数字化变电站系统中一次设备的智能化分析

陈建壮

(衡水桃城供电有限责任公司，河北 衡水 053000)

一、数字化变电站系统中一次设备智能化概述

（一）数字化变电站系统中一次设备智能化的概念

数字化变电站系统中一次设备是数字变电站的基本组成单元，一次设备智能化（简称智能设备）是智能数字化变电站的重要组成部分，也是区别传统变电站的主要标志之一。所谓的一次设备智能化就是利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。

（二）数字化变电站系统中一次设备智能化的特点

数字化变电站系统中一次设备是附加了智能组件的高压设备，智能组件通过状态感知和指令执行元件，实现状态的可视化、控制的网络化和自动化，为数字化变电站提供最基础的功能支撑。其中数字化变电站系统中一次设备具有思维判断、有效执行、信息交换和准确感知等特点。另外还具有信息互动化、测量数字化、控制网络化、状态可视化以及功能一体化等技术特征。

（三）一次设备智能化在数字化变电站系统中的应用

设备在电网中的重要性、故障影响及其发生几率、故障是否可监测、监测的成本和可靠性、有无更加经济的替代方案（如带电检测）等，都是决定设备是否需要智能化和如何智能化的依据。其中一次设备智能化在数字化变电站系统中的应用主要体现在变压器、电抗器、断路器、GIS、电力电缆、高压套管等一些设备，这些设备要么故障率相对较高，要么故障影响较大，具有自检测的需求。另一方面，对于这些设备，可用的自检测技术已有一定的研究基础和应用经验，具备进行智能化应用的基本条件。

二、数字化变电站中一次设备智能化应用的意义

数字化变电站中一次设备智能化的应用主要体现在电子式互感器和智能断路器的应用上，其中数字化变电站中一次设备智能化应用的意义主要体现在如下几个方面：

第一、有效地减少变电站占地面积和电磁式CT饱和问题。

第二、应用合并器解决数据采集设备重复投资问题。

第三、利用网络替代二次电缆，有效解决二次电缆交直流串扰问题，并简化了施工。

三、数字化变电站中常用的一次设备智能化

数字化变电站中常用的一次设备智能化主要包括智能断路器和电子互感器，以下将分别给予详细的说明。

（一）智能断路器

目前常用的智能断路器是SF6智能断路器，以下将分别从SF6智能断路器结构、SF6智能断路器的断路检测原理以及SF6智能断路器的作用三个方面来对SF6智能断路器进行说明。

1、SF6智能断路器的结构图

2、SF6智能断路器的断路检测原理

（1）SF6气体压力检测

三组平均秩和及统计结果（见表）：进行Kruskal-Wallis H检验结果。在CTDIvol中故以χ2值（Chi-Square）表示统计量，χ2=52.564，v=2,P=0.000，按a=0.05水准，三组间差异有统计学意义，可以认为三种扫描方式得到的容积剂量指数不同或不全相同。在DLP中，χ2=52.070，v=2,P=0.000，按a=0.05水准，三组间差异有统计学意义，可以认为三种扫描方式得到的剂量长度乘积不同或不全相同。在ED中，χ2=52.070，v=2,P=0.000，按a=0.05水准，三组间差异有统计学意义，可以认为三种扫描方式得到的有效剂量不同或不全相同。

检测SF6气体压力（含温度修正）是GIS设备和SF6断路器基本的自检测项目之一。SF6气室内气体压力与绝缘强度密切相关，同时也是密封状态的重要信息。为了保证设备的安全可靠运行，对SF6气体压力进行自检测是十分必要的。目前该项技术较为成熟，选择具有DC4-20mA模拟输出的气体密度继电器，可以定量检测SF6气体压力。推荐选择准确级为0.5级或以上。有更高精度需求时，也可以选择独立的高精度压力和温度传感器，根据气体压力、温度与气体密度的变化规律，经换算间接测得气体密度值。该检测项目属于推荐项目。

（2）气体含水量检测

SF6绝缘设备出厂前，都要经过干燥处理，确保吸附于内部各种固体界面的水分含量达到规定的限值以下，否则会慢慢释放出水分。此外，一般空气中水气的分压强大约是SF6绝缘气室中的10倍以上，一旦密封出现缺陷，水分很容易侵入。这两种情形都会导致 SF6水分含量超标。SF6过高的水分含量会对内部绝缘产生严重不良影响，低温时，甚至在内部绝缘表面出现凝露，导致沿面闪络事故。但对于密封良好的SF6绝缘设备，水分是无法侵入的。基于这一点，检测SF6水分的必要性要弱一点。

（3）局部放电检测

GIS局部放电是GIS最常见的故障模式，国内外电力设备制造企业和专业诊断技术研究机构都十分重视GIS局部放电的检测，GIS设备局部放电也适宜在运行状态下检测。SF6断路器/GIS设备自检测参量表如下表所示。

?

3、SF6智能断路器的作用

第一、智能断路器等一次设备的应用，初步实现电网设备的可观测、可控制和自动化的目标，为智能电网建设奠定基础；

第二、智能断路器等一次设备的应用，提高了数字化变电站面对未来智能电网复杂运行工况的应对能力，减少新生隐患产出的几率，提高整个电网系统的可靠性。

第三、智能断路器等一次设备的应用，可以对数字化变电站的其他相关设备的绝缘状态、寿命做出快速有效的评估，并有效地指导运行和维护，减少运行维护人员的工作量，降低运行管理成本。

（二）电子互感器

1、电子互感器的分类

按工作原理可将电子互感器划分为有源式电子互感器和无源式电子互感器，其中有源型电子互感器和无源型电子互感器的基本原理如下：

（1）有源型电子互感器的基本原理

有源型电子式互感器的基本原理是高压电位侧的电流信号通过互感器的线圈将电信号传递给发光元件，实现电信号向光信号的转变，由光纤将光信号传递到低电位侧，并进光信号转变为电信号的逆转变化后，将强度增强的电信号传送出去的一种工作原理。

（2）无源型电子互感器的基本原理

无源型光电互感器的基本原理则是有效利用了物理学中法拉第电磁效应，其工作原理是将光信号通过电磁场中的磁光材料，使光信号的偏振面在一定程度上发生旋转，通过测算通流导体周围光信号偏振面的旋转角度，来推算导体中的电流值。

2、电子互感器的特点

第一、高低压完全隔离，绝缘结构简单。

第二、不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题。

第三、抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险

第四、动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽。

第五、数据传输抗干扰能力强。

第六、没有因充油而潜在存在的污染及易燃、易爆等危险。

第七、体积小、重量轻。

结语

数字化变电站系统中一次设备智能化的应用不仅有效的实现了数字化变电站的智能化，对提高数字化变电站的各方面性能也发挥了非常重要的作用，相信随着数字化变电站中一次设备智能化的广泛应用，我国的电力系统也将会越来越智能化。

[1] 吴建民.浅析数字化变电站中的一次设备智能化的实现方式[J].电网技术，2007(10).

[2] 刘晓明.数字化变电站中的一次设备智能化的分析[J].南方电网技术，2005(09).