輸變電設備智能化關鍵技術及發展趨勢分析

金洪濤

（中國能源建設集團浙江火電建設有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

國家電網的籌建，意味著我國電力發展選擇了一條集中式的路徑。這種方式有助于資金更為有效的利用，也能因此帶來更為豐厚的技術紅利，但是必須面對更為龐大的輸變電體系。也正因為如此，輸變電網絡成為我國電網體系中的一個重要環節。在當前智能電網的大背景下，輸變電系統隨之出現智能化的趨勢。具體來說，就是以輸變電設備作為核心節點而展開的智能化進程，已經成為當前發展的一個重要特征，并且在未來也會呈現出不斷深化的趨勢。

1 輸變電設備智能化的趨勢分析

雖然智能電網的觀點在很多年前就已經提出，并且在某些細節上也在不斷落實和完善，但是對于輸變電領域來說，智能化并沒有完全實現。而想要有效地實現智能化，首先應當厘清這一概念，避免出現理解上的偏差，才是保證未來發展方向的根基所在。

從整體發展的趨勢看，智能化是以信息化和自動化作為基礎而展開的深入發展。只有對這三個方面的特征有所深入理解，才能落實智能化而不會出現偏差。

對于輸變電系統來說，信息化和自動化這兩個環節，在當前大部分輸配網體系中已經趨于成熟，但是并不代表已經實現了全面覆蓋。具體而言，我國輸變電領域中的智能化實現，其特征包括如下三個方面。

首先，在輸變電系統中主干網相對來說技術成熟，資金支持也基本能夠滿足要求。與之對應的，輸變電網絡環境中越往電力消費側走，對應的技術和資金就越跟不上。甚至對于某些地方配網而言，還會保存著多年前的技術和設備，這些都是阻礙輸變電系統實現智能化的重要因素。

其次，輸變電網絡本身覆蓋范圍極廣，想要實現有效的管控，必須將對應的權責下放給不同的地方。而不同的地方團隊必然會對智能化有著不同的理解，這也是造成輸變電網絡在智能化程度出現顯著差異的一個重要原因。目前我國的輸變電網絡基本都能夠實現信息化，或者稱之為數字化，即能夠將輸變電系統中諸多設備的工作狀態形成數據，并且通過二次設備傳輸到對應的數據中心。通過這種方式，能夠對輸變電設備的工作狀態實現遠程監控。但是這僅僅是實現了輸變電網絡的信息化，在信息化的基礎之上進一步設置比較基礎的功能，能夠支持相關功能來依據具體的設備參數展開動作，諸如安全告警、及時中斷等。自動化的重點在于不需要人工干預就可以直接展開行動，但是還不能稱之為智能化。自動化更多強調的是通過數字通路來實現對于輸變電設備的遠程控制，并且允許預先設定對應的條件，在觸發條件的情況下自行展開相應的動作。這里需要注意，自動化實現的過程中，其設定條件的仍然是相關工作人員，所以整個輸變電系統仍然是在人的控制之下展開運行的。

最后，智能化是輸變電系統未來發展的重要趨勢。當前已經在某些環節有所實現，尚未普及，整體看智能化的深度也有待于進一步的加強。智能化的核心問題在于實現智能，智能就是系統可以在一定程度上不依賴于工作人員而自主展開運行，即系統能夠對自身的情況展開判斷，并且確定出合理的行動方案。本質上，智能化與自動化的區別在于系統能否做出有效的決策。

2 輸變電設備智能化關鍵技術分析

上文對輸變電設備智能化的發展歷程和未來走向做出了必要的分析，可以發現當前階段我國的輸變電體系已經基本實現了信息化和自動化，正在智能化初期階段磨礪和提升。在輸變電系統中，其核心技術并不僅僅局限于智能化領域，信息化以及自動化技術作為實現智能化的重要基礎同樣不容忽視。我國輸變電智能化體系的關鍵技術主要有如下幾類。

