智能變電站設(shè)計(jì)、運(yùn)行中面臨的問題探析

貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司遵義供電局 李金鑫 陳超人 趙澤龍 鄭 磊 鄒 胤

在社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展過程中，供電領(lǐng)域開始探索積極利用各種現(xiàn)代化信息技術(shù)建立智能變電站，以提供更安全、可靠、穩(wěn)定、便捷的電能，同時(shí)智能變電站已成為現(xiàn)代變電站一大發(fā)展趨勢。智能變電站目前均為無人值守變電站，其綜合自動化系統(tǒng)功能要求以及設(shè)備配置都要根據(jù)減員增效等思路設(shè)計(jì)。在智能變電站綜合自動化系統(tǒng)中，選擇的是開放式的分層分布系統(tǒng)，關(guān)注統(tǒng)一化的建模與組網(wǎng)，促進(jìn)信息共享，同時(shí)通信規(guī)約均選擇DL-T860通信標(biāo)準(zhǔn)。在智能變電站設(shè)計(jì)及建設(shè)期間，選擇三層結(jié)構(gòu)兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中三層結(jié)構(gòu)包含過程層、間隔層以及站控層，而兩層網(wǎng)絡(luò)主要包含過程層網(wǎng)絡(luò)以及站控層網(wǎng)絡(luò)。

在智能變電站當(dāng)中，兩層網(wǎng)絡(luò)兩者保持相互獨(dú)立設(shè)計(jì)，避免相互影響。站控層主要包含網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置、故障錄波裝置、綜合數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)結(jié)合操作員工作站還有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ/Ⅳ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)等設(shè)備；在間隔層，主要包含電能計(jì)量裝置、保護(hù)裝置、測控裝置等設(shè)備；在過程層，主要包含智能終端、合并單元、互感器等設(shè)備。

1 智能變電站設(shè)計(jì)中面臨的問題與解決策略

1.1 設(shè)計(jì)方向有誤

很多變電站設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)智能化變電站過程中，會將智能變電站和數(shù)字化變電站兩者含義相混淆，不能準(zhǔn)確識別兩者的差異，在設(shè)計(jì)中存在概念模糊、方向有誤等問題。智能變電站、數(shù)字化變電站兩者有著本質(zhì)差異，數(shù)字化屬于智能化的根本，能夠?yàn)橹悄芑於▓?jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也就是說變電站在具備數(shù)字化基礎(chǔ)與條件情況下才有機(jī)會實(shí)現(xiàn)智能化，即變電站要提升智能化水平需先實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，基于數(shù)字化朝著智能化方向演變及發(fā)展。

當(dāng)前國家電網(wǎng)公司尚未明確的指出智能變電站的定義，主要闡述是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的利用下，對信息實(shí)現(xiàn)自動化的采集、存儲、傳遞、檢測與保護(hù)等，同時(shí)經(jīng)自動化以及智能化的控制、檢測與調(diào)節(jié)，對變電站實(shí)現(xiàn)高效控制與管理[1]。所以，智能變電站在設(shè)計(jì)以及運(yùn)行期間必須基于數(shù)字化，將一次以及二次設(shè)備數(shù)字化設(shè)計(jì)作為落腳點(diǎn)，逐步推進(jìn)智能變電站設(shè)計(jì)，積極探索智能化設(shè)計(jì)方向和空間。

1.2 工程設(shè)計(jì)問題

信息安全問題。在設(shè)計(jì)智能變電站期間涉及到多方面內(nèi)容，設(shè)計(jì)中需要用到眾多信息數(shù)據(jù)，而在相關(guān)信息數(shù)據(jù)采集、分析、傳送、存儲、處理等過程中，任意環(huán)節(jié)出錯都可使智能變電站整體設(shè)計(jì)效果和后期運(yùn)行水平受到影響，尤其是在設(shè)計(jì)過程中若忽視信息安全問題，導(dǎo)致信息傳遞期間發(fā)生丟失或者被攔截，將嚴(yán)重影響智能變電站設(shè)計(jì)與建設(shè)。而要解決智能變電站設(shè)計(jì)過程中面臨的信息安全問題，就需要完善的建立運(yùn)行管理機(jī)制，積極應(yīng)用成熟且先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，從技術(shù)、管理兩個(gè)層面有效控制相關(guān)問題。

