模块化智能变电站在电力工程设计中的应用

李奕恒

南京工程学院，江苏南京，210000

0 引言

近年来，全球智能变电站市场规模不断扩大。2021年，我国电网召开新一代智能变电站示范工程启动会议，实现了新一代智能变电站模块化建设的突破。随着智能变电站的建设如火如荼，智能变电站的运维和设备故障排除也成为越来越受关注的焦点，设备运行和故障排除的效率直接影响着智能变电站的发展[1]。在此基础上，分析智能变电站运维技术、设备故障排除方法具有重要意义。智能变电站兼具高质量、标准化、规模化的特点，可为智能电网建设提供有力支撑。但在智能变电站的运行过程中，出现了很多问题[2]。对此，围绕智能变电站，结合智能变电站的概念和架构，概述智能变电站的运维技术，针对智能变电站内部设备的常见故障，提出几点建议处理措施，希望能为智能变电站的安全运行提供一些参考。

1 模块化智能变电站的构成

模块化智能变电站是一种新型的适应时代的变电站，以220kV变电站为例，通常分为主变模块、220kV断路器模块、110kV断路器模块、10kV断路器模块等八个主要功能模块、电容器模块、反应器模块、变电站变模块、地变模块，以及完整的自动化模块。220kV和110kV主变模块部分套管主要采用分体方式与引入电缆进行有效电气连接，10kV部分主要采用全绝缘封闭母线桥或多芯电缆连接方式与10kV开关模块连接。220kV断路器模块、110kV断路器模块主要是气体绝缘封闭式断路器（GIS）设备，预装在综合断路器室，可现场组装，通过可拆卸方式，与输入电缆进行高效电气连接。10kV投切模块采用组合电器，预装在综合断路器室内，可现场组装，也可选择箱式投切室与主变模块采用全绝缘封闭母线桥或多芯电缆连接。电容模块、电抗器模块、变站模块、变地模块为工厂预制，可与10kV开关模块拼装或独立安装。集成自动化模块采用集成预制舱室样式，通过控制和通信电缆连接到其他模块。

2 智能变电站运行维护技术

2.1 巡视方面

旁路是智能变电站运维的基础，通过旁路，维护人员可以发现智能变电站现有系统环节存在的问题，并及时共享和解决。随着智能电网规模的不断扩大和智能设备管理复杂程度的日益提高，旁路的内容随着电压等级的变化而变化，状态旁路逐渐取代了传统的旁路方式。可视化巡视主要针对智能变电站通用设备设计，以科学信息技术为支撑，进行全面巡检，解决了传统巡检模式存在的信息汇总不完善、分析不准确等问题。常见的旁路对象有火灾自动报警子系统（手动报警按钮、探测器、信号模块）、环境监控子系统（湿度传感器、温度传感器）、图像监控系统（视频设备、视频服务器）、安防子系统（编码器设备）等。

2.2 检查评估方面

在绕过智能变电站工作状态的基础上，维护人员应根据智能变电站电气设备的设计特点、实际运行数据，准确检查和评估，检测智能变电站设备的故障因素。及时传输报警数据，预知故障发生，绕过因故障引起的大面积停电，为调整维修周期、确定维修重点提供依据。同时，维修人员应检查设备的机械设计，检查标准为：机体清洁无异物、温湿度正确（最高环境温度不超过40℃，最高相对湿度不超过90%）、呼吸器的完整性、标注强烈、相色明显、满刻度、阀门启动、分离开关处于正常位置等[3]。除正常检查要素外，还包括特殊验证要素。如果在风中检查标注没有太大晃动，则没有碎屑；雷雨过后，检查全世界无任何排放痕迹，入口接头内无水汽；在雾天检查引线连接中是否存在火花放电；在大雪期间，检查每个连接头是否掉落；雪不会立即溶解，也不会在冰上滑动；晚上检查加热烧红或瓷瓶放电的连接；检查周边的温度变化；设备过载运行0.5h时，检查1次，以此类推。

