智能变电站中新技术与新设备的应用

曾湘聪

（兰州倚能电力设计咨询有限公司 甘肃省兰州市 730000）

1 引言

智能变电站是指以高度集成化的智能设备，以先进可靠并且环保的技术为基础，将变电站系统建设成一个具备网络化、数字化和标准化的信息平台。以这个系统化的变电站平台为核心，达到高效可靠的自动化处理变电站信息，并且兼顾信息的收集、控制和保护。智能设备在变电站系统的运用，应当起到使整个变电站系统之实现自动化、智能化的高效控制、协同以及对设备信息的辅助分析的作用。智能化变电站系统的建设以及新技术和新设备在智能化变电站中的应用，最终目的是为了保障整个电网系统高效稳定的安全运行，从而为我国的经济发展、工业发展以及人民群众的幸福生活提供切实的基础能源保障。

2 建设智能化变电站工程中的困难和挑战

智能化变电站和传统变电站相比，其显著的优点就是更加高效，并且可以通过一定的技术手段实现超越传统变电站的安全性和可靠性。然而，智能变电站的发展同样存在制约因素。智能化设备和传统设备相比，其复杂程度是显而易见的。智能化变电站不仅承担着传统变电站的一切功能，还为了追求效率而增加了相当多的智能化设备。

由于新设备的增加，操作和维护的工作流程应当为智能化变电站中的新设备设计专门的维护操作手段。新设备的增加，也要求对变电站的空间布局进行新形式的设计，以适应智能化设备和变电站之间的协同运作新模式。在进行空间布局设计的过程中，自然而然的产生了对智能化变电站高集成化的要求，这就要求智能化变电站的各个部件的设计思路应当把集成化作为一个重要方向。

另外，新兴设备的安全性和使用寿命也是一个应当关注的问题。和传统变电站经过数十年的实践摸索不同，智能化变电站中的许多设备并没有充分暴露出有可能出现的故障和安全隐患，在设计、施工、操作、维护的各个阶段都应当充分考虑到智能化变电站中的安全问题。在设计和建设智能化变电站时，应当考虑到如何避免对控制电路所产生的种种干扰，电磁感应所产生的环流又应该如何避免和解决。此外还要因地制宜的在对智能化变电站的空间布局进行设计的同时，做好防火、油封等设计和建设工作。

因此，从理论上论证新设备和新技术的可靠性就成了推动新技术和新设备在智能化变电站建设中至关重要的环节。在实践中逐步验证新技术设备的可靠性则是更为重要的。

3 以模块化智能变电站位列看新技术和新设备的应用

3.1 模块化建设

模块化智能变电站的建设近年来逐渐成为变电站建设的主流方式，除了国家电网公司大力推广模块化的建设变电站以外，模块化智能变电站其本身的优势才是近年来它越发流行的根本原因。

模块化智能变电站对我国来说，本身就是一种相对新兴的技术。虽然将变电站模块化的设计建设思路早在上世纪八十年代就由美国提出，但我国的模块化智能变电站只到2009年才于湖南省投入运行。低压模块化智能变电站的建设真正和我国电力工程系统完全契合，是2018年在国家电网公司的推动下，才逐步得以广泛应用的。可见对我国的电气基础工程建设而言，模块化的设计和建设变电站本身就是一种相对新兴的技术。

模块化建设的变电站和传统建设方法相比，其优势是显而易见的。和传统的变电站建设模式相比，施工现场的施工对象从零件变成了高度集成化的变电站模块。这样一来，不论是施工成本还是工期，相比传统的变电站建设而言都是大大减少的，而变电站的模块建设则是由工厂预制的。可以说，模块化的建设施工方式是从源头上解决我国电力网络发展速度的重要手段。

在前期建设中采用工厂预制，现场安装的模块化设计思路，就决定了在后期维护、维修中同样以模块为单位进行维护。这就切实提高了维护的效率，为整个电力系统的可靠性、可用性提供了保障，也是一种降低维护成本的有效途径。

模块化智能变电站中同样可以运用许多新的技术和设备，以达到提高效率和安全性并且降低成本的目的。

3.2 气体绝缘线路

利用气体作为绝缘介质是一种十分成熟的技术了，广泛应用于气体绝缘开关设备中GIS(gas-insulated switchgear）。近年来，对气体绝缘介质的应用有了新的发展，在智能化变电站的建设中，可以采用气体绝缘线路技术GIL(gas-insulated line）。气体绝缘线路技术和气体绝缘开关设备并不相同，它是利用六氟化硫气体或六氟化硫气体和氮气的混合气体去绝缘导体。气体绝缘线路的优势在于它的维护过程，以及节约成本和提高安全性上。

采用气体绝缘线路的变电站在维护过程中相对传统变电站而言，它只需要采取及其有限的侵入式的维护手段，气体绝缘线路可以说是提高了变电站整体线路的可靠性，而这对后期的维护和降低维护成本而言都是十分有利的。对于前期的施工建设而言，提高线路安全性就意味着设计施工的冗余空间更大，有更多的设计施工可能性。比如，为了减少施工成本，导线将可以直接安装在变电站内的地表，这是传统线路所不易实现的。

此外，气体绝缘线路技术和模块化智能变电站的设计建设思路是相吻合的。智能化变电站本身就有着高度集成化的要求，模块化建设也是集成化优势的一种体现，气体绝缘线路在智能化变电站中的应用将为实现更高程度的继承化提供技术上的可能性。以六氟化氢为绝缘介质的断路器可以和气体绝缘变压器GIT(gas-insulated transformer）进行配套的使用，从而构成一个全密封的成套的变电设备。

