智能变电站一次设备智能化技术的现状与展望30479.docx

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1、智能变电电站一次次设备智智能化技技术的现现状与展展望彭发东，姚森敬敬，喇元元(广东电电网公司司电力科科学研究究院，广广州 55100080)摘 要要：智能能变电站站是智能能电网建建设的重重要环节节。智能能变电站站与数字字化变电电站及传传统变电电站在一一次设备备上的主主要区别别是一次次设备智智能化。文文章介绍绍了智能能变电站站的定义义、结构构及特征征，并总总结了一一次设备备智能化化的主要要技术与与发展方方向，并并提出了了智能变变电站中中一次设设备智能能化的相相关建议议。Absttracct:IInteelliigennt ssubsstattionn iss ann immporrtannt p

2、partt off smmartt grrid. Thhe mmainn diiffeerennce bettweeen iinteelliigennt ssubsstattionn annd ttradditiionaal ssubsstattionn iss ann inntellliggentt Prrimaary Equuipmmentt. TThiss arrticcle inttrodducees tthe deffiniitioon, strructturee annd ccharractteriistiics of inttellligeent subbstaatioon, a

3、ndd inntrooduccestthe maiin ttechhnollogyy annd deevellopmmentt off inntellliggentt prrimaary equuipmmentt, tthenn giivessreccommmenddatiionss foor iinteelliigennt pprimmaryy eqquippmennt.关键词：智能变变电站，一次设设备智能能化，状态检检修，资产全全寿命周周期管理理Key worrd: inttellligeent subbstaatioon; inntellliggentt prrimaary equuip

4、mmentt; ccondditiion-bassed maiinteenannce; LCCM中图分类类号：TTM633, 文献标标识码：A0 引言言智能变电电站是智智能电网网的重要要建设环环节。保证电电网安全全稳定是是一个系系统工程程，取决决于诸多多因素，不不是单靠靠提高变变电站的的智能化化就可以以实现的的。变电电站的安安全稳定定运行是是与变电电站接入入方案是是否可靠靠、系统统网架是是否合理理、运行行方式是是否合适适分不开开的。必必须明确确“智能化化”是确保保电网安安全、可可靠、经经济运行行的手段段，而不不是目的的。智能能化不能能牺牲电电网原有有的安全全性、可可靠性和和经济性性。智能变电电

5、站与数数字变电电站的区区别如下下：（11）一次次设备状状态监测测与一次次设备智智能化；（2）一一体化信信息平台台与智能能高级应应用；（33）辅助助系统智智能化。1智能变变电站的的定义智能变电电站的如如下定义义：由先先进、可可靠、节节能、环环保、集集成的设设备组合合而成。以以高速网网络通信信平台为为信息传传输基础础，自动动完成信信息采集集、测量量、控制制、保护护、计量量和监测测等基本本功能。并并可根据据需要支支持电网网实时自自动控制制、智能能调节、在在线分析析决策、协协同互动动等高级级应用功功能的变变电站。2智能变变电站的的特征智能变电电站的特特征：一一次设备备智能化化、信息息交换标标准化、系系

6、统高度度集成化化、运行行控制自自动化、保保护控制制协同化化、分析析决策在在线化。智智能变电电站是智智能电网网的重要要组成部部分。高高可靠性性的设备备是变电电站坚强强的基础础，综合合分析、自自动协同同控制是是变电站站智能的的关键，设设备信息息数字化化、功能能集成化化、结构构紧凑化化是发展展方向。3智能变变电站的的结构智能变电电站设备备分为过过程层、间间隔层、站站控层。(1)过过程层：指智能能化电气气设备的的智能化化部分。过过程层的的主要功功能分33类：电电力运行行实时的的电气量量检测；运行设备备的状态态参数检检测；操操作控制制执行与与驱动。(2)间间隔层：其设备备的主要要功能是是汇总本本间隔过过

