智能電網(wǎng)條件下輸電檢修優(yōu)化模式與實(shí)施方案研究

孫健 謝娜 賈海龍 李桐

摘 要：目前，低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式已被各國(guó)廣泛認(rèn)同并逐步推行，以應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)一次能源消費(fèi)中，煤炭比例長(zhǎng)期保持在70%以上。在低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式下，面對(duì)高碳型的電源結(jié)構(gòu)，電力行業(yè)已成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵。推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，是電力行業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，逐步實(shí)現(xiàn)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的必然趨勢(shì)。在此過程中，電網(wǎng)中將引入大量先進(jìn)電力電子技術(shù)、可再生能源、微網(wǎng)等智能化因素，以提高能源的利用效率、減少溫室氣體排放，這將在一定程度上給我國(guó)傳統(tǒng)輸電檢修模式帶來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。因此，研究智能電網(wǎng)條件下輸電檢修優(yōu)化模式與實(shí)施方案具有重要的理論和實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);輸電檢修;實(shí)施方案

引言

新時(shí)期的中國(guó)面臨改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境等客觀需求，發(fā)展智能電網(wǎng)已成為我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。一方面，發(fā)展智能電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的需要。目前，我國(guó)己成為世界溫室氣體排放量最大的國(guó)家之一，在氣候變化問題上，我國(guó)將承受越來越大的國(guó)際壓力。此時(shí)，發(fā)展可再生能源、加大節(jié)能減排力度，成為我國(guó)應(yīng)對(duì)全球壓力的有效措施。另一方面，隨著我國(guó)電力工業(yè)改革進(jìn)程的推進(jìn)，包括雙邊交易、集中交易等方式的推行，電力市場(chǎng)供需雙方的互動(dòng)將日趨頻繁，這要求電網(wǎng)能夠靈活支持各類電能交易。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，我國(guó)電網(wǎng)正逐步向“特高壓”方向發(fā)展，尤其在特高壓交流技術(shù)方面所取得的突破，為改善電網(wǎng)大范圍資源配置奠定了良好的基礎(chǔ)目前，我國(guó)關(guān)于智能電網(wǎng)方面的研究進(jìn)展相對(duì)較慢，電網(wǎng)的消納能力、受端市場(chǎng)的平衡等問題日益突出，且隨著大規(guī)?？稍偕茉吹慕尤腚娋W(wǎng)，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行以及節(jié)能調(diào)度等問題正面臨著重大挑戰(zhàn)。

1 輸電設(shè)備故障模式

（1）設(shè)備故障模式可分為兩類：可檢修、不可檢修。一些故障可通過檢修進(jìn)行改善，如人為錯(cuò)誤，制造、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，氣候因素如光照、冰雪災(zāi)害等。這些問題的風(fēng)險(xiǎn)率在設(shè)備的壽命周期中通常是個(gè)常數(shù)，輸電檢修不能降低風(fēng)險(xiǎn)率。本文主要研究設(shè)備故障概率隨著服務(wù)或者運(yùn)行年齡增加而增加的故障模式，因此檢修可以修復(fù)相應(yīng)的狀態(tài)，從而降低風(fēng)險(xiǎn)率。該故障模式稱為可檢修故障模式。在整個(gè)運(yùn)營(yíng)期間，變壓器需要承擔(dān)多方面的壓力。這些壓力來自熱力、電力以及機(jī)械特性，如絕緣惡化、局部放電、熱點(diǎn)等問題。

（2）繞組故障繞組。故障由很多因素造成，包括光照、過載或者短路。絕緣強(qiáng)度低造成的過載、短路，導(dǎo)致繞組產(chǎn)生額外熱量，對(duì)其造成損害。光照或者外部短路可能造成通過繞組導(dǎo)體的電流超出平常高好幾倍甚至幾十倍。巨大的短路電流對(duì)變壓器繞組造成機(jī)械壓力，由于電磁力的作用，與短路電流成正比。短路電流造成電磁力的大小可達(dá)到數(shù)百萬牛頓。這種力可能造成繞組導(dǎo)體的變形甚至摧毀固定變壓器的部分零件。如果短路電流持續(xù)超過正常水平，繞組導(dǎo)體可能受到高溫，導(dǎo)致熔化或者紙絕緣無效。此外，上述現(xiàn)象將導(dǎo)致高電壓或者低電壓繞組遭受位移、變形或者缺少，繞組高度的不同將導(dǎo)致安匝不平衡和軸向力差，最終造成激烈振動(dòng)。