这种成套的全密封变电设备相对于传统的变电设备而言优势是十分明显的。变电站中，绕组和铁芯在通电状态下会产生相当多的热量，和传统的油浸式变电站不同，利用六氟化氢或氮气本身就具备散热的作用。而且，为了增强散热的效果，可以采用增加气体对流的方式以带走更多的热量。以绝缘气体自身的特性散热，不论是从设计施工难度还是成本上看，其优势都是显而易见的。而且，从安全的角度看，绝缘气体线路本身就具备防火、防爆等诸多优点。

气体绝缘线路的不足之处在于它对密封性有较高的要求。一旦发生气体泄漏又没有及时发现，其可能产生的安全隐患并不比传统的变电设备小。如果没有完善的操作维护工作流程，那么气体绝缘线路技术在模块化智能变电站中的安全性优势就荡然无存了。因此，在利用气体绝缘技术建设智能化变电站时，一定要考虑到材料、当地的自然环境、气候、生物等影响因素，同时要完善智能化变电站的后期操作和维护流程。

3.3 故障电流限制技术

我国目前的发电量和用电量都在不断增加，这就意味着我国电力系统的负荷也随之增加，那么电力系统的设计容量就自然应当随着这一趋势的变化增加。这也就导致了电路中发生故障的可能性较以往更大，利用新的技术是可以在一定程度上适应当前阶段的对线路进行维修的要求的。

在传统的故障线路维修过程中，切断故障电流主要通过断路器进行。但在当前阶段，断路器要承担的任务越来越重，也就要求其分段能力必须足够强大。这样一来，断路器的结构就愈发复杂，随之而来的就是成本的水涨船高。

那么将发生故障的短路电流限制在一定的水平之下自然就成了当前阶段智能化变电站的一个重要任务了，新型的故障电流限流设备在这一领域就能够发挥出巨大的功用。不论是从维修的难度、效果上考虑，还是从成本上考虑，新型的故障电流限流设备都具有传动断路器无可比拟的优势。

随着超导技术的发展，基于超导技术所开发的故障限流器就可以在某些产生故障的工况下限制故障电流的大小。超导限流可以在短短的几十微秒内就将短路线路的电流限制在电路设计电流的两倍左右，这时再配合断路器使用就可以很好的降低断路器的负担，从而达到高效的限制故障电流的效果。并且，利用超导技术限制故障电流从安全性上考虑也是一种极为必要的措施。除了利用超导技术外，背靠背高压直流输电技术等新型技术和设备都可以在不同的工况下起到保护故障电路，限制短路线路中电流的作用。

利用新型技术和设备限制故障电流在应用中的主要困难在于其所适用的环境相对狭窄。需要根据不同的工作环境以及不同的故障采用不同的技术，这样才能起到安全高效的限制作用。在设计施工之时，就要考虑到该智能化变电站的环境和可能需要应对的问题，以此为根据选择不同的技术设备。此外，是否需要进行冗余设计也是应当考虑的问题。另一个需要慎重对待的问题就是变电站中相关设备的可靠性问题，在对短路的故障电流进行控制的同时，有可能会对其他相关设备造成破坏，其他设备的可靠性就成了配合电流限制技术的重要因素。

3.4 智能化和信息化的技术的应用

在IEC61850 通信标准下，智能化变电站可以实现设备互联、信息信息共享、提高运行可可靠性，降低维护难度，实时检测变电站运行状态等功能。实现智能化变电站的状态信息可视化，利用实时信息和系统实现预警，辅助工作人员进行决策和操作以及实现站域的控制等等。

在信息技术的支持下，对智能化变电站的保护提供了十分有利的条件。一方面可以将对变电站状态的定期监测变为事实监测，极大程度上降低了有可能发生的事故。另一方面也可以利用站域控制事实对变电站负荷的控制，从而更好的保护变电站。

智能化、信息化的变电站相较于传统变电站其优势是毋庸置疑的，与此同时，智能化变电站所面临的问题也是传统变电站所不用考虑的。智能化变电站中的许多集成化和信息化的设备可靠性在现阶段还相对较差，尤其是在变电站内部，工作环境是相当复杂的。比如，在智能化变电站中必不可少的感光元器件，其中有不少都是十分敏感的，这类元器件在复杂的工况下很有可能因为过于敏感而受到其他因素的影响，或者因为复杂的环境导致寿命衰减，失灵。

这些有可能出现的问题都会影响智能变电站的可靠性。智能变电站设备互联的特点虽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围扩大。造成更为严重的不良影响，产生更多的经济损失。基于智能化变电站的这一特点，在设计施工时一定要尽可能的保障工程质量，适当提高标准，进行适当的冗余设计。并且在后期的维护过程中，不能完全的依赖智能化、信息化设备，必要的人工检修是不可替代的，而且检修过程中对应格外注意变电站中的智能化和信息化设备。

4 结语

兼顾效率和安全是在智能变电站中应用新技术与新设备应当首要考虑的因素。本文以模块化智能变电站建设、气体绝缘线路、故障电流限制技术以及智能化信息化设备的应用等几个技术和设备为例，分析了新技术与新设备在智能化变电站应用中的优势与不足，以及潜在的风险。

综上所述，新技术和新设备的优势是巨大的，潜在的风险是可以规避的。在实际应用当中，推广新技术和新设备是未来发展的趋势，出于可靠性和安全性的考虑，在应用这些技术和设备的过程中应当细化操作流程，对可能出现的风险进行预防。我们应该努力使得新技术和新设备在使得变电站工作效率的提的同时兼顾安全和可靠。