7、程层实实时数据据信息；实施对对一次设设备保护护控制功功能；实实施本间间隔操作作闭锁功功能；实实施操作作同期及及其他控控制功能能；对数数据采集集、统计计运算及及控制命命令的发发出具有有优先级级别的控控制；承承上启下下的通信信功能，即即同时高高速完成成与过程程层及站站控层的的网络通通信功能能。必要要时，上上下网络络接口具具备双口口全双工工方式，以以提高信信息通道道的冗余余度，保保证网络络通信的的可靠性性。(3)站站控层：其主要要任务是是通过22级高速速网络汇汇总全站站的实时时数据信信息，不不断刷新新实时数数据库，按按时登录录历史数数据库；按既定定规约将将有关数数据信息息送向调调度或控控制中心心；接

8、收收调度域域控制中中心有关关控制命命令并转转间隔层层、过程程层执行行；具有有在线可可编程的的全站操操作闭锁锁控制功功能；具具有(或备有有)站内当当地监控控，人机机联系功功能；具具有对问问隔层、过过程层诸诸设备的的在线维维护、在在线组态态、在线线修改参参数的功功能；具具有(或备有有)变电站站故障自自动分析析和操作作培训功功能11。过程层设设备是联联系一次次设备和和二次系系统的桥桥梁，为为间隔层层设备提提供一次次设备的的数据，执执行间隔隔层和站站控层对对一次设设备的控控制、调调节等功功能。间间隔层设设备完成成对一次次设备的的测量、控控制、保保护、计计量、检检测等功功能。智智能组件件以测量量数字化化

9、、控制制网络化化、状态态可视化化、功能能一体化化、信息息互动化化为特征征，集成成了过程程层和间间隔层的的部分功功能，具具备测量量、控制制、保护护、计量量、检测测中的全全部或部部分功能能。高压压一次设设备与相相关智能能组件的的有机结结合构成成了智能能化一次次设备，这这种有机机结合可可以是独独立运行行的高压压设备加加外置的的智能组组建，也也可以是是高压设设备内嵌嵌部分智智能组建建再加外外置智能能组件，还还可以是是高压设设备内嵌嵌相关智智能组件件。智能能组件是是一次设设备实现现智能化化的主要要途径。4 一次次设备智智能化变电站设设备主要要包括变变压器、断断路器、互互感器、母母线等一一次设备备和变电电

10、站自动动化系统统、辅助助系统、智智能组件件等二次次设备。一次设备备智能化化是智能能变电站站的重要要标志之之一。采采用标准准的信息息借口，实实现融状状态监测测、测控控保护、信信息通信信等技术术于一体体的智能能化一次次设备，可可满足整整个智能能电网电电力流、信信息流、业业务流一一体化的的需求。智智能化一一次设备备通过先先进的状状态监测测手段和和可靠的的自评价价体系，可可以科学学地判断断一次设设备的运运行状态态，识别别故障的的早期征征兆，并并根据分分析诊断断结果为为设备运运维管理理部门合合理安排排检修和和调度部部门调整整运行方方式提供供辅助决决策依据据，在发发生故障障时能对对设备进进行故障障分析，对

11、对故障的的部位、严严重程度度进行评评估。大大规模间间隙发电电和分布布式发电电接入，要要求电网网具有很很高的灵灵活性，而而一次设设备智能能化是满满足这种种要求的的重要基基础。把一次设设备智能能化的信信息传输输至信息息一体化化平台，建建设变电电站状态态监测系系统，智智能变电电站通过过状态监监测单元元实现主主要一次次设备重重要参数数的在线线监测，为为电网设设备管理理提供基基础数据据支撑。实实时状态态信息通通过专家家系统分分析处理理后可作作出初步步决策，实实现站内内智能设设备自诊诊断功能能。智能组件件是一次次设备智智能化的的核心部部分，对对智能组组件应有有如下要要求：a 智能能组件的的投入和和使用不不

12、应改变变和影响响一次设设备的正正常运行行；b 智能能组件应应能自动动连续地地进行监监测、数数据处理理和存储储；c 智能能组件应应具有自自检和报报警功能能；d 智能能组件应应具有较较好的抗抗干扰能能力和合合理的监监测灵敏敏度；e 监测测结果应应具有较较好的可可靠性、重重复性以以及合理理的准确确度；f 应具具有状态态标定其其监测灵灵敏度的的功能。（1）主主变压器器智能化化主要包括括油中溶溶解气体体在线监监测、油油中微水水在线监监测、套套管绝缘缘在线监监测(含环境境温湿度度监测)、局部部放电在在线监测测、温度度负荷在在线监测测等单元元，实现现对变压压器油溶溶解气体体，油中中微水，局部放电，变压器铁芯