2.3 测变方面

根据走查，维护人员必须使用专用设备测量变电站的运行参数。例如，根据监控智能终端一次运行的设备参数，用示波器（2500V、500V）测量高低压绕组之间对于不同绕组的绝缘电阻，记录测量时间、油温、天气情况等，记录在系统中，与智能终端数据进行对比。为优化智能终端监测精度提供依据，需要注意绝缘测量，技术人员必须隔离每一侧的初级电路。例如在没有断路器的情况下将变压器与其他设备隔离时，开关可以在加油或过滤油后，共同测量绝缘；更换硅胶或大量更换油后，通过智能终端的控制值共同判断变压器绝缘是否良好。

3 提升智能变电站运行维护质量的建议

3.1 加强对智能变电站的设备管理

智能变电站运行中有大量精密设备，因此在维护过程中，工作人员首先要明确相关信息档案，对相关设备数据进行汇总处理，以便于进行在维护过程的后期阶段熟悉。另外，操作票管理需要规范，必须严格遵守相关标准，以及操作的制度，避免进行监督工作，通过制度和认证相结合，避免因自己的失误导致设备故障。

3.2 加强智能变电站运维管控

旁路是保障智能变电站正常运行的重要环节，需要工作人员多加注意，对设备的工作状况进行全面检查和关注，认真排查解决存在的问题，让其回归到正常运行。另外，可以使用智能变电站的旁路机器人，在安装的程序中可以自动规划旁路巡检的路线，对于特殊的旁路工作人员，也可以在后台控制旁路机器人进行旁路巡检。旁路机器人本身拥有强大的数据库，可以对比采集到的信息从而判断设备的运行状态，并将其传输到后台供人员参考工作，具有较高的准确性，与人工旁路检查相比也提高了效率。但由于旁路机器人目前还处于应用初期，还存在很多不足，需要通过改进技术来优化功能，以及积累应用经验[4-5]。

3.3 提升运维技术人员的专业能力

智能变电站作为一种新型的现代供电结构，需要采用先进的维修手段来保障其日常运行，传统的维修手段无法彻底解决智能变电站出现的问题，管理需要全面升级，提升专业水平为操作人员和操作人员提供服务设备，加强智能变电站操作人员和操作人员专业技能的传授和培训工作，有目的地讲解先进的技术知识，培训结束后，仍要及时对智能变电站的应用情况进行认证和评估。操作人员和操作人员的相关知识和技能，以确保操作人员和操作人员在基本掌握智能变电站的建设和运行原理的情况下，能够进行优质高效的维修技术，从而鼓励每个操作人员和操作人员对智能变电站中存在的故障进行及时的排查和排除，使变电站的整体维修效率大大提高。

3.4 常规运维方法

在继电保护装置的运行中，正常运行和检修方法主要包括以下几个方面。①合理制定维护和检修方案，相关负责人要严格按照保护继电器的维护和检修方案制定。按照既定规则，开展现场检查工作，对各装置的运行状况、线路运行方式进行全面检查，确保维修方案与现场实际情况相符，从而增加执行该选项的可行性。②线路保护要重视，保护方式包括集中式和冗余式，在进行选型时，操作人员和操作人员要结合实际情况进行，这样才能更好地发挥继电保护装置的作用。③做好风险评估工作，这是正常运维中非常关键的一环，运维人员要更加重视，并根据检修作业的风险识别做好所有的风险评估工作，尽可能减少风险发生的频率。

3.5 智能运维系统的应用

为进一步提高智能变电站继电保护运维质量，减少运行安全问题的发生，还应加强智能运维系统的科学使用，尤其要考虑以下三个方面。①系统的功能架构，根据相关调查，系统采用三层架构，即数据源、数据仓库分析、应用层，相关人员应该很清楚每个层面，例如获取数据源主要来自导入或采集两个渠道，而存储分析通常由数据库完成，应用层面涉及状态、操作和维护监控模块。②系统的移动终端，其作用一般是收集基础数据，提高信息安全程度，减少风险发生的愿望，要求移动终端的外网数据接入内网。③系统维护流程，包括业务需求梳理、工作流集合分离等，按规范流程可以进一步减少人为误操作的频率。

