自动化技术在智能变电站中的应用分析

吴胤旻

中国水利水电第十二工程局有限公司施工科学研究院 浙江建德 311600

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。

1 设计与建设

应用自动化技术的智能变电站在建设过程就有别于传统变电站。在总体框架的设计上，智能化变电站具备三层结构。一是间隔层，间隔层要实现数据的采集，同时，间隔层还应当具备一定程度的保护相关电力设备安全工作的作用。第二则是网络层，网络层起到的作用主要是数据信息的传递，其主要的特点就是传输速率高。最后是站控层，站控层负责控制整个变电站的运转运作，间隔层和网络层这两层结构都是服务于站控层，并受站控层控制的。在设备上，为了实现自动化和智能化，变电站必须采用传统变电站所不具备的设备。在间隔层中，应当具备监控变电站运作状态和采集这些数据的设备，电能采集装置，以及对于整个变电站和一些特定工况下的保护装置也是必不可少的。站控层包含变电站的控制、服务器、监控设备和信息处理设备，网络层的新设备则有交换机、光缆接口等[1]。自动化和智能化的实现都要依靠计算机技术和信息技术，这些技术除了必要的硬件设备以外，设计合理、运行流畅的软件也是必不可少的。做好软件设计，对智能化变电站真正实现自动化而言是至关重要的。在施工过程中，智能变电站的建设也有别于传统变电站。由于智能化变电站的高度集成化，以及许多新技术本身的特点，智能化变电站和很多自动化设备都是在工厂中预制的，很多结构和设备被整合成在一个功能模块。现场的施工则是对这些功能模块进行组装，这就降低了现场施工的成本。除了变电站本身，其相关配套设施也可以运用自动化技术，比如对变电站的保护、对其周边环境的监控、对危险信号的预警等。

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 自动化技术的优势

3.1 节约成本

在变电站的建设过程中，因为其模块化的建设方式，工期相对于传统变电站而言更短。虽然自动化技术的要求会使得变电站中增加新的设备，但是工厂的大规模生产可以降低设备的单位成本。也就是说，虽然自动化设备增加了成本，但是单位设备的成本下降了，再加上模块化的建设会使得其他设备的成本也有所下降，施工难度和施工时间也都可以降低。从总体上来看，建设自动化变电站和传统变电站相比，实现了更多功能的同时，成本上也具有优势。从后期的运行维护看，自动化变电站的成本优势更为明显。自动化技术和信息技术使得变电站之间实现了站域互通，在运行过程中变电站从孤立走向了互联，运行维护自然也向互联方向发展。这样一来，技术人员可以控制的变电站就相对增加了，单位成本自然也就下降。在维护维修上，自动化技术可以替代传统变电站中很多工作人员的工作，单个变电站所需要的运行维护人员也就减少了，人员成本和设备成本自然也就降低[2]。

3.2 安全性

从安全性上看，保障变电站安全运行最重要的因素是对设备的定期维护。维护的时间间隔越短，设备运行越可靠，状态越良好。但是这个间隔的期限越短，所需要的人力、物力也就越多，并且会有大量无效的检查。自动化设备就很好地解决了这个问题，自动化变电站可以实现实时监控，可以将监控到的数据快速传递到站控层，帮助技术人员判断变电站的状态。依靠对于数据的分析和处理，很多情况下，系统可以自动地分析变电站当前状态，直接输出结果。如果变电站出现的故障是小微故障，自动化技术甚至可以通过对相关设备的调节，去修复这一故障。也就是说，自动化设备可以保障变电站本身始终处于最佳的运行状态，一旦出现问题，就可以通过实时的信息传递技术，尽快对出现问题的结构部件进行维修或更换。

4 自动化技术在智能变电站中的应用

4.1 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。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。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。

4.2 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[3]。

5 结语

自动化变电站是我国未来变电站发展的主流方向，自动化智能变电站设备符合现阶段我国电力网络建设的形势。自动化智能变电站在我国电力保障和电力安全工作中都是极为重要的一个节点，自动化智能变电站的效率关乎我国电力系统的效率，智能变电站的可靠性和安全性关乎我国电力系统的安全性和可靠性。自动化技术的应用对我国未来电力发展而言是至关重要的，但是应用自动化技术就必须要考虑到变电站工作模式的变化。从安全性、效率和可靠性等多个方面制定完善可靠的制度，运用安全、高效的技术，并且要因地制宜地制定防灾制度，做好防灾准备。只有这样，自动化技术的应用才能更好地服务于我国电力系统的发展，更好地服务于其他各项事业的发展。