13、和夹件电流，套管绝缘介损、电容值、泄漏电流值、温度负荷趋势、油温、油位、风扇状态、油泵状态等的在线监测功能。油色谱可可以区分分放电类类型与过过热类型型、油过过热与油油-绝缘缘纸过热热等。微微水检测测可以反反映油的的受潮程程度。局局部放电电监测可可以反映映电晕、油油中气体体放电等等多种缺缺陷。图1主变变油色谱谱、局放放在线监监测传感感器 图图2主变变在线监监测智能能组件总体而言言，变压压器状态态监测功功能方面面已经一一定突破破，实现现了将各各自独立立的监控控系统集集成为一一个系统统，可以以实现对对变压器器所有主主要部件件进行监监控；但但变压器器智能化化的核心心专家家诊断系系统，还还需要积积累大量

14、量运行数数据，挖挖掘设备备运行特特性，研研究诊断断方法开开发分析析系统，从从而实现现设备状状态诊断断智能化化。另外外，考虑虑到传感感器的使使用寿命命，尤其其内置传传感器，对对于主设设备本体体运行的的影响，监监测量的的选择以以及传感感器布点点方面仍仍有待研研究。（2）开开关设备备智能化化GIS密密度微水水在线监监测系统统实现了了SF66气体的的密度、微水监监测功能能；GIIS局放放在线监监测系统统实现了了GISS局放的的在线监监测功能能；GIIS设备备光纤测测温在线线监测，利利用温度度传感器器采集GGIS内内部温度度数据，可可以直观观地反映映GISS内部温温度变化化。目前GIIS绝缘缘在线监监测

15、最有有效地方方法是局局部放电电监测，可可以发现现GISS设备制制造和安安装及维维修时引引入的导导电微粒粒及其他他杂物，电电极表面面产生的的毛刺、刮刮伤等损损伤，导导电或接接地接触触不良，支支持绝缘缘内部的的气隙等等缺陷，多多点监测测可以实实现故障障定位。断路器在在线监测测系统实实现了断断路器的的SF66气体密密度、微微水；分分合闸线线圈电流流的波形形状态、断断路器的的特征分分合闸速速度、储储能电机机电流波波形、储储能状态态、储能能时间、频频率等参参量的在在线监测测功能；（3）避避雷器设设备智能能化避雷器在在线监测测系统实实现了避避雷器的的全电流流、泄漏漏电流值值以及计计数器动动作次数数的在线线

16、监测功功能。（4）电电容性设设备智能能化主要实现现介质损损耗因数数、电容容量以及及三相不不平衡电电流的监监测，掌掌握其绝绝缘特性性。（5）电电缆主要监测测电力电电缆的局局部放电电、介质质损耗因因数、直直流分量量等参量量，掌握握其绝缘缘特性。（6）电电子式互感器器电子式互互感器是是实现变变电站运运行实时时信息数数字化的的主要设设备之一一，在电电网动态态观测、提提高继电电保护可可靠性等等方面具具有重要要作用。准准确的电电流、电电压动态态测量，为为提高电电力系统统运行控控制的整整体水平平奠定测测量基础础。电子式互互感器利利用电磁磁感应等等原理感感应被测测信号，对对于电子子式电流流互感器器，采用用罗氏

17、线线圈；对对于电子子式电压压互感器器，则采采用电阻阻、电容容或电感感分压等等方式。罗罗氏线圈圈为缠绕绕在环状状非铁磁磁性骨架架上的空空心线圈圈，不会会出现磁磁饱和及及磁滞等等问题。电电子式互互感器的的高压平平台传感感头部分分具有需需用电源源供电的的电子电电路，在在一次平平台上完完成模拟拟量的数数值采样样，采用用光纤传传输将数数字信号号传送到到二次的的保护、测测控和计计量系统统。电子子式互感感器的关关键技术术包括电电源供电电技术、远远端电子子模块的的可靠性性和采集集单元的的可维护护性等2。光学电子子式电流流互感器器采用法法拉第磁磁光效应应感应被被测信号号，传感感头部分分又分为为块状玻玻璃和全全光

