曾湘聰

（蘭州倚能電力設(shè)計咨詢有限公司 甘肅省蘭州市 730000）

1 引言

智能變電站是指以高度集成化的智能設(shè)備，以先進可靠并且環(huán)保的技術(shù)為基礎(chǔ)，將變電站系統(tǒng)建設(shè)成一個具備網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化的信息平臺。以這個系統(tǒng)化的變電站平臺為核心，達到高效可靠的自動化處理變電站信息，并且兼顧信息的收集、控制和保護。智能設(shè)備在變電站系統(tǒng)的運用，應(yīng)當(dāng)起到使整個變電站系統(tǒng)之實現(xiàn)自動化、智能化的高效控制、協(xié)同以及對設(shè)備信息的輔助分析的作用。智能化變電站系統(tǒng)的建設(shè)以及新技術(shù)和新設(shè)備在智能化變電站中的應(yīng)用，最終目的是為了保障整個電網(wǎng)系統(tǒng)高效穩(wěn)定的安全運行，從而為我國的經(jīng)濟發(fā)展、工業(yè)發(fā)展以及人民群眾的幸福生活提供切實的基礎(chǔ)能源保障。

2 建設(shè)智能化變電站工程中的困難和挑戰(zhàn)

智能化變電站和傳統(tǒng)變電站相比，其顯著的優(yōu)點就是更加高效，并且可以通過一定的技術(shù)手段實現(xiàn)超越傳統(tǒng)變電站的安全性和可靠性。然而，智能變電站的發(fā)展同樣存在制約因素。智能化設(shè)備和傳統(tǒng)設(shè)備相比，其復(fù)雜程度是顯而易見的。智能化變電站不僅承擔(dān)著傳統(tǒng)變電站的一切功能，還為了追求效率而增加了相當(dāng)多的智能化設(shè)備。

由于新設(shè)備的增加，操作和維護的工作流程應(yīng)當(dāng)為智能化變電站中的新設(shè)備設(shè)計專門的維護操作手段。新設(shè)備的增加，也要求對變電站的空間布局進行新形式的設(shè)計，以適應(yīng)智能化設(shè)備和變電站之間的協(xié)同運作新模式。在進行空間布局設(shè)計的過程中，自然而然的產(chǎn)生了對智能化變電站高集成化的要求，這就要求智能化變電站的各個部件的設(shè)計思路應(yīng)當(dāng)把集成化作為一個重要方向。

另外，新興設(shè)備的安全性和使用壽命也是一個應(yīng)當(dāng)關(guān)注的問題。和傳統(tǒng)變電站經(jīng)過數(shù)十年的實踐摸索不同，智能化變電站中的許多設(shè)備并沒有充分暴露出有可能出現(xiàn)的故障和安全隱患，在設(shè)計、施工、操作、維護的各個階段都應(yīng)當(dāng)充分考慮到智能化變電站中的安全問題。在設(shè)計和建設(shè)智能化變電站時，應(yīng)當(dāng)考慮到如何避免對控制電路所產(chǎn)生的種種干擾，電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的環(huán)流又應(yīng)該如何避免和解決。此外還要因地制宜的在對智能化變電站的空間布局進行設(shè)計的同時，做好防火、油封等設(shè)計和建設(shè)工作。

因此，從理論上論證新設(shè)備和新技術(shù)的可靠性就成了推動新技術(shù)和新設(shè)備在智能化變電站建設(shè)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在實踐中逐步驗證新技術(shù)設(shè)備的可靠性則是更為重要的。

3 以模塊化智能變電站位列看新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用

3.1 模塊化建設(shè)

模塊化智能變電站的建設(shè)近年來逐漸成為變電站建設(shè)的主流方式，除了國家電網(wǎng)公司大力推廣模塊化的建設(shè)變電站以外，模塊化智能變電站其本身的優(yōu)勢才是近年來它越發(fā)流行的根本原因。

模塊化智能變電站對我國來說，本身就是一種相對新興的技術(shù)。雖然將變電站模塊化的設(shè)計建設(shè)思路早在上世紀八十年代就由美國提出，但我國的模塊化智能變電站只到2009年才于湖南省投入運行。低壓模塊化智能變電站的建設(shè)真正和我國電力工程系統(tǒng)完全契合，是2018年在國家電網(wǎng)公司的推動下，才逐步得以廣泛應(yīng)用的。可見對我國的電氣基礎(chǔ)工程建設(shè)而言，模塊化的設(shè)計和建設(shè)變電站本身就是一種相對新興的技術(shù)。

模塊化建設(shè)的變電站和傳統(tǒng)建設(shè)方法相比，其優(yōu)勢是顯而易見的。和傳統(tǒng)的變電站建設(shè)模式相比，施工現(xiàn)場的施工對象從零件變成了高度集成化的變電站模塊。這樣一來，不論是施工成本還是工期，相比傳統(tǒng)的變電站建設(shè)而言都是大大減少的，而變電站的模塊建設(shè)則是由工廠預(yù)制的?？梢哉f，模塊化的建設(shè)施工方式是從源頭上解決我國電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展速度的重要手段。