3.6 模块化智能变电站的节能分析

模块化变电站主要是在工厂按功能模块单独组装，现场组装，要达到变电站的节能要求，需要考虑预制隔间的设计、材料以及颜色预制隔间的外立面。为保证装配式车厢体的抗震、防风，装配式车厢的结构主要采用高强度钢框架作为车厢体的主框架，可以在车体顶部安装适当的通风孔，身体的底部和墙壁等地方，以确保空气可以在身体内部与外部空气交换。对通风口进行改造，根据内外环境温度的变化进行空气交换，保持舱内压力平衡，当通风口自动关闭后，机壳内部温度上升（下降）到制冷设备的启动温度，从而在舱内形成封闭的空气绝缘。隔间墙主要由纤维水泥外墙板（由外向内）、空气交换、防潮膜、定向结构刨花板、隔热材料、方管或其他钢结构、耐火防潮干墙等材料构成，具有优良的保温性和气密性，有效防止室内结露现象的发生，不用担心长期使用可能导致抽屉腐烂，同时还有防灰尘、防腐、防潮、防火性能[6]。金邦外墙板材料环保、强度轻、隔音隔热、防水防火、耐寒防冻，保证了装配式车厢的节能效果。

3.7 二次设备故障及处理

在智能变电站二次设备运行过程中，出现概率较大的故障有：熔断器故障、线路断电故障、保护装置故障、软压号故障等。

熔断器故障主要表现在线路工作正常，变电站二次设备工作不正常。检测到故障后，搬运工必须停止200kV母线差动保护装置，即故障装置，在跳闸输出处退出软钳位。然后启动故障机构，将软压杆投入另一个保护装置的工作，将出现问题的组合单元放入硬杆进行维修，隔离市民和保护装置。

线路断电故障主要表现在线路工作不正常。加工人员检测到故障后，应第一时间启动故障和切断VIS软压，同时退出220kV母线故障软压和双套保护，再进入硬压保护220kV母线，将两套保护装置修复到永久位置[7]。

保护装置的故障主要表现在线路工作正常时，保护装置异常停机。处理人员在检测到故障后，必须分析故障原因并向调度服务部门报告。在此过程中，重新启动保护装置，直到保护装置恢复正常运行。如果安全装置不能正常工作，必须拔出GOOSE软夹条。

软压机号故障主要表现为压机操作不正确，电厂完全停电，线路保护装置维修状态标志为0，组合机组维修状态标志为1。当引入刚性压杆进行维修时，用于线路保护的接收软压机不会停止使用。检测到故障后，处理人员必须及时将维修设备区间的接收软条从保护中取出，以免因异物重叠造成线路短路。

二次设备故障排除后，故障排除人员应结合现行政府法规和行业标准对二次设备的形状、颜色、布局精度、机械稳定性、完全陷印、外观等进行验收。例如：二次设备外观编号，颜色吸引人；光纤及二次连接处均有标志，其内容包括接线技术、接线时间、原电缆类型、接线类型等信息；光缆连接外观整齐、美观，缠绕方向一致，线材绝缘性能好，外观无破损或其他缺陷。在必要条件下，故障排除人员可以进行二次接线，通过传输方式接受二次回路，重点关注相关系统信号的传输，观察遥感、跳闸、输出行为、设定值变化规律，确保二次回路符合相关法律法规的要求[8]。

4 结语

综上所述，“智能变电站”由于应用时间短，缺乏应用经验，在后期的维护过程中确实存在一定的难度，但其优势导致其拥有发展前景广阔。因此，工作人员需要不断提高自身的专业素养和业务适应性，积极了解工作原理、设备组成，并在实践中总结经验，确保工作安全稳定。智能变电站是由智能高压设备、变电站信息平台组成的变电站，具有交互性好、可靠性高、低碳环保等特点。在智能变电站运行过程中，运维人员可以对智能变电站架构的过程层、区间、站控层进行运维操作，并根据各楼层一、二次设备特点，有针对性地进行故障排查，保障智能变电站设备的正常运行，支持智能变电站的进一步发展。