田惠川

（西山煤電電力公司）

0 引言

一般來(lái)講，傳統(tǒng)變電站架構(gòu)可以從一次系統(tǒng)架構(gòu)、二次系統(tǒng)架構(gòu)和輔助系統(tǒng)架構(gòu)幾個(gè)方面來(lái)考慮，一次系統(tǒng)選用的高壓開(kāi)關(guān)柜主要包含上、下隔離刀閘和斷路器、互感器等，斷路器手車需要在停、送電操作時(shí)人工拉出或推入，二次系統(tǒng)選用的繼電保護(hù)裝置主要在電流互感器的配合下對(duì)故障電流識(shí)別并且發(fā)出指令，能在故障狀態(tài)下對(duì)斷路器發(fā)出跳閘信號(hào)。輔助系統(tǒng)主要包括交直流屏、操作顯示裝置、微機(jī)監(jiān)控后臺(tái)等等，傳統(tǒng)變電站每班至少需要配備2名運(yùn)維人員進(jìn)行設(shè)備巡視及執(zhí)行當(dāng)班倒閘操作任務(wù)，運(yùn)維人員每天對(duì)設(shè)備進(jìn)行周期性巡視，內(nèi)容就包含設(shè)備測(cè)溫、蓄電池電壓測(cè)量等等，并且需要記錄在運(yùn)行日志中，不僅工作量大，而且對(duì)運(yùn)維人員的基本業(yè)務(wù)素質(zhì)要求比較高，如果遇到業(yè)務(wù)素質(zhì)相對(duì)較低或主觀責(zé)任心不足的運(yùn)維人員值班，巡視過(guò)程中很容易忽視設(shè)備在故障初期暴露出來(lái)的現(xiàn)象，甚至在倒閘操作時(shí)發(fā)生誤操作的供配電事故。因此，盡可能引入智能設(shè)備，建設(shè)新型智能變電站，減少通過(guò)人的主觀因素判斷考量電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)好壞是很有必要也是符合當(dāng)下政策環(huán)境的手段。

1 智能變電站一次系統(tǒng)設(shè)備架構(gòu)

1）以110kV變電站為例，110kV電壓等級(jí)設(shè)備通常架構(gòu)在戶外區(qū)域，戶外設(shè)備因?yàn)殡妷旱燃?jí)高所以操作戶外設(shè)備具備一定的危險(xiǎn)性，所以首先110kV隔離刀閘、接地刀閘、斷路器等設(shè)備應(yīng)具備電動(dòng)操作功能，并且接地刀閘應(yīng)具有閉鎖功能或者五防功能，避免帶電可以合接地刀閘，引起短路事故。其次，110kV設(shè)備在具備電動(dòng)分合閘操作的基礎(chǔ)上應(yīng)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸將設(shè)備狀態(tài)信息和操作信號(hào)傳輸至控制室，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)嗦菲骱偷堕l狀態(tài)信息及遠(yuǎn)方操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)戶外設(shè)備的日常管理。

2）從戶外110kV間隔到變壓器。常規(guī)的變壓器巡檢主要是通過(guò)“望、聞、聽(tīng)、測(cè)”等手段，比如觀察變壓器上層油位是否過(guò)低、油溫及繞組溫度表指示是否在允許范圍內(nèi)，是否嗅到有異常味道，是否聽(tīng)到運(yùn)行變壓器有雜音，通過(guò)測(cè)量母排與母排、瓷瓶與母排等連接處的溫度是否因?yàn)樨?fù)荷增加導(dǎo)致溫升過(guò)高等措施來(lái)綜合判斷變壓器是否正常運(yùn)行［1］。從智能變電站建設(shè)的角度講，主要應(yīng)做好變壓器的監(jiān)測(cè)與火災(zāi)預(yù)防。監(jiān)測(cè)和保護(hù)手段主要可分為電量數(shù)據(jù)和非電量數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與保護(hù)，監(jiān)測(cè)的手段可引入在線測(cè)溫技術(shù)與紅外測(cè)溫技術(shù)。在線測(cè)溫技術(shù)主要對(duì)高、中、低壓側(cè)瓷瓶與母線連接處或母線之間連接處通過(guò)“內(nèi)置電池表帶式”與“集電環(huán)取電式”等測(cè)溫裝置采集溫度數(shù)據(jù)。紅外測(cè)溫技術(shù)主要通過(guò)引入變壓器紅外熱成像系統(tǒng)，可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障與電力連接點(diǎn)熱故障，紅外熱成像系統(tǒng)不僅能實(shí)時(shí)監(jiān)控變壓器表面溫度與內(nèi)部溫度，還能對(duì)故障點(diǎn)定位，而且可以穿透雨霧，不受可見(jiàn)光強(qiáng)度影響，不僅降低人工式巡檢在危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)性，還提高電力系統(tǒng)監(jiān)控、測(cè)量效率。