智能一次、二次設(shè)備檢測問題。在智能變電站當(dāng)中，涉及到很多一次、二次設(shè)備，怎樣全方位的檢測與監(jiān)控全部的變電設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行期間存在的缺陷與不足，面對不足要采取怎樣的應(yīng)對措施，這些都是智能變電站設(shè)計(jì)工作人員面臨的重要難題。而為解決上述難題，要求智能變電站相關(guān)設(shè)計(jì)人員主要考慮以下兩方面：一方面，要優(yōu)化選擇設(shè)備供應(yīng)商，需經(jīng)多方調(diào)查，優(yōu)選價(jià)格優(yōu)惠而且設(shè)備質(zhì)量佳、資質(zhì)齊全的供應(yīng)商；另一方面，聯(lián)合專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)，全方位的檢測智能變電站各項(xiàng)設(shè)備，一旦在檢測中發(fā)現(xiàn)有變電設(shè)備不能達(dá)到變電站設(shè)計(jì)以及后續(xù)運(yùn)行要求，則嚴(yán)禁進(jìn)入變電站[2]。

通信網(wǎng)絡(luò)性能與安全性能否達(dá)到實(shí)際需求的驗(yàn)證問題。對于此問題，前期主要通過仿真計(jì)算；而到了后期，需要結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)展開對比分析、精準(zhǔn)辨識和科學(xué)檢驗(yàn)。

噪聲處理問題。在完成智能變電站設(shè)計(jì)工作并正式投入施工建設(shè)與后期運(yùn)行期間，變電站會有較大噪聲產(chǎn)生，相關(guān)噪聲可一定程度影響周邊環(huán)境和居民正常生活。針對此問題，要求智能變電站的設(shè)計(jì)工作人員在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)做好實(shí)地考察工作，關(guān)注變電站要在為廣大人民群眾提供穩(wěn)定且便利的電能同時(shí)，不能對居民正常生產(chǎn)及生活產(chǎn)生負(fù)面影響。

電磁輻射危害問題。智能變電站有著較高的電壓，而且會有電磁輻射產(chǎn)生，這也會對周邊居民和變電站工作人員其身體健康帶來一定危害，如何解決電磁輻射問題，是設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)探索和解決的難題。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展過程中，為解決此問題，可合理應(yīng)用電子輻射監(jiān)測儀，在智能變電站產(chǎn)生較大電磁輻射情況下及時(shí)觸發(fā)報(bào)警信號，使變電運(yùn)維人員能夠及時(shí)有效的處理，以防電磁輻射嚴(yán)重影響到人們正常生產(chǎn)及生活。

光纜防鼠咬問題。以往在智能變電站設(shè)計(jì)中主要選擇非金屬光纜，而在實(shí)際投用后，經(jīng)常出現(xiàn)因光纜被鼠咬導(dǎo)致的通信故障，嚴(yán)重影響變電站安全運(yùn)行、也增加后期維護(hù)難度。針對此問題，建議在設(shè)計(jì)中從預(yù)制艙內(nèi)設(shè)備到集中接線柜這一部分選擇玻璃纖維非金屬鎧裝光纜，并和各進(jìn)出口防火封堵配合內(nèi)嵌不銹鋼絲網(wǎng)。而針對集中接線柜相應(yīng)出線部分，因?yàn)殡娎|溝環(huán)境相對潮濕，鋼帶鎧裝外露之后很容易生銹，所以建議選擇鋁帶鎧裝光纜，并配合使用光纜槽盒[3]。在對光纜進(jìn)行分段配置過程中，不僅要達(dá)到艙內(nèi)敷設(shè)要求，還要同步符合艙外防鼠要求。

2 智能變電站運(yùn)行中面臨的問題與解決策略

2.1 問題

安全性問題。智能變電站運(yùn)行中主要以對等通信模式實(shí)現(xiàn)信息傳輸，此通信模式有別于傳統(tǒng)通信模式，對等傳輸模式具有更高的安全要求，即便裝置間隔離點(diǎn)出現(xiàn)異常，都將影響傳輸工作。另外在實(shí)際運(yùn)行期間，智能變電站對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)缺乏安全保護(hù)以及檢測管理措施，使得一旦出現(xiàn)運(yùn)行問題無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而使變電站系統(tǒng)不能安全、正常的運(yùn)行。

