李 寧，王 勇，劉繼平，鞠登峰，單大鵬，李忠晶

(1.天津市電力公司檢修公司，天津300232;2.國網電力科學研究院，北京100192)

智能電網發(fā)展已成為中國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，對常規(guī)變電站進行智能化改造是智能電網建設的重要工作之一。常規(guī)變電站的智能化改造其核心在于對變壓器、開關等主要變電設備進行智能化改造。

變電設備智能化改造［1－5］是通過對其裝備必要的傳感器，采集變電設備的運行狀態(tài)、控制狀態(tài)和可靠性狀態(tài)等信息來實現(xiàn)的。智能組件由測量、控制、監(jiān)測等智能電子裝置(intelligent electronic devices，IED)［6］集合而成，通過監(jiān)測主 IED 完成對植入變電設備體內的傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)計算、分析并匯總，形成智能化信息，通過標準的DL/T860過程層交換網絡送至站控層監(jiān)控主機。變電設備監(jiān)測數(shù)據(jù)信息經過高級應用服務器完成監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、趨勢預測、狀態(tài)診斷等。因此，變電設備與智能組件、通信網絡共同構成了智能變電站的智能化因子［7］。本文主要討論電力變壓器、開關設備的智能化研究方案，研究應用于運行中電力變壓器改造的智能變壓器組件和高壓開關設備改造的智能開關組件。

1 變壓器智能化改造

變壓器智能化改造核心方式是將原先分散的、遵循不同協(xié)議標準傳輸數(shù)據(jù)的監(jiān)測IED按功能集中布局，遵循統(tǒng)一的協(xié)議標準，完成對監(jiān)測IED的系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)集中上傳。通過設計變壓器智能組件柜、裝備更多的變壓器狀態(tài)監(jiān)測傳感器，完成各監(jiān)測IED的數(shù)據(jù)采集、處理、分析、匯總，并按照DL/T860向站控層上送聚合信息。

1.1 變壓器智能化改造方案

智能變壓器由變壓器本體和智能組件柜組成，變壓器本體根據(jù)實際工程設計、裝設所需的傳感器和監(jiān)測IED，并對其原有的柜體按照功能模塊重新設計調整。

圖1 智能變壓器組成架構示意圖

圖1為針對智能組件按不同信息功能對變壓器進行的基礎信息配置。按照基礎配置原則，提出智能化改造方案為:采用變壓器+智能組件的模式，對原控制柜(匯控柜)加裝一個智能組件(智能組件柜)，完成變壓器的狀態(tài)量采集、常規(guī)量采集、初步分析、狀態(tài)診斷和數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。

1.2 變壓器智能組件設計

變壓器智能組件按功能獨立原則，采用多個獨立的IED集合，一方面可以有效避免模塊的相互干擾進而影響智能組件的整體功能;另一方面便于用戶根據(jù)實際選擇、調整IED供應商優(yōu)化智能組件集成方案，同時也方便智能組件的維護、檢修［8］。

依據(jù)智能變壓器常規(guī)配置方案并結合實際需求進行變壓器智能組件設計，如圖2所示。

變壓器智能組件柜配備有監(jiān)測主IED、高壓套管IED、油中溶解氣體監(jiān)測IED和侵入波監(jiān)測IED，同時配備過程層網絡交換機，接入合并單元的電流、電壓瞬時數(shù)據(jù)［9］。基于對監(jiān)測信息的可擴展性考慮，對電力變壓器智能組件預留部分可擴展的監(jiān)測數(shù)據(jù)IED，譬如繞組光纖測溫IED、局部放電監(jiān)測IED等。電力變壓器智能化的具體措施如表1所示。

圖2 變壓器智能組件設計示意圖

為實現(xiàn)變壓器的智能化高級應用，監(jiān)測主IED不僅需要對原始的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預處理(包括數(shù)據(jù)編碼轉換，異常數(shù)據(jù)剔除等)，而且需要承擔對接入監(jiān)測主IED的監(jiān)測數(shù)據(jù)的深度智能處理，確保站控層高級應用系統(tǒng)可以準確辨識監(jiān)測主IED的監(jiān)測信息和狀態(tài)信息等。常規(guī)狀態(tài)參量的數(shù)字化測量具體技術指標如表2所示。

表1 變壓器智能化措施

表2 變壓器數(shù)字化測量信息

在變電站智能化改造的實用化研究中，通常要對變壓器油中溶解氣體、高壓套管的狀態(tài)進行監(jiān)測。侵入波監(jiān)測作為可選功能視情況增加。測量數(shù)據(jù)包括頂層油溫、底層油溫、鐵心接地電流等，也可以根據(jù)工程需要增加傳感器和對應的監(jiān)測參量數(shù)據(jù)。

