自動化技術在智能變電站中的應用分析

吳胤旻

中國水利水電第十二工程局有限公司施工科學研究院 浙江建德 311600

智能變電站是指以高度集成化的智能設備，以先進可靠并且環保的技術為基礎，將變電站系統建設成一個具備網絡化、數字化和標準化的信息平臺。以這個系統化的變電站平臺為核心，達到高效可靠的自動化處理變電站信息，并且兼顧信息的收集、控制和保護。智能設備在變電站系統的運用，應當起到使整個變電站系統之實現自動化、智能化的高效控制、協同以及對設備信息的輔助分析的作用。智能化變電站系統的建設以及新技術和新設備在智能化變電站中的應用，最終目的是為了保障整個電網系統高效穩定的安全運行，從而為我國的經濟發展、工業發展以及人民群眾的幸福生活提供切實的基礎能源保障。

1 設計與建設

應用自動化技術的智能變電站在建設過程就有別于傳統變電站。在總體框架的設計上，智能化變電站具備三層結構。一是間隔層，間隔層要實現數據的采集，同時，間隔層還應當具備一定程度的保護相關電力設備安全工作的作用。第二則是網絡層，網絡層起到的作用主要是數據信息的傳遞，其主要的特點就是傳輸速率高。最后是站控層，站控層負責控制整個變電站的運轉運作，間隔層和網絡層這兩層結構都是服務于站控層，并受站控層控制的。在設備上，為了實現自動化和智能化，變電站必須采用傳統變電站所不具備的設備。在間隔層中，應當具備監控變電站運作狀態和采集這些數據的設備，電能采集裝置，以及對于整個變電站和一些特定工況下的保護裝置也是必不可少的。站控層包含變電站的控制、服務器、監控設備和信息處理設備，網絡層的新設備則有交換機、光纜接口等[1]。自動化和智能化的實現都要依靠計算機技術和信息技術，這些技術除了必要的硬件設備以外，設計合理、運行流暢的軟件也是必不可少的。做好軟件設計，對智能化變電站真正實現自動化而言是至關重要的。在施工過程中，智能變電站的建設也有別于傳統變電站。由于智能化變電站的高度集成化，以及許多新技術本身的特點，智能化變電站和很多自動化設備都是在工廠中預制的，很多結構和設備被整合成在一個功能模塊。現場的施工則是對這些功能模塊進行組裝，這就降低了現場施工的成本。除了變電站本身，其相關配套設施也可以運用自動化技術，比如對變電站的保護、對其周邊環境的監控、對危險信號的預警等。

2 建設智能化變電站工程中的困難和挑戰

智能化變電站和傳統變電站相比，其顯著的優點就是更加高效，并且可以通過一定的技術手段實現超越傳統變電站的安全性和可靠性。然而，智能變電站的發展同樣存在制約因素。智能化設備和傳統設備相比，其復雜程度是顯而易見的。智能化變電站不僅承擔著傳統變電站的一切功能，還為了追求效率而增加了相當多的智能化設備。由于新設備的增加，操作和維護的工作流程應當為智能化變電站中的新設備設計專門的維護操作手段。新設備的增加，也要求對變電站的空間布局進行新形式的設計，以適應智能化設備和變電站之間的協同運作新模式。在進行空間布局設計的過程中，自然而然的產生了對智能化變電站高集成化的要求，這就要求智能化變電站的各個部件的設計思路應當把集成化作為一個重要方向。另外，新興設備的安全性和使用壽命也是一個應當關注的問題。和傳統變電站經過數十年的實踐摸索不同，智能化變電站中的許多設備并沒有充分暴露出有可能出現的故障和安全隱患，在設計、施工、操作、維護的各個階段都應當充分考慮到智能化變電站中的安全問題。在設計和建設智能化變電站時，應當考慮到如何避免對控制電路所產生的種種干擾，電磁感應所產生的環流又應該如何避免和解決。此外還要因地制宜的在對智能化變電站的空間布局進行設計的同時，做好防火、油封等設計和建設工作。因此，從理論上論證新設備和新技術的可靠性就成了推動新技術和新設備在智能化變電站建設中至關重要的環節。在實踐中逐步驗證新技術設備的可靠性則是更為重要的。

3 自動化技術的優勢

3.1 節約成本

在變電站的建設過程中，因為其模塊化的建設方式，工期相對于傳統變電站而言更短。雖然自動化技術的要求會使得變電站中增加新的設備，但是工廠的大規模生產可以降低設備的單位成本。也就是說，雖然自動化設備增加了成本，但是單位設備的成本下降了，再加上模塊化的建設會使得其他設備的成本也有所下降，施工難度和施工時間也都可以降低。從總體上來看，建設自動化變電站和傳統變電站相比，實現了更多功能的同時，成本上也具有優勢。從后期的運行維護看，自動化變電站的成本優勢更為明顯。自動化技術和信息技術使得變電站之間實現了站域互通，在運行過程中變電站從孤立走向了互聯，運行維護自然也向互聯方向發展。這樣一來，技術人員可以控制的變電站就相對增加了，單位成本自然也就下降。在維護維修上，自動化技術可以替代傳統變電站中很多工作人員的工作，單個變電站所需要的運行維護人員也就減少了，人員成本和設備成本自然也就降低[2]。

