智能變電站中新技術與新設備的應用

曾鑫 桑偉

國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司 江蘇 揚州 225009

引言

作為電網的核心環節，智能變電站的出現改變了傳統變電站的運維模式，實現變電站向智能化、綠色化的轉變，加快構建“無人值守+遠程運維”的變電運維新模式的轉型升級，亦推進了智慧電網的發展。供電企業需要不斷地進行探索，積極引入新的計算機技術和自動化技術，在原有的傳統設備發揮作用的基礎上，結合智能化技術，加快智能變電站的建設進度。同時，供電企業還要在開展作業中完善自身的規范制度，定時定期地對工作人員進行培訓和學習，提升作業人員的綜合素質，以增加智能變電站變電運維的安全性和電力設備運行的穩定性。

1 智能變電站概述

智能變電站是采用先進、可靠、集成和環保的智能電力設備，通過現代化技術，將變電站的運行融入智能、科學的技術，以此實現人工智能。智能變電站是現代計算機網絡技術與傳統變電站結合優化的產物，在保持傳統變電站所有功能的基礎上，可以通過電子通信技術實現遠程操作、實時監測、數據采集和傳輸的智能化、便捷化，可以利用計算機技術實現對變電站元件、設備等故障的診斷和處理。智能變電站完善了光纖網絡的搭建方式，有效解決傳統變電站一直存在的電磁兼容問題，即設備的輻射、傳導干擾問題。智能變電站也可以利用計算機局域網技術對其電壓、電流信息以數字化技術收集，繼而實現智能斷路器等構件的應用，讓智能變電站自動化運轉，提高變電站的工作效率和準確率[1]。

智能變電站是與傳統變電站不同的變電系統，其以現代信息技術為支撐，運用大數據、云計算、人工智能等技術，通過智能化系統進行變電服務管理，以滿足電氣管理運維需求。智能變電站由智能化一次設備、智能終端、合并單元及配套的保護、測量、控制設備等構成，具體包括3個層次，分別為站控層、間隔層和過程層。站控層設備包括監控后臺、五防后臺、遠動主機等；間隔層設備包括保護裝置和測控裝置；過程層設備包括合并單元、智能終端等。層與層之間通過光纖或者網絡線進行通信，組成了智能變電站的“三層兩網”結構。

2 智能變電站中新技術與新設備的應用

2.1 電子式傳感器

當前，常規電能計量方案已無法滿足智能化變電站的實際需求，常規互感設備需要被廢棄，而改用電子式傳感器。電子式傳感器能夠把采集到的電子數據數字化，是在通信方面應用的新型電子設備，可以提高智能化變電站的用電效率。電子式傳感器本身的構造并不復雜，且每個設備的工作區域都很大，能夠保證得到較準確的數據信號。電子式傳感器的抗干擾能力較好，其工作范圍內的信號一般都不對其工作產生影響。電子式傳感器的信息傳輸主要依靠光纖材料，可以提高電能計量的準確度和穩定性，從而最大限度地減少在數據傳輸期間產生差錯的問題。

2.2 數字化電能表

數字化電能表是對電壓、電流等量化數字量進行計量的電能計量設備。數字化電能表的電量輸入采用數字接口，遵循IEC61850標準，在物理層上采用高速光纖以太網，可以和電子式互感器實現真正意義上的無縫連接。電能表的底層操作系統大多采用嵌入式實時操作系統，利用其良好的可靠性、實時性及可裁剪性，可以實現電能表的各種功能。數字化電能表通常采用“DSP＋管理MCU”的硬件設計方式，將DSP高速數字信號處理功能和高檔MCU完善的管理功能結合。由以太網獲取合并單元的原始采樣數據，通過相應的數學計算，由DSP部分完成電參量測量、電能累計及電能計量等工作。

2.3 能源轉換的技術

太陽能與風能憑借自身強大的優勢與特點，已然成為利用最多的能源之一，都具有統一特點，無任何污染，且還可以取不盡、用不竭。通過站在多個角度、多個層次進行認真分析，發現電能未來發展主要趨勢就是光伏電網等運行極為可靠的并網技術。在低碳經濟模式發展和建設的現代社會，使用清潔環保的能源代替傳統能源進行發電，成為智能電網構建過程中技術人員關注的問題。相比較傳統發電方式而言，太陽能發電、風能發電方式不僅不容易對周遭環境造成嚴重的災害性影響，還能夠讓發電質量達到理想狀態，也能夠更進一步的控制發電成本[2]。

2.4 智能巡檢機器人

變電站一次設備大多分散布置在室外，給運維活動開展帶來了一定挑戰。在人員有限的情況下難以及時發現設備問題，會給變電站運行帶來安全威脅。為解決這一問題，應用智能巡檢機器人開展運維活動，可以在機器人上配備激光雷達、超聲傳感器等各種儀器實現自主定位，完成變電設備狀態信息的自動采集，開展全面巡檢工作。需要通過集控站系統對基站系統、外部系統等各種系統進行集中控制，實現機器人的遠程操控。通過配備硬盤錄像機、視頻監控器等設備，完成巡檢視頻采集和存儲。通過無線設備，系統可以向機器人發送信號，使機器人按照巡檢路線完成巡檢任務。通過配備可靠的導航設備，機器人能夠實現精準定位。配備可見光攝像儀、夜間照明以及雨刷等部件，機器人可以在任何天氣條件下開展巡檢活動。