另外，對(duì)變壓器的火災(zāi)預(yù)防可引入變壓器充氮滅火裝置，也叫排油注氮防火滅火裝置，其原理是當(dāng)變壓器發(fā)生火災(zāi)時(shí)，裝置如處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，則在接收到重瓦斯動(dòng)作信號(hào)、溫感火災(zāi)探測(cè)器動(dòng)作信號(hào)、斷路器跳閘信號(hào)、油箱超壓信號(hào)后裝置立即啟動(dòng)，裝置啟動(dòng)后，首先快速排油閥打開(kāi)使變壓器油箱頂部部分熱油通過(guò)排油管排出，釋放壓力，防止二次燃爆，同時(shí)斷流閥關(guān)閉切斷油枕至油箱的補(bǔ)油回路，防止火上澆油。排油15s后，充氮閥打開(kāi)使氮?dú)鈴挠拖涞撞孔⑷霐嚢?，?qiáng)制熱冷油的混合，進(jìn)行熱交換，使油溫降至閃點(diǎn)以下，同時(shí)充分稀釋空氣中的含氧量，達(dá)到迅速滅火的目的［2］。

3）從變壓器到中低壓側(cè)配電室。對(duì)開(kāi)關(guān)柜型號(hào)的選擇上應(yīng)逐步淘汰GG1A型開(kāi)關(guān)柜，當(dāng)前應(yīng)用比較普及的也是使用效果不錯(cuò)的KYN28中置手車式開(kāi)關(guān)柜，通過(guò)真空斷路器切斷運(yùn)行電流及短路電流。對(duì)中低壓配電室一次系統(tǒng)而言，智能化的改造或升級(jí)主要體現(xiàn)在開(kāi)關(guān)柜隔離刀閘或接地刀閘的電動(dòng)分合閘以及中置式手車的自動(dòng)投入和退出，所以智能化變電站高壓開(kāi)關(guān)柜的配置思路主要指的是高壓開(kāi)關(guān)柜應(yīng)具備電動(dòng)操作刀閘與電動(dòng)投入和退出手車的功能，并且具備遠(yuǎn)方控制的條件。

4）其他一次系統(tǒng)設(shè)備配置。高壓一次電纜往往使用的是截面積比較大的鎧裝電纜，在對(duì)電纜的巡視和管理中，除了需要定期通過(guò)對(duì)電纜做絕緣電阻試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)來(lái)判斷電纜運(yùn)行狀態(tài)外，就是在運(yùn)維過(guò)程中對(duì)電纜以及電纜井（溝）的日常巡視。在人的主觀因素作用下通過(guò)人去巡視和判斷電纜運(yùn)行狀態(tài)是非常不可控的，一方面由于電纜溝（井）所處環(huán)境是相對(duì)較為臟污的，運(yùn)維人員不一定實(shí)事求是去現(xiàn)場(chǎng)完成巡檢；另一方面通過(guò)普通測(cè)溫儀器對(duì)電纜外層測(cè)溫并結(jié)合一次測(cè)電流數(shù)據(jù)來(lái)判斷電纜運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)測(cè)溫儀器的精度和運(yùn)維人員專業(yè)素質(zhì)的要求都比較高，有時(shí)數(shù)據(jù)并不一定準(zhǔn)確，并不能反映電纜實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，所以從智能化變電站建設(shè)角度來(lái)看，利用不同溫度的物體輻射出來(lái)的光波長(zhǎng)不一樣，通過(guò)光纖接收這些輻射波，傳輸至光譜儀再解碼成溫度的原理，引入電纜感溫光纖測(cè)溫系統(tǒng)是目前技術(shù)上已經(jīng)成熟可靠的架構(gòu)思路。