3.2 安全性

從安全性上看，保障變電站安全運行最重要的因素是對設備的定期維護。維護的時間間隔越短，設備運行越可靠，狀態越良好。但是這個間隔的期限越短，所需要的人力、物力也就越多，并且會有大量無效的檢查。自動化設備就很好地解決了這個問題，自動化變電站可以實現實時監控，可以將監控到的數據快速傳遞到站控層，幫助技術人員判斷變電站的狀態。依靠對于數據的分析和處理，很多情況下，系統可以自動地分析變電站當前狀態，直接輸出結果。如果變電站出現的故障是小微故障，自動化技術甚至可以通過對相關設備的調節，去修復這一故障。也就是說，自動化設備可以保障變電站本身始終處于最佳的運行狀態，一旦出現問題，就可以通過實時的信息傳遞技術，盡快對出現問題的結構部件進行維修或更換。

4 自動化技術在智能變電站中的應用

4.1 氣體絕緣線路

利用氣體作為絕緣介質是一種十分成熟的技術了，廣泛應用于氣體絕緣開關設備中GIS。近年來，對氣體絕緣介質的應用有了新的發展，在智能化變電站的建設中，可以采用氣體絕緣線路技術GIL。氣體絕緣線路技術和氣體絕緣開關設備并不相同，它是利用六氟化硫氣體或六氟化硫氣體和氮氣的混合氣體去絕緣導體。氣體絕緣線路的優勢在于它的維護過程，以及節約成本和提高安全性上。采用氣體絕緣線路的變電站在維護過程中相對傳統變電站而言，它只需要采取及其有限的侵入式的維護手段，氣體絕緣線路可以說是提高了變電站整體線路的可靠性，而這對后期的維護和降低維護成本而言都是十分有利的。對于前期的施工建設而言，提高線路安全性就意味著設計施工的冗余空間更大，有更多的設計施工可能性。比如，為了減少施工成本，導線將可以直接安裝在變電站內的地表，這是傳統線路所不易實現的。此外，氣體絕緣線路技術和模塊化智能變電站的設計建設思路是相吻合的。智能化變電站本身就有著高度集成化的要求，模塊化建設也是集成化優勢的一種體現，氣體絕緣線路在智能化變電站中的應用將為實現更高程度的繼承化提供技術上的可能性。以六氟化氫為絕緣介質的斷路器可以和氣體絕緣變壓器GIT進行配套的使用，從而構成一個全密封的成套的變電設備。這種成套的全密封變電設備相對于傳統的變電設備而言優勢是十分明顯的。變電站中，繞組和鐵芯在通電狀態下會產生相當多的熱量，和傳統的油浸式變電站不同，利用六氟化氫或氮氣本身就具備散熱的作用。而且，為了增強散熱的效果，可以采用增加氣體對流的方式以帶走更多的熱量。以絕緣氣體自身的特性散熱，不論是從設計施工難度還是成本上看，其優勢都是顯而易見的。而且，從安全的角度看，絕緣氣體線路本身就具備防火、防爆等諸多優點。氣體絕緣線路的不足之處在于它對密封性有較高的要求。一旦發生氣體泄漏又沒有及時發現，其可能產生的安全隱患并不比傳統的變電設備小。如果沒有完善的操作維護工作流程，那么氣體絕緣線路技術在模塊化智能變電站中的安全性優勢就蕩然無存了。因此，在利用氣體絕緣技術建設智能化變電站時，一定要考慮到材料、當地的自然環境、氣候、生物等影響因素，同時要完善智能化變電站的后期操作和維護流程。

4.2 智能化和信息化的技術的應用

在IEC61850通信標準下，智能化變電站可以實現設備互聯、信息信息共享、提高運行可可靠性，降低維護難度，實時檢測變電站運行狀態等功能。實現智能化變電站的狀態信息可視化，利用實時信息和系統實現預警，輔助工作人員進行決策和操作以及實現站域的控制等等。在信息技術的支持下，對智能化變電站的保護提供了十分有利的條件。一方面可以將對變電站狀態的定期監測變為事實監測，極大程度上降低了有可能發生的事故。另一方面也可以利用站域控制事實對變電站負荷的控制，從而更好的保護變電站。智能化、信息化的變電站相較于傳統變電站其優勢是毋庸置疑的，與此同時，智能化變電站所面臨的問題也是傳統變電站所不用考慮的。智能化變電站中的許多集成化和信息化的設備可靠性在現階段還相對較差，尤其是在變電站內部，工作環境是相當復雜的。比如，在智能化變電站中必不可少的感光元器件，其中有不少都是十分敏感的，這類元器件在復雜的工況下很有可能因為過于敏感而受到其他因素的影響，或者因為復雜的環境導致壽命衰減，失靈。這些有可能出現的問題都會影響智能變電站的可靠性。智能變電站設備互聯的特點雖然大大提高了工作效率，另一方面也有可能是使得故障的范圍擴大。造成更為嚴重的不良影響，產生更多的經濟損失。基于智能化變電站的這一特點，在設計施工時一定要盡可能的保障工程質量，適當提高標準，進行適當的冗余設計。并且在后期的維護過程中，不能完全的依賴智能化、信息化設備，必要的人工檢修是不可替代的，而且檢修過程中對應格外注意變電站中的智能化和信息化設備[3]。

5 結語

自動化變電站是我國未來變電站發展的主流方向，自動化智能變電站設備符合現階段我國電力網絡建設的形勢。自動化智能變電站在我國電力保障和電力安全工作中都是極為重要的一個節點，自動化智能變電站的效率關乎我國電力系統的效率，智能變電站的可靠性和安全性關乎我國電力系統的安全性和可靠性。自動化技術的應用對我國未來電力發展而言是至關重要的，但是應用自動化技術就必須要考慮到變電站工作模式的變化。從安全性、效率和可靠性等多個方面制定完善可靠的制度，運用安全、高效的技術，并且要因地制宜地制定防災制度，做好防災準備。只有這樣，自動化技術的應用才能更好地服務于我國電力系統的發展，更好地服務于其他各項事業的發展。