18、纤两两种方式式。目前前的光学学电子式式电压互互感器大大多利用用Pokkelss电光效效应感应应被测信信号。光光学电子子式互感感器传感感头部分分不需要要复杂的的供电装装置，整整个系统统的线性性度比较较好。光光学电子子式互感感器的关关键技术术包括光光学传感感材料的的稳定性性、传感感头的组组装技术术、微弱弱信号调调制解调调器、温温度对精精度的影影响、振振动对精精度的影影响、长长期运行行的稳定定性等。与传统电电磁感应应式电流流互感器器相比，电电子式互互感器具具有以下下优点：（1）高高、低压压完全隔隔离，具具有优良良的绝缘缘性能；（2）不不含铁芯芯，消除除了磁饱饱和及铁铁磁谐振振等问题题；（33）动态态

19、范围大大，频率率范围宽宽，测量量精度高高；（44）抗电电磁干扰扰性能好好，低压压侧无开开路和短短路危险险；（55）互感感器无油油可以避避免火灾灾和爆炸炸等危险险，体积积小，重重量轻；（6）经经济性好好，电压压等级越越高效益益越明显显。表1 一次设设备在线线监测参参量一次设备备监测参量量主变油中溶解解气体、油油中微水水、套管管绝缘、局局部放电电在线监监测、温温度负荷荷开关GIS气气体密度度、微水水、光纤纤测温、局局部放电电；断路路器机械械特性、温温度特性性避雷器全电流（容容性电流流和阻性性电流）、计计数器动动作次数数容性设备备介质损耗耗因数、电电容量以以及三相相不平衡衡电流电缆局部放电电、介质质

20、损耗因因数、直直流分量量5 状态态检修技技术目前电力力系统中中电力设设备大多多采用的的计划检检修体制制存在着着严重缺缺陷，如如临时性性维修频频繁、维维修不足足或维修修过剩、盲盲目维修修等，这这使每年年在设备备维修方方面耗资资巨大。随着传感感技术、微微电子、计计算机软软硬件和和数字信信号处理理技术、人人工神经经网络、专专家系统统、模糊糊理论等等综合智智能系统统在状态态监测及及故障诊诊断中的的应用，使使基于设设备状态态监测和和先进诊诊断技术术的状态态检修研研究得到到发展和和应用。状态检修修，即根根据状态态监测所所提示的的检修需需求进行行检修，也也就是说说对设备备状态进进行监测测，按设设备的健健康状

21、态态来安排排检修，这这种检修修方式解解决了多多年来在在预防性性检修中中存在检检修过剩剩或检修修不足的的问题，可可以节约约大量的的维修费费用和资资源，并并提高设设备运行行的可靠靠性。一次设备备智能化化的目的的是为了了及时掌掌握设备备的运行行状态，在在此基础础上为设设备的状状态检修修提供依依据，进进而达到到预测设设备剩余余寿命的的目的。通过智能能变电站站一次设设备智能能化的研发发及设备备智能化化改造，建建设设备备状态监监测服务务器，具具备数据据管理及及分析功功能，实实现全站站设备状状态监测测数据的的传输、汇汇总和诊诊断分析析；建设设设备状状态自诊诊断系统统，实现现自动监监测包括括变压器器油温测测量

22、数据据等检测测仪表读读数，并并通过在在传统检检测仪器器仪表基基础上增增设实时时监测和和数据采采集装置置，提取取设备自自身故障障模式的的典型特特征参量量并进行行智能化化处理、分分析，给给出设备备的运行行状态、可可靠性水水平、典典型故障障风险水水平、寿寿命曲线线等信息息，为电网网运行提提供实时时的设备备可靠性性数据，服服务于电电网的智智能调度度，实现现电网灵灵活优化化控制，降降低电网网的事故故风险，提提高电网网的运行行可靠性性。通过过基于智智能设备备的检修修优化策策略以及及全寿命命周期成成本管理理，实现现针对变变电设备备状态的的智能化化监测检检测、设设备的控控制与调调整、设设备状态态的自诊诊断功能