在變壓器中性點(diǎn)不接地或沒(méi)有直接接地的小電流接地系統(tǒng)中，電容電流允許值超過(guò)規(guī)范值情況下，應(yīng)配置消弧裝置，提高發(fā)生單相接地故障時(shí)的滅弧能力和電網(wǎng)安全運(yùn)行［3］。在功率因數(shù)低系統(tǒng)的電容補(bǔ)償中，應(yīng)考慮使用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，自動(dòng)根據(jù)負(fù)荷調(diào)整確定補(bǔ)償容量，如SVG、SVC系統(tǒng)在變電站無(wú)功補(bǔ)償中的應(yīng)用。

2 智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)備架構(gòu)

1）智能變電站二次系統(tǒng)主要包括繼電保護(hù)裝置、變壓器二次系統(tǒng)、互感器二次接線、直流系統(tǒng)等等。對(duì)智能化的繼電保護(hù)裝置要求，主要還是沿用傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置原理和功能，通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)裝置的整定值設(shè)置達(dá)到對(duì)高壓設(shè)備保護(hù)的目的。此外，傳統(tǒng)的變壓器保護(hù)和測(cè)控裝置通常按照一臺(tái)變壓器主保護(hù)裝置，兩臺(tái)變壓器后備保護(hù)裝置，一臺(tái)非電量保護(hù)裝置，一臺(tái)變壓器測(cè)控裝置來(lái)配置，裝置數(shù)量多，屏內(nèi)占用空間多，變相增加了屏柜的數(shù)量，所以從智能化精簡(jiǎn)設(shè)備的角度可以考慮配置一臺(tái)變壓器主后一體化保護(hù)裝置及一臺(tái)變壓器測(cè)控裝置，這樣，2臺(tái)裝置就可以達(dá)到原來(lái)5臺(tái)裝置才可以實(shí)現(xiàn)的保護(hù)和測(cè)控功能。

2）直流操作電源。變電站直流系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)提供可靠的直流操作電源，對(duì)電力設(shè)備安全運(yùn)行具有重要作用。智能變電站對(duì)直流操作電源的要求主要體現(xiàn)在直流操作電源的安全性和可靠性。直流系統(tǒng)主要利用的就是蓄電池對(duì)繼電保護(hù)、故障照明、后臺(tái)監(jiān)控等設(shè)備提供配電源，而由蓄電池有可能引起火災(zāi)事故且變電站內(nèi)火災(zāi)事故極具破壞性，因此直流系統(tǒng)的智能化應(yīng)體現(xiàn)在對(duì)直流系統(tǒng)的監(jiān)控和預(yù)防火災(zāi)措施中。目前國(guó)內(nèi)外主流的電池監(jiān)控系統(tǒng)是BMS電池管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)（BMS）主要就是為了智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。防火管理可以引入氣體火災(zāi)探測(cè)器，通過(guò)選擇電池組表溫和電池組內(nèi)一氧化碳濃度這兩種參數(shù)進(jìn)行復(fù)合探測(cè)，對(duì)蓄電池?zé)崾Э丶盎馂?zāi)狀況做出綜合判斷，避免系統(tǒng)誤報(bào)和漏報(bào)。此外，氣體探測(cè)可以兼顧氣體濃度和濃度上升速率，提高探測(cè)準(zhǔn)確率［4］。

3）其他二次系統(tǒng)設(shè)備配置。智能操作顯示裝置作為最直觀的設(shè)備狀態(tài)顯示，對(duì)確定斷路器及刀閘位置信息有重要作用，智能化的操作顯示裝置不僅具有狀態(tài)指示功能，還可以結(jié)合開(kāi)關(guān)柜在線測(cè)溫系統(tǒng)顯示觸頭溫度以及帶電指示功能，并且具備將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄C合自動(dòng)化后臺(tái)的功能。

