吳胤旻

中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司施工科學(xué)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(shè)備，以先進(jìn)可靠并且環(huán)保的技術(shù)為基礎(chǔ)，將變電站系統(tǒng)建設(shè)成一個(gè)具備網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化的信息平臺(tái)。以這個(gè)系統(tǒng)化的變電站平臺(tái)為核心，達(dá)到高效可靠的自動(dòng)化處理變電站信息，并且兼顧信息的收集、控制和保護(hù)。智能設(shè)備在變電站系統(tǒng)的運(yùn)用，應(yīng)當(dāng)起到使整個(gè)變電站系統(tǒng)之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的高效控制、協(xié)同以及對(duì)設(shè)備信息的輔助分析的作用。智能化變電站系統(tǒng)的建設(shè)以及新技術(shù)和新設(shè)備在智能化變電站中的應(yīng)用，最終目的是為了保障整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)高效穩(wěn)定的安全運(yùn)行，從而為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)發(fā)展以及人民群眾的幸福生活提供切實(shí)的基礎(chǔ)能源保障。

1 設(shè)計(jì)與建設(shè)

應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的智能變電站在建設(shè)過程就有別于傳統(tǒng)變電站。在總體框架的設(shè)計(jì)上，智能化變電站具備三層結(jié)構(gòu)。一是間隔層，間隔層要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)，間隔層還應(yīng)當(dāng)具備一定程度的保護(hù)相關(guān)電力設(shè)備安全工作的作用。第二則是網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層起到的作用主要是數(shù)據(jù)信息的傳遞，其主要的特點(diǎn)就是傳輸速率高。最后是站控層，站控層負(fù)責(zé)控制整個(gè)變電站的運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)作，間隔層和網(wǎng)絡(luò)層這兩層結(jié)構(gòu)都是服務(wù)于站控層，并受站控層控制的。在設(shè)備上，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，變電站必須采用傳統(tǒng)變電站所不具備的設(shè)備。在間隔層中，應(yīng)當(dāng)具備監(jiān)控變電站運(yùn)作狀態(tài)和采集這些數(shù)據(jù)的設(shè)備，電能采集裝置，以及對(duì)于整個(gè)變電站和一些特定工況下的保護(hù)裝置也是必不可少的。站控層包含變電站的控制、服務(wù)器、監(jiān)控設(shè)備和信息處理設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)層的新設(shè)備則有交換機(jī)、光纜接口等[1]。自動(dòng)化和智能化的實(shí)現(xiàn)都要依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)，這些技術(shù)除了必要的硬件設(shè)備以外，設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行流暢的軟件也是必不可少的。做好軟件設(shè)計(jì)，對(duì)智能化變電站真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化而言是至關(guān)重要的。在施工過程中，智能變電站的建設(shè)也有別于傳統(tǒng)變電站。由于智能化變電站的高度集成化，以及許多新技術(shù)本身的特點(diǎn)，智能化變電站和很多自動(dòng)化設(shè)備都是在工廠中預(yù)制的，很多結(jié)構(gòu)和設(shè)備被整合成在一個(gè)功能模塊?，F(xiàn)場(chǎng)的施工則是對(duì)這些功能模塊進(jìn)行組裝，這就降低了現(xiàn)場(chǎng)施工的成本。除了變電站本身，其相關(guān)配套設(shè)施也可以運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，比如對(duì)變電站的保護(hù)、對(duì)其周邊環(huán)境的監(jiān)控、對(duì)危險(xiǎn)信號(hào)的預(yù)警等。

2 建設(shè)智能化變電站工程中的困難和挑戰(zhàn)

智能化變電站和傳統(tǒng)變電站相比，其顯著的優(yōu)點(diǎn)就是更加高效，并且可以通過一定的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)超越傳統(tǒng)變電站的安全性和可靠性。然而，智能變電站的發(fā)展同樣存在制約因素。智能化設(shè)備和傳統(tǒng)設(shè)備相比，其復(fù)雜程度是顯而易見的。智能化變電站不僅承擔(dān)著傳統(tǒng)變電站的一切功能，還為了追求效率而增加了相當(dāng)多的智能化設(shè)備。由于新設(shè)備的增加，操作和維護(hù)的工作流程應(yīng)當(dāng)為智能化變電站中的新設(shè)備設(shè)計(jì)專門的維護(hù)操作手段。新設(shè)備的增加，也要求對(duì)變電站的空間布局進(jìn)行新形式的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)智能化設(shè)備和變電站之間的協(xié)同運(yùn)作新模式。在進(jìn)行空間布局設(shè)計(jì)的過程中，自然而然的產(chǎn)生了對(duì)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(gè)部件的設(shè)計(jì)思路應(yīng)當(dāng)把集成化作為一個(gè)重要方向。另外，新興設(shè)備的安全性和使用壽命也是一個(gè)應(yīng)當(dāng)關(guān)注的問題。和傳統(tǒng)變電站經(jīng)過數(shù)十年的實(shí)踐摸索不同，智能化變電站中的許多設(shè)備并沒有充分暴露出有可能出現(xiàn)的故障和安全隱患，在設(shè)計(jì)、施工、操作、維護(hù)的各個(gè)階段都應(yīng)當(dāng)充分考慮到智能化變電站中的安全問題。在設(shè)計(jì)和建設(shè)智能化變電站時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到如何避免對(duì)控制電路所產(chǎn)生的種種干擾，電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的環(huán)流又應(yīng)該如何避免和解決。此外還要因地制宜的在對(duì)智能化變電站的空間布局進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，做好防火、油封等設(shè)計(jì)和建設(shè)工作。因此，從理論上論證新設(shè)備和新技術(shù)的可靠性就成了推動(dòng)新技術(shù)和新設(shè)備在智能化變電站建設(shè)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在實(shí)踐中逐步驗(yàn)證新技術(shù)設(shè)備的可靠性則是更為重要的。

