張麗

隨著我國(guó)電力行業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)的智能電網(wǎng)體系正在進(jìn)行大規(guī)模全方位的建設(shè)。這種電網(wǎng)體系以特高壓電網(wǎng)作為基本結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)接大量的分支電網(wǎng)形成整體的智能電網(wǎng)。這種電網(wǎng)體系的實(shí)際運(yùn)行需各分支電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)作用，該體系具有自動(dòng)化、智能化和信息化等電網(wǎng)體系特征。隨著高新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，新型的互感器技術(shù)和高效通訊技術(shù)將成為我國(guó)各級(jí)電網(wǎng)體系建設(shè)的熱點(diǎn)。

一、智能化變電站的組成及特點(diǎn)

GIS高壓組合電器智能化變電站是一種新型數(shù)字化變電站，其主要將信息采集、傳輸和處理輸出等功能有機(jī)組合。其實(shí)際是指一次電氣設(shè)備的數(shù)字化和二次裝置的全數(shù)字化，同時(shí)采用全站統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。這種變電站的技術(shù)特點(diǎn)大致可包括以下三點(diǎn)：首先是一次電氣設(shè)備的數(shù)字化。這種變電站主要應(yīng)用較為先進(jìn)的光學(xué)互感器以及智能開(kāi)關(guān)等一次電氣設(shè)備。同時(shí)一次設(shè)備和二次設(shè)備的采樣值、狀態(tài)量和控制命令等信息的交換主要使用光纖傳輸數(shù)字編碼信息，這使得一次電氣設(shè)備具有數(shù)字接口。其次是二次裝置的全數(shù)字化，這主要是指采用網(wǎng)絡(luò)通信方式取代傳統(tǒng)的二次裝置間、二次裝置和其他各種設(shè)備間、二次裝置和一次電氣設(shè)備間的二次電纜。這種網(wǎng)絡(luò)通信方式發(fā)射和接受信息，可以有效保障信息傳遞的高效性和安全性，同時(shí)完成了信息傳輸?shù)娜珨?shù)字化。最后是自動(dòng)化管理，整個(gè)GIS智能化變電站采用全站統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。這是一種使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信的信息平臺(tái)，其可以保證運(yùn)行管理系統(tǒng)的自動(dòng)化，降低人工成本。該平臺(tái)主要采用自動(dòng)化技術(shù)將故障分析、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

二、新技術(shù)的改造升級(jí)

隨著輸變電技術(shù)的不斷發(fā)展，以及各企業(yè)生產(chǎn)和居民生活對(duì)電力實(shí)際需求的日益增長(zhǎng)，使得現(xiàn)有的一些電氣設(shè)備和信息傳輸技術(shù)相對(duì)過(guò)時(shí)，這要求各電氣制造企業(yè)不斷的研發(fā)新技術(shù)和淘汰舊技術(shù)。由于這種不斷的更新淘汰，導(dǎo)致大量的新型高壓電氣設(shè)備的出現(xiàn)和應(yīng)用。這些新型高壓電氣設(shè)備，特別是GIS智能化變電站，可以有效保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。電網(wǎng)系統(tǒng)智能化是當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一，因此對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)智能化進(jìn)行改造升級(jí)意義十分重大，該改造升級(jí)大致可包括以下幾個(gè)方面：

1、光學(xué)互感器技術(shù)

光學(xué)互感器技術(shù)將整個(gè)變電站設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集傳輸、狀態(tài)保護(hù)以及故障錄入等流程智能化。光學(xué)互感器技術(shù)的使用可以提升數(shù)據(jù)和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性，完善了傳統(tǒng)的電磁式互感器的一些缺陷，降低數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的額外誤差，提高整個(gè)GIS智能化變電站系統(tǒng)的精度。同時(shí)這種技術(shù)的使用可以保障保護(hù)測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的采樣流程，其有力的保證了變電站的智能化發(fā)展。鐵芯卡滯作為變電站設(shè)備運(yùn)行中常出現(xiàn)的技術(shù)難題之一，其嚴(yán)重影響著變電站設(shè)備的正常運(yùn)行，這不僅會(huì)降低變電站運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，還會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。首先采用光學(xué)互感器技術(shù)，其主要監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的分、合閘過(guò)程中的線圈實(shí)時(shí)工作電流，并進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)記錄。這種實(shí)時(shí)工作電流的相關(guān)參數(shù)是計(jì)算鐵芯啟動(dòng)和線圈通電時(shí)間等數(shù)據(jù)的依據(jù)，通過(guò)相應(yīng)計(jì)算可以得到鐵芯實(shí)時(shí)狀態(tài)，并且可以及時(shí)檢測(cè)鐵芯卡滯、位置移動(dòng)以及吸力大小等重要參數(shù)的變化情況。其次光學(xué)互感器技術(shù)的使用，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)分、合閘線圈的工作電壓情況。對(duì)于這種工作電壓的有效監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)掌握操作回路電壓的數(shù)值變化情況。這種電壓監(jiān)測(cè)可作為GIS智能化變電站故障判斷和處理的重要參考。