2.5 智能感應的技術

智能感應技術是智能信息技術在使用和滲透過程中，智能變電站構建所不可或缺的重要技術。智能電網的構建工作，需要得到多種多樣的技術支撐，如果能夠在智能電網構建的過程中使用信息自動技術，那么工作人員便可完全通過后臺操控的方式，實時監測當前電網的運行狀況，獲取相應數據，分析電網運行過程中觸發各類危險事故的概率。這能夠極大地節約人力資源層，降低智能電網在電力運輸過程中觸發危險性事故的可能性。通過調控和保護一體化的智能感應技術運用，可讓遠距離的電網操控設想得以實現，這對推動智能電網的全面發展和建設，能夠起到較為明顯的促進作用[3]。

2.6 遠程智能管理系統

變電站的無線視頻監控系統不僅要確保傳統的圖像監控功能，也要實現網絡化監控。即監控現場的圖像既能在本地監控中心看到，也能讓授權用戶通過無線網絡隨時隨地監控。同時錄像也可以通過硬盤數字錄像，易于保存，有更大的容量空間。在變電站智能化建設背景下，開始采用視頻監控系統、移動辦公系統等各種輔助系統開展運維工作。但是，在系統間配合不緊密的情況下，依靠人員操作系統將導致運維人員承受較大的工作負擔，導致變電站運行存在安全風險。應用遠程智能管理系統開展運維工作，可以通過運維中心二級組網實施遠程管理。在變電站內各子站設置檢驗單元，全面收集變電站運行數據，在主站監控中心匯總分析，為運維活動開展提供支持。

2.7 構建信息網絡技術體系

智能化的變電運維技術應用離不開信息網絡技術，信息網絡技術是其中的關鍵。無論是過程層，間隔層還是站控制都需要完善的信息保障體系才得以實現。因此，智能電網的構建過程中，應當加強信息網絡技術保障系統的建設，為變電運維技術中的智能化技術應用奠定一個良好的基礎。我國的電網技術以及智能變電運維技術應用正是由于缺乏便捷的信息訪問途徑以及數據信息傳輸，才使得在實踐中難以達到預期的要求和標準。此在智能電網的建設中，應當加快信息系統的完善，此刻，信息系統之間能夠緊密的聯系，進行統一的規劃和建設，從而促進智能化變電運維技術的應用和實踐[4]。

2.8 電能質量優化技術

電能質量優化技術針對智能電網提出諸多要求，例如，想要使用此項技術首先需要構建完善電能質量等級與評估體系，保證供電接口經濟性，創建評估體系，這樣做的目的是使智能電網有極高經濟性以及質量。在智能電網中通過應用電能質量優化技術發現其中包括較多的內容，具有復雜的特點。例如電氣化鐵道平衡供電技術、直流有源濾波技術、連續調諧波器關鍵技術等，這些技術，在智能電網中可有效提高電能質量，節約支出成本，發展前景非常廣闊。

3 未來展望

隨著國家電網規模的不斷擴大以及智能變電站的大量投運，為了保證電網安全穩定的運行，運維人員的工作任務日益增長，傳統變電站的運維模式不再適合當下的需求。如何保證繼電保護設備的安全運行，解決運維人員配置與日益增長的運維任務之間的矛盾，成為當前電網設備運維面臨的重大和迫切問題。

3.1 零件智能化

隨著科技發展，智能化零件得到普及運用，電氣設備呈現智能化特征，智能變電站的智能化水平將進一步提升，這將真正推動變電站的全面智能化。例如，電子互感器將成為智能變電站的常用部件，這種設備的運用將提升運維安裝效率，更好地滿足變電站智能運維檢測需求。同時，隨著科技發展，智能化變電設備的成本將不斷降低，替換更為便捷，這些均將推動變電站智能化的快速發展[5]。

3.2 可視化

應用智能可視化裝置進行變電智能化研判，可以在深度學習等算法支撐下挖掘數據信息，通過全方位分析變電運行狀態確定重點部位巡查頻次，為運維活動的科學化開展提供支持。裝置采用虛擬浸入式觀測技術，通過導入變電站數據可以建立三維可視化網絡，幫助人員精準制定運維計劃。裝置運行期間能夠打破站點間的數據壁壘，實現主、輔監控系統聯通，全方位監管變電運行環境，確保人員在未進入現場的情況下能夠全面查看設備及周圍情況。

3.3 二次設備集合

智能變電站的發展將會提升二次設備集合度，在智能化設備的運用下，減少了傳統金屬電纜的鋪設和模擬信號的使用，轉而采用光纖進行大量的光電數字信號傳輸，有利于設備存儲空間的拓展、信號信息利用率和運行效率的提升。此外，在光纖升級優化下，智能變電站的信息化水平、數據處理水平均會提升，可以規避二次接線問題，實現設備集成度的提升。

3.4 分布式控制

在智能變電站內，各類數字信號的分級控制能夠極大增強各個設備之間的獨立控制性和自主協調性，通過分布式控制，可以分散各類潛在的風險，提升所有站內設備運行的整體可靠性。在智能變電站分布式控制模式下，某一層的故障并不會波及其他層的安全穩定運行，從而提升整個智能變電站的效率和負荷穩定性[6]。

4 結束語

在人工智能、大數據等各種技術快速發展的背景下，各行各業朝著智能化方向發展。電力系統依托變電站為人們的日常生產、生活提供能源支撐。探索智能化技術有效應用的方法，有助于推動變電運維的智能化發展，高效率、高質量地開展變電運維活動，確保電力系統安全、穩定供應電能。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。