浅谈智能化变电站的功能与应用

赵宁强　许祥辉

【摘 要】本文介绍了智能化变电站的各种应用功能。智能化变电站的应用功能以信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为平台，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测。

【关键词】智能化；在线监测；顺序控制

智能化变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能的变电站。

智能化变电站具有以下功能：

1.在线监测评估功能

通过工控机及系统集成软件，对各状态在线监控装置的动态参数进行集成，建立变电站设备状态综合数据库，自动生成设备状态参数报表和变化趋势曲线，对设备状态的历史参数进行“横比”、趋势分析和相对比较相结合，实现设备状态的初步诊断，形成了供电设备在线监测评估系统。

设备状态在线监测评估系统作为变电站内一次设备状态监测的集中展示平台，主要提供在线数据的提取、处理、分析及变压器、断路器、GIS、避雷器等一次设备状态的诊断与展示，同时提供数据的存储服务。

1.1 110kV侧GIS状态在线监测评估

SF6气体全封闭组合电器（GIS）将变电站中除变压器以外的电气设备，包括断路器、隔离开关、负荷开关、接地开关和快速接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线和出线套管等全部封装在接地的金属外壳内，壳内充以SF6气体作为绝缘和灭弧介质。由于GIS的全封闭金属外壳，使得运行维护不能采用常规的方法进行，为了及时发现并消除故障隐患，避免重大事故发生，对GIS实现在线状态监测就显得尤为重要。

1.2 开关柜在线监测评估

开关柜一般由高压断路器、负荷开关、接触器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器，控制、测量、保护、调节装置，以及内部连接件、附件、外壳和支持件等组成，担负着控制、保护的双重功能。

开关柜智能化在线监测系统的监测项目主要有以下几个方面：

（1）断路器的实际运行状态：即开关量的采集，判断断路器当前是分闸还合闸，它是在线监测系统的基本功能之一。

（2）断路器动触头行程：从断路器动触头行程—时间曲线上，可以计算出平均分、合闸速度、最大分、合闸速度、动触头行程、分、合闸时间等，从而获得很多对断路器状态分析很有价值的信息。

（3）机械振动信号：提取机械振动信号，分析信号的特征量，用于判别故障是否出现，找出故障源。

（4）绝缘监测：用于判断开关柜的绝缘特性，主要包括母线绝缘、套管绝缘、支柱绝缘、电缆绝缘和互感器绝缘等。

（5）柜内接点温度：通过监测开关柜内导电接触部件温度的高低，可有效防止开关柜的火灾发生。开关柜内母线室、电缆室、手车室和隔离触头都是应重点监测的部位。

（6）开断电流：用于计算真空断路器的电寿命。

1.3变压器在线监测

变压器是供电系统中非常重要而且昂贵的设备，变压器实施安全在线监测可以实时地监视变压器的状况，及时地采集故障前兆信息，通过故障诊断技术，判断变压器可能会发生的故障，提前采取措施，避免重大事故的发生。

通过故障模式分析，变压器及其有载开关是在线监测的重点。变压器在线监测项目主要有油中气体测量与分析、局部放电测量、有载开关的触头磨损及机械和电气回路的完整性测量等。项目中变压器状态在线监测项目监测的参数项目有：绕组温度多点测量；铁芯温度测量；油位、油量、油温测量；绕组输入、输出电压、电流、有功功率、无功功率监测；绝缘分解物测定；内部局部放电量检测和位置判断；冷却系统检测。变压器的状态參量体系。

2.顺序控制功能

2.1主要任务

顺序控制的主要任务是通过操控系统预先设定和程序对煤矿供电系统的设备进行系列化操作。

2.2操作与注意事项

煤矿供电系统实现顺序控制是煤矿自动化系统发展的必然趋势。煤矿供电系统中的电气设备具有运行、热备用、冷备用和检修四种状态。顺序控制就是从一种状态到另一个状态，实现四种状态中两两之间的互相转换。顺序操作的功能全部于煤矿供电系统操控系统和通信及测控装置实现，测控装置接收操控系统发来的命令后，按照目的操作任务指令自动完成生成一系列的操作步骤，每一步操作前检查上一步操作的完成情况，同时检测当前操作是否符合电气闭锁条件，保证顺序控制只能从当前状态向目标状态进行。顺序控制每一步的执行都对操作前条件是否满足、操作后设备是否到位进行严格的校验和确认，每一步操作必须条件满足才能发出控制命令。当前的操作必须在设备操作到位才认为操作成功，允许进行下一步操作。对于需人工进行的某一步操作（如检查项），系统自动弹出对话框，经操作人员检查确认该步操作完成后，进入下一步操作。

3.防误闭锁功能

防误闭锁的主要任务是防止误操作和对开关设备进行相应的闭锁。

导致误操作的原因主要有三部分，分别是运行值班员、检修人员及其也人员的误操作。运行人员的误操作主要包括误拉、误合隔离开关和断路器、误入间隔等；检修人员的误操作主要包括检修、试验过程误碰运行间隔。其中五防是指：

（1）防止带负荷拉、合刀闸。

（2）防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器。

（3）防止接地刀闸处于闭合位置时关合断路器、负荷开关。

（4）防止在带电时误合接地开关。

（5）防止误入带电间隔。

煤矿供电系统中需要强制闭锁的一次设备主要有断路器、自动刀闸、隔离开关、接地刀闸（临时接地线）、网门等， 防误操作闭锁主要通过判断与要操作的刀闸、接地刀闸相关的设备的状态来确定所要进行的操作是否违反“五防”，若违反“五防”的规定，则闭锁要操作的设备。

4.结论

（1）供电系统全部数据信息数字化、标准化，数据的高效利用和充分共享，提高了设备运行的可靠性，降低了维护费用。

（2）实现了系统故障的准确、快速处理，故障切除时间小于50ms，保证了故障隔离与恢复的快速性，减少了停电范围和供电恢复的时间，极大保证了供电的可靠性。

（3）实现了开关、变压器、避雷器等关键设备的状态集中在线监测，各设备状态监测和诊断在后台统一完成，为供电设备的状态检修提供了必要的判断依据，既节省了大量的人力、物力，又防止了设备的过检修和欠检修，保护了设备。实现了设备状态的可视化。

（4）提高了设备管理的效率，也提高了设备的可靠性和抗灾能力，有效避免了事后检修造成设备的重大破坏。

（5）一键式顺序控制，提高了系统操作的方便性、快捷性和可靠性，并省时省力，极大提高了煤矿供电系统的操控水平。

5.结束语

智能化变电站高应用功能的完善需要较长时间，将随着智能化变电站技术的发展和智能电网建设的推进而逐步走向成熟。 变电站作为煤矿生产运行的动力来源，高质量的可靠供电为煤矿实现安全生产，提高经济效益提供了重要保障。 [科]

【参考文献】

[1]许晓慧.智能电网导论[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]Q/GDW383-2009，智能变电站技术导则[S].国家电网公司，2009.

[3]Q/GDWZ410-2010，高压设备智能化技术导则[S].国家电网公司，2010.