú)源型光電互感器的基本原理則是有效利用了物理學(xué)中法拉第電磁效應(yīng)，其工作原理是將光信號(hào)通過(guò)電磁場(chǎng)中的磁光材料，使光信號(hào)的偏振面在一定程度上發(fā)生旋轉(zhuǎn)，通過(guò)測(cè)算通流導(dǎo)體周?chē)庑盘?hào)偏振面的旋轉(zhuǎn)角度，來(lái)推算導(dǎo)體中的電流值。

2、電子互感器的特點(diǎn)

第一、高低壓完全隔離，絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

第二、不含鐵芯，消除了磁飽和及鐵磁諧振等問(wèn)題。

第三、抗電磁干擾性能好，低壓側(cè)無(wú)開(kāi)路高壓危險(xiǎn)

第四、動(dòng)態(tài)范圍大，測(cè)量精度高，頻率響應(yīng)范圍寬。

第五、數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力強(qiáng)。

第六、沒(méi)有因充油而潛在存在的污染及易燃、易爆等危險(xiǎn)。

第七、體積小、重量輕。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化變電站系統(tǒng)中一次設(shè)備智能化的應(yīng)用不僅有效的實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化變電站的智能化，對(duì)提高數(shù)字化變電站的各方面性能也發(fā)揮了非常重要的作用，相信隨著數(shù)字化變電站中一次設(shè)備智能化的廣泛應(yīng)用，我國(guó)的電力系統(tǒng)也將會(huì)越來(lái)越智能化。

[1] 吳建民.淺析數(shù)字化變電站中的一次設(shè)備智能化的實(shí)現(xiàn)方式[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007(10).

[2] 劉曉明.數(shù)字化變電站中的一次設(shè)備智能化的分析[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2005(09).