在前期建設(shè)中采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場安裝的模塊化設(shè)計思路，就決定了在后期維護、維修中同樣以模塊為單位進行維護。這就切實提高了維護的效率，為整個電力系統(tǒng)的可靠性、可用性提供了保障，也是一種降低維護成本的有效途徑。

模塊化智能變電站中同樣可以運用許多新的技術(shù)和設(shè)備，以達到提高效率和安全性并且降低成本的目的。

3.2 氣體絕緣線路

利用氣體作為絕緣介質(zhì)是一種十分成熟的技術(shù)了，廣泛應(yīng)用于氣體絕緣開關(guān)設(shè)備中GIS(gas-insulated switchgear）。近年來，對氣體絕緣介質(zhì)的應(yīng)用有了新的發(fā)展，在智能化變電站的建設(shè)中，可以采用氣體絕緣線路技術(shù)GIL(gas-insulated line）。氣體絕緣線路技術(shù)和氣體絕緣開關(guān)設(shè)備并不相同，它是利用六氟化硫氣體或六氟化硫氣體和氮氣的混合氣體去絕緣導(dǎo)體。氣體絕緣線路的優(yōu)勢在于它的維護過程，以及節(jié)約成本和提高安全性上。

采用氣體絕緣線路的變電站在維護過程中相對傳統(tǒng)變電站而言，它只需要采取及其有限的侵入式的維護手段，氣體絕緣線路可以說是提高了變電站整體線路的可靠性，而這對后期的維護和降低維護成本而言都是十分有利的。對于前期的施工建設(shè)而言，提高線路安全性就意味著設(shè)計施工的冗余空間更大，有更多的設(shè)計施工可能性。比如，為了減少施工成本，導(dǎo)線將可以直接安裝在變電站內(nèi)的地表，這是傳統(tǒng)線路所不易實現(xiàn)的。

此外，氣體絕緣線路技術(shù)和模塊化智能變電站的設(shè)計建設(shè)思路是相吻合的。智能化變電站本身就有著高度集成化的要求，模塊化建設(shè)也是集成化優(yōu)勢的一種體現(xiàn)，氣體絕緣線路在智能化變電站中的應(yīng)用將為實現(xiàn)更高程度的繼承化提供技術(shù)上的可能性。以六氟化氫為絕緣介質(zhì)的斷路器可以和氣體絕緣變壓器GIT(gas-insulated transformer）進行配套的使用，從而構(gòu)成一個全密封的成套的變電設(shè)備。

這種成套的全密封變電設(shè)備相對于傳統(tǒng)的變電設(shè)備而言優(yōu)勢是十分明顯的。變電站中，繞組和鐵芯在通電狀態(tài)下會產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量，和傳統(tǒng)的油浸式變電站不同，利用六氟化氫或氮氣本身就具備散熱的作用。而且，為了增強散熱的效果，可以采用增加氣體對流的方式以帶走更多的熱量。以絕緣氣體自身的特性散熱，不論是從設(shè)計施工難度還是成本上看，其優(yōu)勢都是顯而易見的。而且，從安全的角度看，絕緣氣體線路本身就具備防火、防爆等諸多優(yōu)點。

氣體絕緣線路的不足之處在于它對密封性有較高的要求。一旦發(fā)生氣體泄漏又沒有及時發(fā)現(xiàn)，其可能產(chǎn)生的安全隱患并不比傳統(tǒng)的變電設(shè)備小。如果沒有完善的操作維護工作流程，那么氣體絕緣線路技術(shù)在模塊化智能變電站中的安全性優(yōu)勢就蕩然無存了。因此，在利用氣體絕緣技術(shù)建設(shè)智能化變電站時，一定要考慮到材料、當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、氣候、生物等影響因素，同時要完善智能化變電站的后期操作和維護流程。

3.3 故障電流限制技術(shù)

我國目前的發(fā)電量和用電量都在不斷增加，這就意味著我國電力系統(tǒng)的負荷也隨之增加，那么電力系統(tǒng)的設(shè)計容量就自然應(yīng)當(dāng)隨著這一趨勢的變化增加。這也就導(dǎo)致了電路中發(fā)生故障的可能性較以往更大，利用新的技術(shù)是可以在一定程度上適應(yīng)當(dāng)前階段的對線路進行維修的要求的。

在傳統(tǒng)的故障線路維修過程中，切斷故障電流主要通過斷路器進行。但在當(dāng)前階段，斷路器要承擔(dān)的任務(wù)越來越重，也就要求其分段能力必須足夠強大。這樣一來，斷路器的結(jié)構(gòu)就愈發(fā)復(fù)雜，隨之而來的就是成本的水漲船高。

那么將發(fā)生故障的短路電流限制在一定的水平之下自然就成了當(dāng)前階段智能化變電站的一個重要任務(wù)了，新型的故障電流限流設(shè)備在這一領(lǐng)域就能夠發(fā)揮出巨大的功用。不論是從維修的難度、效果上考慮，還是從成本上考慮，新型的故障電流限流設(shè)備都具有傳動斷路器無可比擬的優(yōu)勢。

隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，基于超導(dǎo)技術(shù)所開發(fā)的故障限流器就可以在某些產(chǎn)生故障的工況下限制故障電流的大小。超導(dǎo)限流可以在短短的幾十微秒內(nèi)就將短路線路的電流限制在電路設(shè)計電流的兩倍左右，這時再配合斷路器使用就可以很好的降低斷路器的負擔(dān)，從而達到高效的限制故障電流的效果。并且，利用超導(dǎo)技術(shù)限制故障電流從安全性上考慮也是一種極為必要的措施。除了利用超導(dǎo)技術(shù)外，背靠背高壓直流輸電技術(shù)等新型技術(shù)和設(shè)備都可以在不同的工況下起到保護故障電路，限制短路線路中電流的作用。

利用新型技術(shù)和設(shè)備限制故障電流在應(yīng)用中的主要困難在于其所適用的環(huán)境相對狹窄。需要根據(jù)不同的工作環(huán)境以及不同的故障采用不同的技術(shù)，這樣才能起到安全高效的限制作用。在設(shè)計施工之時，就要考慮到該智能化變電站的環(huán)境和可能需要應(yīng)對的問題，以此為根據(jù)選擇不同的技術(shù)設(shè)備。此外，是否需要進行冗余設(shè)計也是應(yīng)當(dāng)考慮的問題。另一個需要慎重對待的問題就是變電站中相關(guān)設(shè)備的可靠性問題，在對短路的故障電流進行控制的同時，有可能會對其他相關(guān)設(shè)備造成破壞，其他設(shè)備的可靠性就成了配合電流限制技術(shù)的重要因素。

3.4 智能化和信息化的技術(shù)的應(yīng)用

在IEC61850 通信標(biāo)準(zhǔn)下，智能化變電站可以實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)、信息信息共享、提高運行可可靠性，降低維護難度，實時檢測變電站運行狀態(tài)等功能。實現(xiàn)智能化變電站的狀態(tài)信息可視化，利用實時信息和系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)警，輔助工作人員進行決策和操作以及實現(xiàn)站域的控制等等。

在信息技術(shù)的支持下，對智能化變電站的保護提供了十分有利的條件。一方面可以將對變電站狀態(tài)的定期監(jiān)測變?yōu)槭聦嵄O(jiān)測，極大程度上降低了有可能發(fā)生的事故。另一方面也可以利用站域控制事實對變電站負荷的控制，從而更好的保護變電站。

智能化、信息化的變電站相較于傳統(tǒng)變電站其優(yōu)勢是毋庸置疑的，與此同時，智能化變電站所面臨的問題也是傳統(tǒng)變電站所不用考慮的。智能化變電站中的許多集成化和信息化的設(shè)備可靠性在現(xiàn)階段還相對較差，尤其是在變電站內(nèi)部，工作環(huán)境是相當(dāng)復(fù)雜的。比如，在智能化變電站中必不可少的感光元器件，其中有不少都是十分敏感的，這類元器件在復(fù)雜的工況下很有可能因為過于敏感而受到其他因素的影響，或者因為復(fù)雜的環(huán)境導(dǎo)致壽命衰減，失靈。

這些有可能出現(xiàn)的問題都會影響智能變電站的可靠性。智能變電站設(shè)備互聯(lián)的特點雖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圍擴大。造成更為嚴重的不良影響，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟損失?；谥悄芑冸娬镜倪@一特點，在設(shè)計施工時一定要盡可能的保障工程質(zhì)量，適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)，進行適當(dāng)?shù)娜哂嘣O(shè)計。并且在后期的維護過程中，不能完全的依賴智能化、信息化設(shè)備，必要的人工檢修是不可替代的，而且檢修過程中對應(yīng)格外注意變電站中的智能化和信息化設(shè)備。

4 結(jié)語

兼顧效率和安全是在智能變電站中應(yīng)用新技術(shù)與新設(shè)備應(yīng)當(dāng)首要考慮的因素。本文以模塊化智能變電站建設(shè)、氣體絕緣線路、故障電流限制技術(shù)以及智能化信息化設(shè)備的應(yīng)用等幾個技術(shù)和設(shè)備為例，分析了新技術(shù)與新設(shè)備在智能化變電站應(yīng)用中的優(yōu)勢與不足，以及潛在的風(fēng)險。

綜上所述，新技術(shù)和新設(shè)備的優(yōu)勢是巨大的，潛在的風(fēng)險是可以規(guī)避的。在實際應(yīng)用當(dāng)中，推廣新技術(shù)和新設(shè)備是未來發(fā)展的趨勢，出于可靠性和安全性的考慮，在應(yīng)用這些技術(shù)和設(shè)備的過程中應(yīng)當(dāng)細化操作流程，對可能出現(xiàn)的風(fēng)險進行預(yù)防。我們應(yīng)該努力使得新技術(shù)和新設(shè)備在使得變電站工作效率的提的同時兼顧安全和可靠。