智能变电站状态检修分析

钮彬 程德山 王李冬

摘 要：该文介绍了变电站状态检修的概念，阐述了当前开展状态检修的现状和存在问题，从状态监测、设备诊断、检修决策三个环节深入分析了智能变电站相关技术给变电站状态检修带来的深刻变化，最终得出智能变电站的状态检修将从人工步入智能，从关注设备可靠性转变为关注电网的可靠性的观点，为进一步研究智能电网提供了参考。

关键词：智能变电站 状态检修 在线监测

中图分类号：TM733 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-00-02

近年来，以时间周期为特征的变电站计划检修由于存在一定的“检修过度”和“检修不足”以及需要大量人力物力支撑等问题，已逐渐被建立在设备状态评价基础之上的状态检修所取代，并全面在电网企业内推广应用。同时，智能电网由于相比传统电网在安全、可靠、经济、高效、环保等方面的优势，已成为世界各国竞相发展的一个重点领域。在这种背景下，该文对智能变电站状态检修模式进行了研究，分析了智能变电站的相关技术给状态检修带来的深刻变化。

1 变电站状态检修的现状及存在问题

2007年初，国家电网公司组织编制了一系列关于状态检修的规章制度和技术标准，对状态检修工作进行了全面规范，在《国家电网公司设备状态检修管理规定》中明确了状态检修的定义：“状态检修是企业以安全、环境、效益等为基础，通过设备的状态评价、风险分析、检修决策等手段开展设备检修工作，达到设备运行安全可靠、检修成本合理的一种设备检修策略”。该检修模式主要包含状态监测、设备诊断、检修决策三个环节，其中状态监测的关键是对状态量的获取，它是设备诊断的依据和状态检修的基础，检修决策是结合在线监测与诊断的情况，综合设备和系统的技术应用要求确定具体的检修计划和策略。

对于变电站状态监测环节，其涉及到整个站内一次设备和二次设备。基于传统的变电站架构下，一次设备状态监测的对象主要有互感器、变压器、断路器等相关的电压、电流、声音、温度、震动、绝缘、机械特性、气体含量等参数。目前，这些状态量的获取是以人工巡检、停电试验和带电检测这些离线检测手段为主，仅辅以少量在线监测手段。二次设备状态监测，其对象不同于一次系统单一元件的参数，而是各个元件的动态性能，是一个系统。其状态监测环节应包含：交流测量系统，包括TA＼TV二次回路绝缘良好、回路完整，测量元件的完好；直流系统，包括直流动力、操作及信号回路绝缘良好、回路完整；逻辑判断系统，包括硬件逻辑判断回路和软件功能等。由于电气二次回路是由连接若干二次装置的电缆所组成，其设备输出触点的状况、回路连接的情况很难进行检测，所以目前开展的二次设备状态检修，其状态监测主要停留在投运前资料、运行数据、检修试验数据等资料与信息的收集阶段。此外，目前的在线监测系统的规约多为私有，信息缺乏统一建模，呈现一种相对封闭的结构体系，不同监测系统之间以及监测系统与其他自动化系统间的信息共享很难，存在很大的规约转换鸿沟。

对于设备诊断、检修决策环节，目前则基本上是依靠相关检修运行人员按照相应技术标准的流程步骤通过人工方式完成。

因此基于传统电网技术体系下的状态检修主要存在以下问题：①输变电设备的高速增长使得人工巡检和带电检测效率低、及时性差、人为因素占比大的缺点愈发凸显；②目前电网使用较多常规电气设备的数字化、智能化程度低，很多设备难以获得需要的状态参数信息；③调度自动化系统、生产管理系统等收集的电网状态信息基本上是电气量参数，非电气量参数较少；④缺乏统一信息建模，使得在线监测系统难以在统一架构下覆盖全站所有需要监测的电气设备，无法实现从“设备”监测到“系统”监测的转变；⑤设备诊断、检修决策基本依靠人工完成，缺乏有效的计算机辅助决策系统，随着实施状态检修的设备越来越多，工作量繁重，无法保证检修的及时性和高效性。

2 智能变电站的架构体系和主要技术特征

智能变电站采用分层分布式结构，具体分为过程层、间隔层和变电站层，如图1所示。过程层主要是指变压器、断路器、电流互感器、电压互感器等一次设备，功能为：实时运行电气量和设备状态量监测以及操作控制命令执行。间隔层按断路器间隔划分，主要指保护、测控、计量等二次设备装置，通过局域网或串行总线与变电站层联系。变电站层主要指监控主机、远动通信机等，通过局域网实现各主机之间、监控主机和间隔层之间信息交换。此外，智能变电站的主要技术特征有：数据采集数字化，设备操作智能化、系统建模标准化、信息交互网络化、信息应用集成化等[1]。这些技术的产生和应用对变电站状态检修的各个环节带来了深刻的