2 智能電網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

狀態(tài)檢修是以設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際工作狀況為依據(jù)，通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段、可靠性評(píng)價(jià)手段以及壽命預(yù)測(cè)手段，判斷設(shè)備狀態(tài)，識(shí)別故障的早期征兆，對(duì)故障部位及其嚴(yán)重程度、故障發(fā)展趨勢(shì)作出判斷，并根據(jù)分析診斷結(jié)果在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將發(fā)生之前進(jìn)行維修。狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)是基于狀態(tài)的檢修或預(yù)知性維修服務(wù)的一種技術(shù)，其發(fā)展是源于狀態(tài)檢修對(duì)于電網(wǎng)裝備狀態(tài)信息獲取、分析、評(píng)判的技術(shù)性需求。傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)信息包括巡檢、運(yùn)行工況、帶電檢測(cè)、停電例行試驗(yàn)、停電診斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。智能電網(wǎng)對(duì)狀態(tài)信息的獲取范圍將與傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生很大的變化。未來智能電網(wǎng)的狀態(tài)信息不僅包括電網(wǎng)裝備的狀態(tài)信息，如：發(fā)電及輸變電設(shè)備的健康狀態(tài)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線等;還應(yīng)有電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，如：機(jī)組運(yùn)行工況、電網(wǎng)運(yùn)行工況、潮流信息等;以及自然物理信息，如：地理信息、氣息信息等。

3 輸電檢修技術(shù)保障

3.1組織工作人員熟悉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)

我國(guó)在2011年至2015年期間，在電網(wǎng)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)和裝備等領(lǐng)域的重大突破和廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)家電網(wǎng)提出了《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃》，制定了個(gè)技術(shù)領(lǐng)域、個(gè)技術(shù)專題和項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備的研制規(guī)劃。因此，應(yīng)組織相關(guān)人員，學(xué)習(xí)上述各類先進(jìn)的技術(shù)，如次設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、數(shù)字化變電站的保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)以及相應(yīng)的測(cè)控設(shè)備。

3.2加強(qiáng)各專業(yè)間的技術(shù)滲透

在智能電網(wǎng)建設(shè)條件下，各類高壓設(shè)備將日趨智能化，傳統(tǒng)而言的一、二次設(shè)備的界限日趨模糊，例如引進(jìn)電子式互感器技術(shù)后，其相應(yīng)的二次設(shè)備，包括繼電保護(hù)、測(cè)控設(shè)備等裝置，均免去了內(nèi)部的隔離轉(zhuǎn)換電路及部分信號(hào)處理電路，盡管設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本原理保持不變，但其外部的運(yùn)轉(zhuǎn)方式卻發(fā)生了本質(zhì)的變化。上述設(shè)備界限模糊的現(xiàn)象，將導(dǎo)致專業(yè)間的相互滲透，因此，需要組織現(xiàn)有各專業(yè)人員相互學(xué)習(xí)，培養(yǎng)跨專業(yè)的技術(shù)人才。

3.3提高關(guān)鍵崗位的“準(zhǔn)入門檻”

針對(duì)高試驗(yàn)以及繼電保護(hù)等專業(yè)，要求新進(jìn)入人員具備良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)以及扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，包括掌握電力系統(tǒng)、高電壓技術(shù)、繼電保護(hù)、計(jì)算機(jī)類理論基礎(chǔ)，具備較強(qiáng)的心理素質(zhì)，能夠沉著冷靜處理故障等。只有保證新進(jìn)人員具適應(yīng)關(guān)鍵重要崗位的基本特質(zhì)，才能保證整體技術(shù)崗位人員素質(zhì)的逐步提高，進(jìn)而促進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)的順利進(jìn)行。

3.4提高隊(duì)伍的信息技術(shù)水平

智能電網(wǎng)是電力工程、通訊和信息技術(shù)的深層次結(jié)合，與現(xiàn)有傳統(tǒng)電網(wǎng)對(duì)比，通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，掌握相關(guān)技術(shù)是進(jìn)行設(shè)備檢修的必然條件。加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍信息技術(shù)水平，是變電設(shè)備檢修隊(duì)伍適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的迫切之需。

4 結(jié)束語

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，一方面，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)將不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)資產(chǎn)將趨龐大，電力施工、安裝、檢修、運(yùn)行維護(hù)及其技術(shù)管理的工作量也呈階梯式增長(zhǎng)，此時(shí)，如何制定有效的輸電檢修策略，對(duì)于確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定具有重要的作用;另一方面，智能電網(wǎng)中大量先進(jìn)技術(shù)的引入，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)、故障診斷以及災(zāi)害預(yù)警等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)估，這為提高輸電設(shè)備自動(dòng)診斷及安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。因此，針對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)對(duì)輸電檢修所產(chǎn)生的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，如何制定有效的輸電檢修策略，具有重要的理論研究和實(shí)踐意義。