安全保護(hù)問題。在智能變電站運(yùn)行期間，電子互感器要借助相關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)信號傳送，結(jié)合相關(guān)信號明確變電站實(shí)際運(yùn)行情況，而因?yàn)樾盘杺鞑ゾ哂休^高復(fù)雜性，必須具備有關(guān)操作方可實(shí)現(xiàn)。此外，智能變電站運(yùn)行中還要對所安裝裝置采取有效的保護(hù)措施，因?yàn)樽冸娬井?dāng)中很多設(shè)備都安裝于戶外環(huán)境下，易受到多種外界因素干擾，為保證相關(guān)裝置充分發(fā)揮其功能作用，就要加大保護(hù)力度。

可靠性問題。在智能變電站，光學(xué)互感器發(fā)揮著重要作用，而光學(xué)互感器很容易遭到外界等相關(guān)因素干擾，而其在受到影響之后，也會同步降低變電站運(yùn)行可靠性。另外，在智能變電站中，所用電子互感器的功能作用會直接受到多種元件以及模塊干擾，運(yùn)行過程中有一定不穩(wěn)定性，可靠性有待提升[4]。

遠(yuǎn)程控制問題。一次設(shè)備在遠(yuǎn)程控制中，110kV變電站大部分隔離開關(guān)都屬于電動操作機(jī)構(gòu)，而變電站中的35kV設(shè)備、還有10kV隔離開關(guān)大多是手動隔離開關(guān)或移開式手車式斷路器。對于二次遠(yuǎn)控，大多變電站都有軟壓板投退功能，還也有部分變電站尚未實(shí)現(xiàn)此功能，而且很多變電站都不具有遠(yuǎn)方信號復(fù)歸功能，只有極少部分變電站可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方定值切區(qū)。

2.2 解決策略

2.2.1 做好運(yùn)行設(shè)備維護(hù)工作

在智能變電站中，設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量直接影響著變電站整體作用發(fā)揮，并且在變電站當(dāng)中屬于關(guān)鍵組成部分，所以為保證變電站能夠可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行，需要做好日常設(shè)備維護(hù)工作，保證各環(huán)節(jié)能夠順利、有序的推進(jìn)，避免變電站運(yùn)行受到不良因素影響。在智能變電站運(yùn)行期間，要針對不同設(shè)備采取針對性的維護(hù)措施，最大程度降低設(shè)備發(fā)生故障的幾率。在設(shè)備管理過程中，還要做好配件管理，針對具有較高損壞率的配件，像智能設(shè)備電源插件或者是交流采樣插件等，要在各供貨廠家協(xié)調(diào)基礎(chǔ)上，保證配件規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一、實(shí)現(xiàn)通行通用，在此基礎(chǔ)上運(yùn)維管理部門可進(jìn)行有關(guān)插件的采購、當(dāng)做備品備件，從而降低對廠家的依賴度，并有效提高設(shè)備檢修以及缺陷處理效率[5]。

2.2.2 一體五防系統(tǒng)

為保證智能變電站安全可靠的運(yùn)行，要求工作人員立足整體層面做好整個(gè)變電站的維護(hù)工作，主要可構(gòu)建一體五防系統(tǒng)，針對具體的運(yùn)行單元加強(qiáng)監(jiān)控管理，維護(hù)變電站運(yùn)行安全與可靠。一體五防系統(tǒng)主要利用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來監(jiān)控及調(diào)整變電站各項(xiàng)設(shè)備，也就是五防閉鎖，由此使變電站運(yùn)維更加高效。

