智能變電站中電力一次設備的智能化設計及發展

魏余林

貴陽電力設計院有限公司，貴州 貴陽 550001

0 引言

以往電力能源的供應大多是通過燃燒煤、天然氣、石油等燃料獲得，即火力發電。火力發電技術非常成熟而且具備較高的可靠性，但是在生產過程中會釋放出大量的溫室氣體，威脅到地球環境。近幾年，我國大力提倡清潔能源，利用風能、太陽能等進行發電能夠有效減少電能生產過程中對環境產生的破壞，然而這些清潔型能源通常具有分布式、間歇式的特點，會對電網的穩定性產生極大的影響，必須選擇更加安全可靠的電力設備，智能電力設備應運而生。

1 智能變電站概述

智能變電站具備節能、環保及穩定的特點，而且具備很高的應用價值，能夠根據網絡信息上提供的數據信息進行采集傳輸，為智能變電站的維護提供可靠支持[1-2]。智能變電站進行在線決策時，能夠對其他的程序進行實時控制，確保電網之間相關信息交換的準確性，更好地協助電力系統進行決策和控制。智能變電站在運行過程中，綜合分析及自動化控制能力是重要指標，能夠確保變電站的安全穩定運行，同時是構成數字化智能化設備的重要基礎，切實提高了變電站的應用性能。智能變電站主要是由過程層、站控層及隔臺層組成。過程層主要是對電力進行實時檢測，識別電氣設備的實際運行參數，并實時監測整個變電站的運行狀況，結合歷史數據，不斷地更新協議，保證這些信息數據的準確性，確保指揮中心能夠更加順利地完成規劃任務。站控層是變電站的控制和保護設備，在連接通信功能之前，能夠在線對相關設備進行維護和修改。為了確保網絡通信的流暢性和可靠性，必須對下行網絡接口進行有效的連接，而智能化組件最為關鍵的功能就是信息交互和網絡控制。隨著科學技術水平的進一步提升，針對一次設備進行智能化設計，能夠真正實現主設備和智能化元件的有機結合，切實提高變電站的運行效率。

2 電力一次設備智能化設計

變電站主要是由一次和二次設備組成，主電源包含變壓器、母線、開關，輔助設備包含自動化系統、智能部件及輔助系統。智能設備對整個變電站的智能化水平具有非常重要的意義。在地址接口和準確數據的基礎上對一次設備進行保護，自動化監測電力設備的運行狀態，將這些功能與網絡信息安全有機結合，確保能夠對智能變電站的配電系統和能源供應系統進行自動化調節。

2.1 自動監控調節系統

在智能變電站中，針對電氣一次設備進行智能化設計，需要具備比較完善的自我監控和運行系統，結合外部的運行環境進行自我調節[3]。自動化調節系統主要是指變電站在運行過程中對于一次設備運行中存在的故障進行自動化監控，在整個系統中通過設置運行的標準參數范圍，一旦發現一次設備在運行過程中出現異常狀況，自動化監控系統就能夠及時找到異常數據的源頭，為相關工作人員維護一次設備提供可靠的數據支持，進而從根本上提高維護效率。在電氣一次設備運行過程中，通過靈活應用自動調節監控系統，能夠更有效地發現變電站運行過程中存在的問題，可以在規格較大的發電間隙中進行接入。

2.2 智能輸電設備

以往輸電設備在運行過程中進行遠距離輸電輸送的效率很低，而且可靠性相對較差，很難適應新能源發電分布式、間歇性的特點，這一需求也直接促進了智能化輸電設備的發展和應用。智能化輸電設備主要包含以下三類。（1）柔性交流輸電設備。這一類型的設備主要是對輸電系統的運行參數進行自動化調整和控制，以此降低輸電成本，切實減少輸電過程中產生的損耗。現今，已經應用的柔性交流輸電設備包括靜止快速勵磁器、無功補償器、串聯補償器等。（2）超高壓直流輸電設備。這一類型的設備主要是換流閥和換流站，用于實現直流電和交流電之間的能量調換，即發電廠在運行過程中將產生的高壓交流電轉換為直流電，然后進行遠距離傳輸，等到達目的地以后，再將直流電轉化為交流電。與交流電輸電系統相比，直流輸電系統的穩定性更好，而且能耗更低。（3）高溫超導設備。主要包含超導電纜、磁儲能設備、限流器。這一類型的設備主要就是利用超導體電力技術來減少關鍵位置的阻抗值，以此降低電力系統運行過程中產生的消耗，保證電力能源的安全、穩定輸送。