3 自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.1 節(jié)約成本

在變電站的建設(shè)過程中，因?yàn)槠淠K化的建設(shè)方式，工期相對(duì)于傳統(tǒng)變電站而言更短。雖然自動(dòng)化技術(shù)的要求會(huì)使得變電站中增加新的設(shè)備，但是工廠的大規(guī)模生產(chǎn)可以降低設(shè)備的單位成本。也就是說，雖然自動(dòng)化設(shè)備增加了成本，但是單位設(shè)備的成本下降了，再加上模塊化的建設(shè)會(huì)使得其他設(shè)備的成本也有所下降，施工難度和施工時(shí)間也都可以降低。從總體上來看，建設(shè)自動(dòng)化變電站和傳統(tǒng)變電站相比，實(shí)現(xiàn)了更多功能的同時(shí)，成本上也具有優(yōu)勢(shì)。從后期的運(yùn)行維護(hù)看，自動(dòng)化變電站的成本優(yōu)勢(shì)更為明顯。自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)使得變電站之間實(shí)現(xiàn)了站域互通，在運(yùn)行過程中變電站從孤立走向了互聯(lián)，運(yùn)行維護(hù)自然也向互聯(lián)方向發(fā)展。這樣一來，技術(shù)人員可以控制的變電站就相對(duì)增加了，單位成本自然也就下降。在維護(hù)維修上，自動(dòng)化技術(shù)可以替代傳統(tǒng)變電站中很多工作人員的工作，單個(gè)變電站所需要的運(yùn)行維護(hù)人員也就減少了，人員成本和設(shè)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(yùn)行最重要的因素是對(duì)設(shè)備的定期維護(hù)。維護(hù)的時(shí)間間隔越短，設(shè)備運(yùn)行越可靠，狀態(tài)越良好。但是這個(gè)間隔的期限越短，所需要的人力、物力也就越多，并且會(huì)有大量無效的檢查。自動(dòng)化設(shè)備就很好地解決了這個(gè)問題，自動(dòng)化變電站可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以將監(jiān)控到的數(shù)據(jù)快速傳遞到站控層，幫助技術(shù)人員判斷變電站的狀態(tài)。依靠對(duì)于數(shù)據(jù)的分析和處理，很多情況下，系統(tǒng)可以自動(dòng)地分析變電站當(dāng)前狀態(tài)，直接輸出結(jié)果。如果變電站出現(xiàn)的故障是小微故障，自動(dòng)化技術(shù)甚至可以通過對(duì)相關(guān)設(shè)備的調(diào)節(jié)，去修復(fù)這一故障。也就是說，自動(dòng)化設(shè)備可以保障變電站本身始終處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)問題，就可以通過實(shí)時(shí)的信息傳遞技術(shù)，盡快對(duì)出現(xiàn)問題的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行維修或更換。