2.2.3 對智能變電站加強(qiáng)管理

為使智能變電站可靠的運(yùn)行，還要完善的制定管理制度，在制度約束下確保各項(xiàng)工作能夠有序推進(jìn)。智能變電站還要針對設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)制定一系列制度規(guī)范，并對有關(guān)工作人員以及變電站日常運(yùn)行情況加強(qiáng)有效管理。在運(yùn)維管理過程中，要充分考慮智能變電站特點(diǎn)，尤其要關(guān)注對智能控制柜實(shí)際運(yùn)行環(huán)境加強(qiáng)管理，針對由于選用熱交換器模式造成控溫效果不佳的智能控制柜，要做好整改工作，根據(jù)實(shí)際情況逐漸換成空調(diào)模式。為解決空調(diào)凝露問題，需要采取針對性處理措施，并按照一定周期對智能控制柜做好干燥處理，以防凝露堆積。

2.2.4 加大變電站巡視力度

為保證智能變電站能夠安全、可靠的運(yùn)行，還要加大巡視力度，對此，要求有關(guān)工作人員對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)加強(qiáng)全面檢查，著重針對常見性問題采取細(xì)致的排查以及解決措施，保證設(shè)備能夠盡早恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。另外，智能變電站可通過引進(jìn)巡檢機(jī)器人，使其按照既定程序自動規(guī)劃巡檢路線，在有特殊巡檢要求情況下，工作人員可在后臺遠(yuǎn)程控制巡檢機(jī)器人進(jìn)行針對性巡檢。所引進(jìn)的巡檢機(jī)器人其本身就有非常強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫，不僅能夠收集信息，還可自動化的進(jìn)行信息比對，及時(shí)判斷設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，并將相關(guān)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果輸送至后臺，為有關(guān)工作人員提供一定參考，切實(shí)提升巡檢效率和有效性。

此外，可通過加裝智能球機(jī)、雙光譜紅外測溫球機(jī)、云臺機(jī)等智能攝像機(jī)，對變電站所有敞開式設(shè)備進(jìn)行紅外測溫，對開關(guān)及刀閘狀態(tài)、SF6壓力表、避雷器表計(jì)進(jìn)行識別，對設(shè)備外觀進(jìn)行巡視，實(shí)現(xiàn)變電站智能巡視。

2.2.5 一次/二次設(shè)備改造

一次設(shè)備改造原則：高壓柜改造為電動底盤高壓柜，戶外敞開式隔離開關(guān)及接地刀閘為手動操作，改造機(jī)構(gòu)傳動部分為電動操作機(jī)構(gòu)。如需滿足刀閘位置雙確認(rèn)，新設(shè)備通過輔助接點(diǎn)以及新增位置判別的微動接點(diǎn)空氣開關(guān)以滿足刀閘的二元確認(rèn)條件，現(xiàn)有隔離開關(guān)及接地刀閘采用在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部機(jī)構(gòu)限位處增加微動開關(guān)以滿足設(shè)備刀閘的二元確認(rèn)條件。涉及隔離開關(guān)、接地刀閘的電機(jī)電源空氣開關(guān)擬采用長投，以滿足設(shè)備順控操作。

二次設(shè)備改造原則：實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備遠(yuǎn)方投退重合閘、遠(yuǎn)方復(fù)歸、遠(yuǎn)方切區(qū)功能。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備遙控功能，大大增加了遙控點(diǎn)位，站內(nèi)原有測控裝置點(diǎn)位不足，需增加站內(nèi)測控裝置?？紤]到運(yùn)行年限在10年以上的變電站后期也將進(jìn)行綜合自動化改造，為減少變電站內(nèi)改造的停電時(shí)間、降低負(fù)荷損失造成的經(jīng)濟(jì)損失，針對運(yùn)行年限在10年以上的變電站二次部分以全站綜自改造原則進(jìn)行。

3 結(jié)語

智能變電站是新時(shí)期變電站一大主流發(fā)展方向，不過因?yàn)橹悄茏冸娬敬嬖谝欢ㄌ厥庑?，而且設(shè)計(jì)和運(yùn)行都有較高復(fù)雜度，容易在變電站設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在諸多問題，影響變電站功能作用的發(fā)揮和發(fā)展進(jìn)程。對此，要求智能變電站設(shè)計(jì)以及運(yùn)行維護(hù)人員要在把握智能變電站現(xiàn)狀及發(fā)展方向基礎(chǔ)上，深入分析變電站設(shè)計(jì)以及運(yùn)行當(dāng)中存在的不足，針對性的采取有效處理措施，促使智能變電站更高效、安全、可靠的運(yùn)行。