2.3 互感器

在智能變電站運行過程中，主要是實現控制網絡化、功能一體化、測量數字化、信息互動化等功能，而這些目標實現的基礎主要就是對電壓和電流進行精準的測量，互感器是實現變電站信息數字化的主要設備，在電網動態觀測及繼電保護等方面具有非常重要的意義，能夠切實提高電力系統運行的整體水平。在智能變電站中，互感器的主要應用功能包括檢測診斷、數據測量等，為電網內部數據測量的精準性提供可靠支持。另外，還要求互感器具備數字性、精準性及光纖性等功能，以保證精確檢索電網運行過程中大量的數據信息。目前，互感器逐漸向著實用性的方向不斷轉變，由于互感器具備絕緣性、系統防護、精度輸出等多種功能，在使用信號轉換技術時能夠有效降低電磁輻射產生的影響，切實提高測量的精準度，促進變電站的智能化發展。

2.4 開關設備

開關設備通常由開關組合設備和智能斷路器組成。智能斷路器是整個電力系統運行中的重要防護設備，促進斷路器的智能化發展，以傳感技術、電子技術及數字技術為主，實行聯動化操作。與傳統的斷路器相比，智能斷路器在計算機技術的支持下，可以使數據信息在系統內形成反饋型傳輸、響應型傳輸，通過集成化模塊的有效控制，真正實現精準型監控。開關組合設備通常是由電路模塊、接地設置、避雷模塊、互感模塊、終端等組成，在通信技術、傳感技術及微控技術的基礎上，可以根據實際狀況的需求對系統自身的運行參數進行自動化調節，再結合傳輸量、傳輸模型等的研究，針對開關組合設備中各個模塊進行精準操作。

2.5 變壓器自動監測

智能變電站運行過程中，針對主變壓器進行自動監測，需要使用油色譜，主要可以分為放電型、過熱型及油絕緣紙過熱型。局部放電監測能夠較好地反映油中氣體放電及電暈等問題，使用微水監測能夠對油受潮的問題進行自動化的監控。現今，對于變壓器的運行狀態進行自動化監控已經取得了一定的成效，促使監控系統逐漸向著獨立自主系統的方向不斷發展，真正實現對變壓器各個部分的實時監管[4]。舉例來說，使用過熱型監控技術，一旦數據運行過程中出現異常狀況，由于油溫過熱就會加大電阻值，達到一定程度時就會發出自動報警信號。智能化變電站的核心內容是專家診斷系統，通過平臺中的大量數據信息對智能化系統的運行問題進行有效的分析和研究，從而對一次設備的運行狀態進行自動化診斷，在這個過程中還應該重點考慮傳感器的使用壽命，定期對傳感器進行有效的檢查。

3 電力一次設備智能化設計的發展趨勢

電力一次設備智能化設計的設計方案大多是根據設備的實際運行場所完成的，在設計優化過程中能夠全面實現網絡的通信功能，通過通信協議標準實現信息平臺、一次設備和終端之間的可靠通信。針對一次設備的智能化設計，所有的總線節點全部使用實時控制數據庫，這樣就能夠對每個節點內的一次設備運行狀況進行實時監測，并實現信息數據共享，有效降低信息傳遞過程中的成本，切實提高數據傳輸效率。在實際設計過程中，一次設備的智能化設計主要包含兩方面的內容，即一次設備的內部構件設計和智能供電系統設計。在未來的智能化設計中，需要有效協調兩者之間的關系，進一步拓展一次設備智能化發展空間，切實提高一次設備的運行效率[5]。

4 結束語

總之，隨著經濟水平的不斷增長，科學技術水平得到了極大的提升，人們的生活水平也得到了質的飛躍，而企業之間面臨的生存壓力也越來越大，加大技術革新和創新力度具有非常重要的意義。針對一次設備進行智能化設計，能夠有效提高電力企業的價值，還能夠保證變電站的安全可靠運行，為群眾提供更加優質的服務。