2、智能開(kāi)關(guān)

首先是智能開(kāi)關(guān)斷路器使用，可以對(duì)線路和設(shè)備的開(kāi)斷電流和開(kāi)斷次數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而計(jì)算得到實(shí)際的觸頭電磨損情況，并將其作為判斷斷路器使用壽命的重要依據(jù)，同時(shí)其也可作為及時(shí)更換觸點(diǎn)和維修檢測(cè)的重要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)觸頭電磨損情況及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理，保證電力傳輸?shù)姆€(wěn)定有效進(jìn)行，避免因觸頭電磨損導(dǎo)致的不必要的經(jīng)濟(jì)損失。其次智能開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的行程、時(shí)間的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析并繪制行程—時(shí)間特性曲線，根據(jù)曲線進(jìn)一步分析斷路器的實(shí)時(shí)狀態(tài)，如斷路器的實(shí)時(shí)狀態(tài)不正常，則需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整和維修。再次是SF6氣體密度的監(jiān)測(cè)，SF6氣體密度是保障智能開(kāi)關(guān)有效運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)之一，根據(jù)SF6氣體密度值可以有效分析出當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)發(fā)出相應(yīng)指令或警告提示。這些智能化指令有利于工作人員更好的掌控后整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。最后是智能開(kāi)關(guān)的使用，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)分、合閘回路狀態(tài)情況。這種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以避免斷路器因控制回路斷線故障導(dǎo)致的拒動(dòng)現(xiàn)象，其可以有效的保障斷的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3、系統(tǒng)自檢

系統(tǒng)自檢可以針對(duì)斷路器以及隔離接地開(kāi)關(guān)觸頭位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)對(duì)整個(gè)操作機(jī)構(gòu)、輔助開(kāi)關(guān)狀態(tài)、儲(chǔ)能情況以及電機(jī)電源情況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)并記錄，如出現(xiàn)異常則可及時(shí)發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)自檢還可以對(duì)系統(tǒng)電流和電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)繼電保護(hù)情況和電流信號(hào)傳輸進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)系統(tǒng)自檢還可對(duì)于匯控柜的溫濕度和絕緣性等相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4、傳感器和通信方式

可根據(jù)各級(jí)變電站的操作控制目的和方式的差異，采用相關(guān)的傳感器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和錄入的數(shù)字化，其既可以保證采集和錄入的精確性，避免人為誤差，同時(shí)其在極大程度上降低了人工操作強(qiáng)度和人力成本。采用新的通信網(wǎng)絡(luò)方式取代傳統(tǒng)的二次電纜，既可以節(jié)省建設(shè)投資成本，節(jié)省材料和保護(hù)環(huán)境，又可簡(jiǎn)化二次接線方式，使其實(shí)際應(yīng)用性更好。

5、新數(shù)據(jù)平臺(tái)

GIS智能化變電站采用全站統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。既實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信，又保證運(yùn)行管理系統(tǒng)的自動(dòng)化，降低人工成本。

通過(guò)上述新技術(shù)對(duì)高壓電器組合的改造升級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)智能化的高壓電器組合設(shè)備有效的集成高電壓、傳感器、計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理和網(wǎng)絡(luò)通信等高新技術(shù)，其可以有效保證這個(gè)電網(wǎng)體系監(jiān)控和測(cè)量的精確性、安全性和穩(wěn)固性。

三、實(shí)際應(yīng)用情況分析

目前，世界很多大型的電力設(shè)備公司，如西門子、阿西布朗勃法瑞公司等，對(duì)GIS技術(shù)研究較早并取得了一定的研究成果。有些公司已經(jīng)研發(fā)出相應(yīng)的GIS智能化變電站技術(shù)和配套使用設(shè)備。還有些電力設(shè)備公司的數(shù)字化變電站的一次、二次設(shè)備已進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)際工作運(yùn)行，并取得良好的運(yùn)行效果。與國(guó)外相關(guān)研究相比，我國(guó)的變電站智能化起步較晚，技術(shù)相對(duì)落后。從我國(guó)2001年起相繼進(jìn)行數(shù)字化變電站的可行性研究，并根據(jù)相關(guān)部門制定的EC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)變電站進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)，目前我國(guó)建設(shè)大量的110kV等各種數(shù)字化變電站，部分變電站已完工并投入使用。隨著我國(guó)變電站數(shù)字化技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字化技術(shù)、信息化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)也將相應(yīng)的應(yīng)用于我國(guó)的變電站建設(shè)。就目前而言，變電站數(shù)字化技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)變電站研究的技術(shù)熱點(diǎn)。

