智能变电站中新技术与新设备的应用

曾鑫 桑伟

国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司 江苏 扬州 225009

引言

作为电网的核心环节，智能变电站的出现改变了传统变电站的运维模式，实现变电站向智能化、绿色化的转变，加快构建“无人值守+远程运维”的变电运维新模式的转型升级，亦推进了智慧电网的发展。供电企业需要不断地进行探索，积极引入新的计算机技术和自动化技术，在原有的传统设备发挥作用的基础上，结合智能化技术，加快智能变电站的建设进度。同时，供电企业还要在开展作业中完善自身的规范制度，定时定期地对工作人员进行培训和学习，提升作业人员的综合素质，以增加智能变电站变电运维的安全性和电力设备运行的稳定性。

1 智能变电站概述

智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能电力设备，通过现代化技术，将变电站的运行融入智能、科学的技术，以此实现人工智能。智能变电站是现代计算机网络技术与传统变电站结合优化的产物，在保持传统变电站所有功能的基础上，可以通过电子通信技术实现远程操作、实时监测、数据采集和传输的智能化、便捷化，可以利用计算机技术实现对变电站元件、设备等故障的诊断和处理。智能变电站完善了光纤网络的搭建方式，有效解决传统变电站一直存在的电磁兼容问题，即设备的辐射、传导干扰问题。智能变电站也可以利用计算机局域网技术对其电压、电流信息以数字化技术收集，继而实现智能断路器等构件的应用，让智能变电站自动化运转，提高变电站的工作效率和准确率[1]。

智能变电站是与传统变电站不同的变电系统，其以现代信息技术为支撑，运用大数据、云计算、人工智能等技术，通过智能化系统进行变电服务管理，以满足电气管理运维需求。智能变电站由智能化一次设备、智能终端、合并单元及配套的保护、测量、控制设备等构成，具体包括3个层次，分别为站控层、间隔层和过程层。站控层设备包括监控后台、五防后台、远动主机等；间隔层设备包括保护装置和测控装置；过程层设备包括合并单元、智能终端等。层与层之间通过光纤或者网络线进行通信，组成了智能变电站的“三层两网”结构。

2 智能变电站中新技术与新设备的应用

2.1 电子式传感器

当前，常规电能计量方案已无法满足智能化变电站的实际需求，常规互感设备需要被废弃，而改用电子式传感器。电子式传感器能够把采集到的电子数据数字化，是在通信方面应用的新型电子设备，可以提高智能化变电站的用电效率。电子式传感器本身的构造并不复杂，且每个设备的工作区域都很大，能够保证得到较准确的数据信号。电子式传感器的抗干扰能力较好，其工作范围内的信号一般都不对其工作产生影响。电子式传感器的信息传输主要依靠光纤材料，可以提高电能计量的准确度和稳定性，从而最大限度地减少在数据传输期间产生差错的问题。

2.2 数字化电能表

数字化电能表是对电压、电流等量化数字量进行计量的电能计量设备。数字化电能表的电量输入采用数字接口，遵循IEC61850标准，在物理层上采用高速光纤以太网，可以和电子式互感器实现真正意义上的无缝连接。电能表的底层操作系统大多采用嵌入式实时操作系统，利用其良好的可靠性、实时性及可裁剪性，可以实现电能表的各种功能。数字化电能表通常采用“DSP＋管理MCU”的硬件设计方式，将DSP高速数字信号处理功能和高档MCU完善的管理功能结合。由以太网获取合并单元的原始采样数据，通过相应的数学计算，由DSP部分完成电参量测量、电能累计及电能计量等工作。

2.3 能源转换的技术

太阳能与风能凭借自身强大的优势与特点，已然成为利用最多的能源之一，都具有统一特点，无任何污染，且还可以取不尽、用不竭。通过站在多个角度、多个层次进行认真分析，发现电能未来发展主要趋势就是光伏电网等运行极为可靠的并网技术。在低碳经济模式发展和建设的现代社会，使用清洁环保的能源代替传统能源进行发电，成为智能电网构建过程中技术人员关注的问题。相比较传统发电方式而言，太阳能发电、风能发电方式不仅不容易对周遭环境造成严重的灾害性影响，还能够让发电质量达到理想状态，也能够更进一步的控制发电成本[2]。

2.4 智能巡检机器人

变电站一次设备大多分散布置在室外，给运维活动开展带来了一定挑战。在人员有限的情况下难以及时发现设备问题，会给变电站运行带来安全威胁。为解决这一问题，应用智能巡检机器人开展运维活动，可以在机器人上配备激光雷达、超声传感器等各种仪器实现自主定位，完成变电设备状态信息的自动采集，开展全面巡检工作。需要通过集控站系统对基站系统、外部系统等各种系统进行集中控制，实现机器人的远程操控。通过配备硬盘录像机、视频监控器等设备，完成巡检视频采集和存储。通过无线设备，系统可以向机器人发送信号，使机器人按照巡检路线完成巡检任务。通过配备可靠的导航设备，机器人能够实现精准定位。配备可见光摄像仪、夜间照明以及雨刷等部件，机器人可以在任何天气条件下开展巡检活动。