2.1 在線監測技術

本質上看，在線監測技術是輸變電系統信息化領域的核心技術。在線監測技術會與通信技術一同來實現對于輸變電設備工作狀態的獲取。這個環節的技術重點在于兩個方面，其一為成熟的電力通信網絡，其二則是類似于物聯網的前端，主要負責數據的獲取。這種在線監測技術的價值在于能夠遠程獲取到相關設備的運行情況數據，節約了人力。從技術層面看，這種在線監測技術與物聯網仍然有著本質區別，在線監測更多是考察輸變電設備工作狀態，而工作狀態數據可以通過二次設備或者輸變電體系下一次設備中的數字部分來進行獲取；而物聯網更多是對于相關設備位置的識別。但是從本質上，兩者都是對于前端工作設備相關數據的獲取。對于這樣的工作體系而言，從邏輯結構的層面看是極為相似的，因此將二者進行類比加強理解。這一類技術目前的主要發展方向是將負責數據采集的環節壓合在一次設備中，形成對應的數字化一次設備。這同樣也是未來在線監測技術發展的主要方向。

2.2 生命周期與大數據技術

相對于在線監測技術，生命周期、大數據技術與數變電設備智能化之間的關系更為密切。這兩個方面的技術直接構成智能化的根基，沒有生命周期觀念和大數據技術的支持，輸變電設備智能化就無從實現。

從技術實現的角度看，生命周期與大數據技術二者都注重數據體系的構建，這一點與上面提到的在線監測技術有著本質的不同。在線監測技術只能實現對于數據的采集，也就是說，能夠為輸變電設備的數字化提供基本依據，但是不能保證這些采集到的數據具有實踐價值。而輸變電設備的生命周期和大數據技術，則是直接指向構建結構化的數據體系群落，是推進數據體系本身實現其價值的，是幫助發現數據群落內部、數據之間內在聯系的技術。生命周期的本質，在于直接面向輸變電體系中的諸多設備來展開數據的采集。數據框架的建立與相關設備自身的生命周期保持同步。這樣一來，采集到的數據就具有現實意義，能夠實現對于相關設備工作狀態的連續反映。進一步，大數據技術的核心在于發現數據之間存在的這些隱含關系，也就是說，大數據技術的目標在于讓零散的數據變得有意義。雖然現階段大數據技術仍然處于發展之中，不夠成熟，針對性也偏弱，但是整體而言，其在未來工作中的價值不容否定。

2.3 智能變電站技術

變電站是輸變電體系中的一個特殊環節，是為存放輸變電設備而確立的專用場所，作為輸變電體系中的重要樞紐而存在。對變電站展開全面的智能化，可以說是關系到輸變電系統方方面面實現智能化的重要保障。

智能變電站典型結構自下而上分別為過程層設備、間隔層設備以及站控層設備，其中過程層設備包括合并單元和智能終端兩類。國家電網在《智能變電站繼電保護技術規范》中對合并單元和智能終端是這樣定義的：“合并單元，是用以對來自二次轉換器的電流和/或電壓數據進行時間相關組合的物理單元。合并單元可是互感器的一個組成件，也可是一個分立單元。智能終端，是一種智能組件，其與一次設備采用電纜連接，與保護、測控等二次設備采用光纖連接，實現對一次設備的測量、控制等功能。”從智能化的角度看，間隔層關注的其實是基本的智能化工作，類似于自動化的實現；而站控層則面向更為全面的變電站智能化服務，諸如大數據系統等，都安裝在這一層。

對合并單元進一步展開分析，從上文的描述中可以看到，合并單元是對一次設備相關數據進行采集和傳輸的裝置，而智能終端則是整合了數字端口的一次設備中的數字部分。可以說，智能終端本身與合并單元保持了同樣的職能，區別只在于智能終端的相應功能壓縮進了一次設備體系內部。

3 結論

智能化是我國電力事業的必然選擇，在輸變電體系中，同樣會呈現出相應的趨勢。在這樣的背景之下，想要把握我國輸變電設備智能化的發展脈搏，唯有加強縱向分析，考察智能技術在電網領域中的應用特征，才能找準方向，切實推進輸變電設備智能化的不斷深入。