影响。

3 智能变电站状态监测

3.1 智能变电站一次设备状态监测

首先，智能变电站中先进的传感与量测技术的应用将全面扩大一次设备在线状态监测的范围。对于变压器和电抗器等变电设备，能对其油色谱、局放、铁心接地电流、套管绝缘、顶层油温和绕组热点温度等进行在线监测；对于CT、CVT、耦合电容等容性设备，能对其电容量和介损进行在线监测；对于避雷器能对其泄漏电流进行在线监测；对于断路器、GIS等开关设备能对其开关机械特性、GIS局放、SF6气体泄漏及SF6微水、密度等在线监测；对于电力电缆，应用分布式光纤测温技术能对其温度和局放进行在线监测。其次，智能变电站中数字化技术的应用将大大提高状态监测数据的可靠性。传统的电磁型互感器被非常规互感器所取代，二次侧直接输出数字信号。传统的断路器、变压器等一次设备得益于微电子和计算机技术的发展，直接带有数字化通信接口，配合智能传感器，能直接输出数字化状态信号。这些在过程层输出的数字信号相比传统的模拟信号动态范围大，抗干扰性强，并通过光纤传输至间隔层处理，大大提高了监测数据的可靠性。

3.2 智能变电站二次设备状态监测

首先，智能变电站过程层信号的数字化输出将进一步推动间隔层保护、测控、计量等二次设备的数字化。传统二次设备中与一次设备连接的模拟接口被数字接口取代，二次设备中省去了大量的模数转换电路，结构得到简化，数字化程度更高[2]，其状态量的监测也变得更加容易。其次，智能变电站二次回路状态量的监测变得容易，在监测操作及信号回路，设备状态特征量的采集上将没有盲区。在智能变电站的分层分布式结构中，过程层、间隔层与变电站层之间均通过光纤网络互联，传统电网中的二次回路电缆被光纤所取代，传统电网中的回路绝缘、回路接地等问题将不在存在。

3.3 智能变电站设备状态监测向系统状态监测的转变

首先，由于电网是一个统一协调的整体，未来智能变电站状态监测的范围相比传统电网有了很大的扩大，其状态监测信息必须是广域的全网状态信息[3]。不仅有变电站设备的状态信息，如一次设备、二次设备的健康状态、劣化趋势、安全运行承受范围等；还应有变电站实时运行信息，甚至远程接收的发电侧、电网侧、用户侧等电网运行的实时信息，如机组运行工况、电网运行工况、潮流运行工况、用电侧需求等；同时还应有相关的自然物理信息，如地理信息、气象信息、灾变预报信息等。

其次，智能变电站采用IEC 61850标准，建立统一的信息模型和信息交互模型。所有的电气量、非电气量皆具有明确的语义信息，以及全网唯一的信息标识，使得信息具备自我描述能力。由于采用统一的信息模型，可以实现各在线监视系统的互操作和即插即用，彻底改变各系统相互封闭的现状，真正实现智能变电站下设备状态监测向系统状态监测的转变。

4 智能变电站设备诊断

智能电网中数字化技术、电力电子技术和计算机技术的发展将推动一次设备、二次设备的智能化，传统变电站的人工诊断被智能变电站的智能诊断所取代。一方面，智能变电站一次设备、二次设备具有一定的自诊断功能。以断路器为例，智能电网中传统断路器被智能断路器系统所取代。其由数字化控制装置构成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器，实现电子操动。断路器内部的数字化控制装置与新型传感器配合，组成智能监控系统，能对断路器系统的开关机械特性、GIS局放、SF6气体泄漏及SF6微水、密度等进行在线监控。间隔层接收过程层发送过来的相关状态信息，与预先设置好状态量进行比较、判别与输出，当相关参数如SF6密度降低至告警值时，发送控制信号至过程层闭锁分合闸，实现智能断路器系统的自诊断。

另一方面，智能变电站可以在站控层建立专家诊断系统，该系统根据相关规程导则，对在线数据的时间序列做趋势分析（包括设备的横向比较及自身历史数据的纵向比较），采用神经网络法，模糊数学理论等，对设备状态作出全面诊断[4]，并给出诊断报告。

5 智能变电站检修决策

智能变电站的设备状态监测向系统状态监测的转变，以及人工诊断向智能诊断的转变给检修决策系统提供了巨大的支撑。检修决策系统利用状态监测系统和专家系统给出的设备状态、电网运行工况、地理天气物理信息等全方位的状态信息，利用计算机辅助系统综合考虑设备历史数据以及检修的工期、费用、风险等多方面因素，进行经济性比较，最后给出一个最优的检修方案，从而实现检修决策的智能化。

6 结语

基于智能变电站的状态检修技术，以变电站的全方位在线状态监测为基础，以统一建模的IEC61850标准为支撑，利用计算机辅助决策系统，实现变电站设备诊断和检修决策的全面智能化。智能变电站的状态检修最终将从人工步入智能，从关注设备可靠性转变为关注电网的可靠性，从电网的大视角实现设备寿命周期成本管理。

参考文献

[1] 高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2006，30（23）：67-71.

[2] 夏佳.论数字化变电站二次系统的状态检修[J].科技资讯，2012（21）：105.

[3] 刘骥，黄国方，徐石明.智能电网状态监测的发展[J].电力建设，2009，30（7）：1-3.

[4] 林松，王庆红，刘然.数字化变电站状态检修技术[J].电网技术，2007，31（6）：137-140.