2.5 智能感应的技术

智能感应技术是智能信息技术在使用和渗透过程中，智能变电站构建所不可或缺的重要技术。智能电网的构建工作，需要得到多种多样的技术支撑，如果能够在智能电网构建的过程中使用信息自动技术，那么工作人员便可完全通过后台操控的方式，实时监测当前电网的运行状况，获取相应数据，分析电网运行过程中触发各类危险事故的概率。这能够极大地节约人力资源层，降低智能电网在电力运输过程中触发危险性事故的可能性。通过调控和保护一体化的智能感应技术运用，可让远距离的电网操控设想得以实现，这对推动智能电网的全面发展和建设，能够起到较为明显的促进作用[3]。

2.6 远程智能管理系统

变电站的无线视频监控系统不仅要确保传统的图像监控功能，也要实现网络化监控。即监控现场的图像既能在本地监控中心看到，也能让授权用户通过无线网络随时随地监控。同时录像也可以通过硬盘数字录像，易于保存，有更大的容量空间。在变电站智能化建设背景下，开始采用视频监控系统、移动办公系统等各种辅助系统开展运维工作。但是，在系统间配合不紧密的情况下，依靠人员操作系统将导致运维人员承受较大的工作负担，导致变电站运行存在安全风险。应用远程智能管理系统开展运维工作，可以通过运维中心二级组网实施远程管理。在变电站内各子站设置检验单元，全面收集变电站运行数据，在主站监控中心汇总分析，为运维活动开展提供支持。

2.7 构建信息网络技术体系

智能化的变电运维技术应用离不开信息网络技术，信息网络技术是其中的关键。无论是过程层，间隔层还是站控制都需要完善的信息保障体系才得以实现。因此，智能电网的构建过程中，应当加强信息网络技术保障系统的建设，为变电运维技术中的智能化技术应用奠定一个良好的基础。我国的电网技术以及智能变电运维技术应用正是由于缺乏便捷的信息访问途径以及数据信息传输，才使得在实践中难以达到预期的要求和标准。此在智能电网的建设中，应当加快信息系统的完善，此刻，信息系统之间能够紧密的联系，进行统一的规划和建设，从而促进智能化变电运维技术的应用和实践[4]。

2.8 电能质量优化技术

电能质量优化技术针对智能电网提出诸多要求，例如，想要使用此项技术首先需要构建完善电能质量等级与评估体系，保证供电接口经济性，创建评估体系，这样做的目的是使智能电网有极高经济性以及质量。在智能电网中通过应用电能质量优化技术发现其中包括较多的内容，具有复杂的特点。例如电气化铁道平衡供电技术、直流有源滤波技术、连续调谐波器关键技术等，这些技术，在智能电网中可有效提高电能质量，节约支出成本，发展前景非常广阔。

3 未来展望

随着国家电网规模的不断扩大以及智能变电站的大量投运，为了保证电网安全稳定的运行，运维人员的工作任务日益增长，传统变电站的运维模式不再适合当下的需求。如何保证继电保护设备的安全运行，解决运维人员配置与日益增长的运维任务之间的矛盾，成为当前电网设备运维面临的重大和迫切问题。

3.1 零件智能化

随着科技发展，智能化零件得到普及运用，电气设备呈现智能化特征，智能变电站的智能化水平将进一步提升，这将真正推动变电站的全面智能化。例如，电子互感器将成为智能变电站的常用部件，这种设备的运用将提升运维安装效率，更好地满足变电站智能运维检测需求。同时，随着科技发展，智能化变电设备的成本将不断降低，替换更为便捷，这些均将推动变电站智能化的快速发展[5]。

3.2 可视化

应用智能可视化装置进行变电智能化研判，可以在深度学习等算法支撑下挖掘数据信息，通过全方位分析变电运行状态确定重点部位巡查频次，为运维活动的科学化开展提供支持。装置采用虚拟浸入式观测技术，通过导入变电站数据可以建立三维可视化网络，帮助人员精准制定运维计划。装置运行期间能够打破站点间的数据壁垒，实现主、辅监控系统联通，全方位监管变电运行环境，确保人员在未进入现场的情况下能够全面查看设备及周围情况。

3.3 二次设备集合

智能变电站的发展将会提升二次设备集合度，在智能化设备的运用下，减少了传统金属电缆的铺设和模拟信号的使用，转而采用光纤进行大量的光电数字信号传输，有利于设备存储空间的拓展、信号信息利用率和运行效率的提升。此外，在光纤升级优化下，智能变电站的信息化水平、数据处理水平均会提升，可以规避二次接线问题，实现设备集成度的提升。

3.4 分布式控制

在智能变电站内，各类数字信号的分级控制能够极大增强各个设备之间的独立控制性和自主协调性，通过分布式控制，可以分散各类潜在的风险，提升所有站内设备运行的整体可靠性。在智能变电站分布式控制模式下，某一层的故障并不会波及其他层的安全稳定运行，从而提升整个智能变电站的效率和负荷稳定性[6]。

4 结束语

在人工智能、大数据等各种技术快速发展的背景下，各行各业朝着智能化方向发展。电力系统依托变电站为人们的日常生产、生活提供能源支撑。探索智能化技术有效应用的方法，有助于推动变电运维的智能化发展，高效率、高质量地开展变电运维活动，确保电力系统安全、稳定供应电能。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。