23、能。6 全寿寿命周期期管理技技术资产全寿寿命周期期管理，是是指资产产从构思思、决策策、设计计、建造造、使用用，经过过有形磨磨损，直直至在技技术上或或经济上上不宜继继续使用用，需要要进行更更新所经经历的时时间，开开展资产产全寿命命周期管管理的目目的就是是加强资资产管理理，降低低资产维维护检修修成本，延延长资产产使用时时间，提提高资产产利用率率。资产全寿寿命周期期管理是是从资产产的长期期效益出出发，通通过技术术手段和和管理方方法的创创新，统统筹规划划设计、招招标采购购、运行行维护、退退役更新新等各环环节，在在确保规规划合理理、工程程优质、电电网安全全、设备备可靠的的前提下下，实现现成本收收益率最最

24、大化。它它是对资资产寿命命期各环环节的投投入和收收益的综综合决策策，是依依靠技术术和经济济手段对对管理制制度和模模式的创创新3。 智能变变电站资资产全寿寿命周期期管理应应首先以以一次设设备为重重点，涵涵盖变电电站规划划设计、采采购基建建、运行行维护、更更新改造造、退役役处理的的全寿命命周期跨跨度的管管理，在在风险评评估与状状态检修修、寿命命预测等等技术手手段的辅辅助下，完完善资产产全寿命命管理策策略，实实现资产产全寿命命期内增增值、优优质、安安全的目目标。7 结论论及建议议（1） 智能变变电站与与数字化化变电站站及传统统变电站站在一次次设备上上的区别别如下:a 一次次主设备备采用在在线监测测设

25、备实实时监测测设备状状态,即即设备状状态可视视化；b 在线线监测装装置及保保护装置置采取智智能组件件方式，就就地安装装，以减减少信号号及控制制电缆的的长度；c 状态态监测参参量的通通信符合合IECC618850标标准；d 状态态监测参参量集成成在集控控室信息息一体化化平台中中；e 互感感器均采采用电子子式或光电式式。（2）智智能变电电站一次次设备智智能化是是基于在在线监测测的基础础上建设设，需要要准确选选择在线线监测参参量。根据国网网公司 QGGDW 3933-20009 1110（666）kkV2220kkV智能能变电站站设计规规范4及 QQGDDW 3394-200093330kkV775

26、0kkV智能能变电站站设计规规范5，一次次设备监监测参量量有：主主变油中溶溶解气体体；2220kVV GIISSF66 气体体密度、微微水；1110kkV GGISSFF6气体体密度、微微水；避避雷器泄漏漏电流、动动作次数数；2220kVV GIIS 局局放应综综合考虑虑安全可可靠、经经济合理理、运行行维护方方便等要要求，通通过技术术经济比比较后确确定。根据以上上标准，需需认真考考虑例如如主变的的超高频频局放、套套管介损损、绕组组温度等等在线监监测参量量是否选选取，是是否需要要增加其其他有效效的在线监监测参量量。（3）在在线监测测智能终终端采用用就近安安装，即即室外运运行，智智能单元元从本质质

27、上仍是是电子元元件，工工作年限限一般不不超过112年，与与一次设设备（220年及及以上）不不匹配，因因此其长长时运行行的测量量精确性性及使用用寿命有有待检验验。（4）根根据已投投入的在在线监测测设备运运行经验验，在线线监测装装置易发生误误报警。应在主变、开关设计之初就考虑融入智能传感器、控制设备等，使主设备结构更加紧凑、设计更加合理、绝缘更加可靠、监测参量更加精确。参考文献献：1刘刘振亚.智能电电网技术术M北京京：中国国电力出出版社,20110:1770.2庞庞红梅，李李怀海.1100kV智智能变电电站技术术研究状状况JJ.电电力系统统保护与与控制，220100，6(38):1446-1150

28、.3杨杨凌辉、薛薛玉兰.变电站站数字化化进程中中的资产产全寿命命周期管管理思考考J.华东东电力，220088，11(36):8-11.4QQ/GDDW 3393-20009.1110（666）kkV2220kkV智能能变电站站设计规规范S国家电电网公司司,20110:66-7.5QQ/GDDW 3394-20009.3330kkV7750kkV智能能变电站站设计规规范S国家电电网公司司,20010:7.作者简介介：彭发东东（19984- ），男男，电气气助理工工程师，工工学硕士士，从事事线圈类类设备的的电气试试验和研研究工作作。Emmaill:peengffadoong99491633.coom.