小電流接地系統(tǒng)中應(yīng)配置小電流接地選線裝置，從而在發(fā)生單相接地時(shí)準(zhǔn)確判斷出故障線路，目前小電流接地選線技術(shù)已相對(duì)成熟，選線準(zhǔn)確率基本都可以達(dá)到98%以上，對(duì)保證電網(wǎng)運(yùn)行安全是十分重要的，值得注意的是，在變壓器經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，應(yīng)注意小電流接地選線裝置與消弧線圈的配合問(wèn)題，區(qū)分小電流選線裝置同消弧補(bǔ)償?shù)脑?，提高選線概率［4］。此外，還可以配合行波測(cè)距裝置，在發(fā)生故障時(shí)準(zhǔn)確判斷故障線路的大致故障位置，對(duì)于故障處置，提高變電站安全性和智能化水平有重要意義。

3 輔助系統(tǒng)設(shè)備架構(gòu)

變電站除了主系統(tǒng)以外的其他設(shè)備設(shè)施，雖然沒(méi)有直接影響整體的高壓設(shè)備運(yùn)行，但是在保障電力設(shè)備安全運(yùn)行中的作用以及直觀地反映變電站智能化水平中還是非常重要的。變電站最主要的輔助系統(tǒng)應(yīng)是綜合自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)，綜合自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)不僅反映設(shè)備斷路器、刀閘位置狀態(tài)，還能反映出電流、電壓、負(fù)荷、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)參數(shù)，將遙信、遙控、遙調(diào)等功能集中體現(xiàn)。此外，綜合自動(dòng)化后臺(tái)遠(yuǎn)程操作功能還應(yīng)具備上傳電力調(diào)度功能，最終實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度集中控制各下級(jí)站所開(kāi)關(guān)設(shè)備、視頻信號(hào)等功能，真正做到集中程度高、安全性高、可靠性高的無(wú)人值守智能化變電場(chǎng)所。

變電站最常見(jiàn)的運(yùn)維過(guò)程就是設(shè)備巡檢，軌道式巡檢機(jī)器人或膠輪式巡檢機(jī)器人在這方面的應(yīng)用可以非常直觀地體現(xiàn)出變電站智能化水平，兩者均具備開(kāi)關(guān)柜溫度檢測(cè)、局部放電監(jiān)測(cè)、溫濕度監(jiān)測(cè)等等，其缺點(diǎn)也同樣明顯，比如造價(jià)和維護(hù)成本較高、巡視周期長(zhǎng)，單個(gè)戶內(nèi)開(kāi)關(guān)柜時(shí)長(zhǎng)需要5～10min，整個(gè)巡視周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)。對(duì)于膠輪式巡檢機(jī)器人還需要專門配置機(jī)器人充電口，上樓電梯等輔助設(shè)施，所以對(duì)于電力巡檢機(jī)器人的配置應(yīng)綜合測(cè)評(píng)、效益評(píng)估后再選擇應(yīng)用。此外，智能化變電站輔助系統(tǒng)配置還應(yīng)考慮全站視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子圍欄安防系統(tǒng)、火災(zāi)煙霧報(bào)警系統(tǒng)等，打造成封閉式的、安全性高的智能化變電場(chǎng)所。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能化變電站設(shè)備配置不僅僅針對(duì)新建變電站，在老舊變電站改造中也可以加入智能化改造內(nèi)容。電氣設(shè)備新建安裝與升級(jí)改造耗資巨大，智能化變電站建設(shè)的道路上也不是一朝一夕可以完成的，建設(shè)智能化變電站、無(wú)人值守變電站還需要大量的時(shí)間沉淀和投資保證。隨著科技的進(jìn)步，新產(chǎn)品、新技術(shù)的不斷應(yīng)用，智能化設(shè)備也在不斷升級(jí)換代和創(chuàng)新，在智能化變電站建設(shè)和改造的道路上，管理人員需要思路清晰、考慮全面、不斷學(xué)習(xí)，并且同前沿設(shè)備和技術(shù)接軌，引入新技術(shù)、新裝備、新管理模式，從而打造出堅(jiān)強(qiáng)的供配電系統(tǒng)。