4 自動(dòng)化技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用

4.1 氣體絕緣線路

利用氣體作為絕緣介質(zhì)是一種十分成熟的技術(shù)了，廣泛應(yīng)用于氣體絕緣開關(guān)設(shè)備中GIS。近年來，對(duì)氣體絕緣介質(zhì)的應(yīng)用有了新的發(fā)展，在智能化變電站的建設(shè)中，可以采用氣體絕緣線路技術(shù)GIL。氣體絕緣線路技術(shù)和氣體絕緣開關(guān)設(shè)備并不相同，它是利用六氟化硫氣體或六氟化硫氣體和氮?dú)獾幕旌蠚怏w去絕緣導(dǎo)體。氣體絕緣線路的優(yōu)勢(shì)在于它的維護(hù)過程，以及節(jié)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(hù)過程中相對(duì)傳統(tǒng)變電站而言，它只需要采取及其有限的侵入式的維護(hù)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(duì)后期的維護(hù)和降低維護(hù)成本而言都是十分有利的。對(duì)于前期的施工建設(shè)而言，提高線路安全性就意味著設(shè)計(jì)施工的冗余空間更大，有更多的設(shè)計(jì)施工可能性。比如，為了減少施工成本，導(dǎo)線將可以直接安裝在變電站內(nèi)的地表，這是傳統(tǒng)線路所不易實(shí)現(xiàn)的。此外，氣體絕緣線路技術(shù)和模塊化智能變電站的設(shè)計(jì)建設(shè)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(shè)也是集成化優(yōu)勢(shì)的一種體現(xiàn)，氣體絕緣線路在智能化變電站中的應(yīng)用將為實(shí)現(xiàn)更高程度的繼承化提供技術(shù)上的可能性。以六氟化氫為絕緣介質(zhì)的斷路器可以和氣體絕緣變壓器GIT進(jìn)行配套的使用，從而構(gòu)成一個(gè)全密封的成套的變電設(shè)備。這種成套的全密封變電設(shè)備相對(duì)于傳統(tǒng)的變電設(shè)備而言優(yōu)勢(shì)是十分明顯的。變電站中，繞組和鐵芯在通電狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量，和傳統(tǒng)的油浸式變電站不同，利用六氟化氫或氮?dú)獗旧砭途邆渖岬淖饔?。而且，為了增?qiáng)散熱的效果，可以采用增加氣體對(duì)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(shè)計(jì)施工難度還是成本上看，其優(yōu)勢(shì)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(yōu)點(diǎn)。氣體絕緣線路的不足之處在于它對(duì)密封性有較高的要求。一旦發(fā)生氣體泄漏又沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，其可能產(chǎn)生的安全隱患并不比傳統(tǒng)的變電設(shè)備小。如果沒有完善的操作維護(hù)工作流程，那么氣體絕緣線路技術(shù)在模塊化智能變電站中的安全性優(yōu)勢(shì)就蕩然無存了。因此，在利用氣體絕緣技術(shù)建設(shè)智能化變電站時(shí)，一定要考慮到材料、當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、氣候、生物等影響因素，同時(shí)要完善智能化變電站的后期操作和維護(hù)流程。

4.2 智能化和信息化的技術(shù)的應(yīng)用

在IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)下，智能化變電站可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)、信息信息共享、提高運(yùn)行可可靠性，降低維護(hù)難度，實(shí)時(shí)檢測(cè)變電站運(yùn)行狀態(tài)等功能。實(shí)現(xiàn)智能化變電站的狀態(tài)信息可視化，利用實(shí)時(shí)信息和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)警，輔助工作人員進(jìn)行決策和操作以及實(shí)現(xiàn)站域的控制等等。在信息技術(shù)的支持下，對(duì)智能化變電站的保護(hù)提供了十分有利的條件。一方面可以將對(duì)變電站狀態(tài)的定期監(jiān)測(cè)變?yōu)槭聦?shí)監(jiān)測(cè)，極大程度上降低了有可能發(fā)生的事故。另一方面也可以利用站域控制事實(shí)對(duì)變電站負(fù)荷的控制，從而更好的保護(hù)變電站。智能化、信息化的變電站相較于傳統(tǒng)變電站其優(yōu)勢(shì)是毋庸置疑的，與此同時(shí)，智能化變電站所面臨的問題也是傳統(tǒng)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(shè)備可靠性在現(xiàn)階段還相對(duì)較差，尤其是在變電站內(nèi)部，工作環(huán)境是相當(dāng)復(fù)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(fù)雜的工況下很有可能因?yàn)檫^于敏感而受到其他因素的影響，或者因?yàn)閺?fù)雜的環(huán)境導(dǎo)致壽命衰減，失靈。這些有可能出現(xiàn)的問題都會(huì)影響智能變電站的可靠性。智能變電站設(shè)備互聯(lián)的特點(diǎn)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(kuò)大。造成更為嚴(yán)重的不良影響，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)損失?；谥悄芑冸娬镜倪@一特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)施工時(shí)一定要盡可能的保障工程質(zhì)量，適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜哂嘣O(shè)計(jì)。并且在后期的維護(hù)過程中，不能完全的依賴智能化、信息化設(shè)備，必要的人工檢修是不可替代的，而且檢修過程中對(duì)應(yīng)格外注意變電站中的智能化和信息化設(shè)備[3]。

5 結(jié)語

自動(dòng)化變電站是我國(guó)未來變電站發(fā)展的主流方向，自動(dòng)化智能變電站設(shè)備符合現(xiàn)階段我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的形勢(shì)。自動(dòng)化智能變電站在我國(guó)電力保障和電力安全工作中都是極為重要的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)化智能變電站的效率關(guān)乎我國(guó)電力系統(tǒng)的效率，智能變電站的可靠性和安全性關(guān)乎我國(guó)電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)未來電力發(fā)展而言是至關(guān)重要的，但是應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)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(gè)方面制定完善可靠的制度，運(yùn)用安全、高效的技術(shù)，并且要因地制宜地制定防災(zāi)制度，做好防災(zāi)準(zhǔn)備。只有這樣，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用才能更好地服務(wù)于我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展，更好地服務(wù)于其他各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展。