金屬封閉式氣體絕緣高壓組合電器的應(yīng)用已將近三十年，這種高壓組合電器的特點(diǎn)主要包括：首先是其設(shè)備使用面積要求小，建設(shè)和運(yùn)行投入成本低。其次是實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行操作的安全性。接下來(lái)是這種電器安裝較為簡(jiǎn)單，同時(shí)維護(hù)方便。最后是一體化設(shè)計(jì)，其空間利用率高，不額外占用空間，同時(shí)其可以智能化便捷升級(jí)。高壓組合電器因其上述特點(diǎn)已在各級(jí)電網(wǎng)建設(shè)得到大規(guī)模的應(yīng)用。GIS高壓組合電器的智能化一次設(shè)備，主要是由互感器等硬件以及開(kāi)關(guān)操作、系統(tǒng)控制等軟件系統(tǒng)組合構(gòu)成的。其中高壓組合電器智能化的關(guān)鍵問(wèn)題是對(duì)高壓組合電器運(yùn)行的相關(guān)信息進(jìn)行采集和錄入，而電子和光電技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用有效解決了上述問(wèn)題。其主要采用氣體密度、壓力、光柵彈簧儲(chǔ)能、溫濕度以及局部放電等傳感器，利用日漸完善的技術(shù)和產(chǎn)品功能，有效維護(hù)高壓組合電器的運(yùn)行狀態(tài)，盡可能的降低高壓組合電器的故障維修頻次。

我國(guó)傳統(tǒng)變電站的不同功能所使用的通信技術(shù)、傳輸方式各不相同，一次與二次設(shè)備的信息交換主要使用的是模擬信號(hào)和電平信號(hào)，并且需要鋪設(shè)大量的電纜進(jìn)行信息傳輸，同時(shí)變電站的不同功能，需建立起相應(yīng)的信息采集、錄入、傳輸、判斷和執(zhí)行系統(tǒng)，這也需要與之配套的硬件和線路的支持，這無(wú)形中增加了變電站建設(shè)和運(yùn)行的復(fù)雜程度，同時(shí)也提高了相應(yīng)的建設(shè)運(yùn)行成本。而實(shí)現(xiàn)變電站的智能化、數(shù)字化可以有效的解決上述問(wèn)題。這種變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)保護(hù)、精確計(jì)量以及VQC等系統(tǒng)采用同一通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接收相應(yīng)的電信號(hào)參數(shù)、溫濕度和設(shè)備狀態(tài)等各種信息，并對(duì)各種信息進(jìn)行判斷分析，再采用同一網(wǎng)絡(luò)發(fā)送調(diào)控命令。這既不需要為不同功能建立其配套系統(tǒng)，也不需要設(shè)置相應(yīng)的硬件和線路，降低了變電站系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)也在很大程度上降低變電站的建設(shè)運(yùn)行成本。

GIS高壓組合電器智能化變電站，其具體應(yīng)該包括系統(tǒng)保護(hù)、調(diào)度和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等自動(dòng)化功能。一次設(shè)備的智能化，其具體指信息的采集、錄入、處理和通信的智能化。同時(shí)將自動(dòng)化、保護(hù)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等元件的使用，主要依靠硬件的有效支撐。二次系統(tǒng)的信息處理和遠(yuǎn)程控制采用相關(guān)軟件支持。智能化系統(tǒng)在保證基本的微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)上，增設(shè)相應(yīng)的防誤操作的開(kāi)關(guān)裝置、運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境監(jiān)測(cè)以及故障檢測(cè)處理等自動(dòng)化裝置集成在接地控制柜中，既可以節(jié)約設(shè)備的使用空間，同時(shí)也節(jié)約了相應(yīng)的投資成本，又達(dá)到智能化系統(tǒng)的多種功能的有效組合的目的。

四、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)GIS高壓組合電器智能化變電站的組成及特點(diǎn)的闡述，并對(duì)新技術(shù)的改造升級(jí)以及GIS在智能化變電站中的應(yīng)用分析，不難看出，GIS高壓組合電器具有良好的通信性能和安全穩(wěn)定性，大量的相關(guān)智能化設(shè)備，以及多種智能化、自動(dòng)化和數(shù)字化技術(shù)的大量應(yīng)用，使得GIS高壓組合電器成為我國(guó)當(dāng)前的智能化變電站建設(shè)的熱點(diǎn)技術(shù)。但是也需要對(duì)GIS高壓組合電器的不斷研究改進(jìn)，才能保證其可在我國(guó)大規(guī)模智能化變電站建設(shè)得到廣泛應(yīng)用。