2 開關設備智能化改造

2.1 開關設備智能化改造方案

智能高壓開關設備由高壓開關設備本體和智能組件組成，開關設備本體上安裝了不同功能的傳感器和操動機構［10］。高壓開關智能化改造的核心方式是將原先分散放置的高壓開關設備狀態(tài)監(jiān)測IED(局部放電 IED，氣體狀態(tài) IED，機械狀態(tài) IED等)集中，構成高壓開關設備智能組件的監(jiān)測IED，同時加載監(jiān)測主IED、合并單元完成向站控層上送斷路器聚合信息［11－12］。智能高壓組合電器組成架構如圖3所示。

斷路器智能化改造方案為:斷路器+智能組件的模式，對原就地控制柜(匯控柜)加裝一個智能組件。斷路器智能組件配置監(jiān)測IED，即完成對高壓開關儲能電機工作狀態(tài)、SF6氣體壓力/密度、斷路器局部放電等狀態(tài)信息的采集、處理、上送;監(jiān)測主IED合并子IED數(shù)據(jù)以標準的DL/T860協(xié)議向站控層上送智能化信息和格式化信息［13］，并在站控層高級應用系統(tǒng)里完成數(shù)據(jù)的趨勢預測、診斷分析和智能預警等功能。斷路器智能化信息主要包括高壓開關設備的放電缺陷、操動機構、儲能系統(tǒng)的狀態(tài)［14］等。

2.2 開關設備智能組件設計

依據(jù)智能斷路器組成結構結合工程實際應用需求，斷路器智能組件設計如圖4所示。

在智能組件柜內集成了監(jiān)測主IED、機械狀態(tài)IED、局部放電IED、SF6氣體狀態(tài)IED、避雷器監(jiān)測IED和開關設備控制器等，實現(xiàn)開關設備控制數(shù)字化和網絡化，開關設備的SF6氣體微水、密度的監(jiān)測，機械特性的監(jiān)測，局部放電的監(jiān)測，避雷器動作次數(shù)及泄漏電流的監(jiān)測及上層設備對開關設備的狀態(tài)可視化。斷路器智能化措施如表3所示。

圖3 智能高壓組合電器組成架構示意圖

圖4 斷路器智能組件設計示意圖

表3 斷路器智能化措施

常規(guī)狀態(tài)參量的數(shù)字化測量具體技術要求如表4所示。

表4 斷路器/GIS設備數(shù)字化測量信息

對SF6氣室的密度/壓力、微水、儲能電機的狀態(tài)進行監(jiān)測，分合閘線圈電流監(jiān)測作為可選功能，并視情況增加。斷路器儲能電機工作狀態(tài)是操動機構狀態(tài)的一個重要方面，可以反映儲能電機和儲能系統(tǒng)的缺陷。測量數(shù)據(jù)包括電機電流、電壓、工作時間;對于液壓機構，包括統(tǒng)計儲能電機的啟動次數(shù)/日、累計工作時間/日等。

3 變電設備智能化改造技術難點

常規(guī)的變電站智能化改造有以下技術難點［15］:

1)變電站監(jiān)測IED網絡升級改造，需要調整或更改監(jiān)測IED的部分功能。例如，需要將原先通過CAN、RS485上傳監(jiān)測參量的監(jiān)測IED調整為支持以太網傳輸數(shù)據(jù)，這樣就需要對監(jiān)測IED甚至支持監(jiān)測IED的工控機進行升級改造。

2)部分監(jiān)測IED難以加裝，是因為需要增加常規(guī)變電站沒有配給的內置傳感器，重新加裝這些傳感器會極大增加工程難度和改造成本。

3)對于原先支持不同協(xié)議傳感器的智能化升級改造，需要原監(jiān)測IED廠商對設備功能進行部分修改調整，以適應智能組件的要求。

4 結語

高壓一次設備加裝智能組件是常規(guī)變電站智能化改造的有效方式之一，在實際的變電站智能化改造中取得了很好的實用化效果，降低了因改造而導致電網停電的高額成本，保證了電網的穩(wěn)定、安全運行。

［1］國家電網公司智能電網部.Q/GDW/Z 410－2011智能高壓設備技術導則［S］.北京:中國電力出版社，2011.

［2］國家電網公司.Q/GDW/Z 410－2010高壓電氣設備智能化技術導則［S］.北京:中國電力出版社，2010.

［3］國家電網公司智能電網部.智能變壓器技術條件［R］.北京:國家電網公司，2010.

［4］國家電網公司.Q/GDW 383－2009智能變電站技術導則［S］.北京:中國電力出版社，2009.

［5］國家電網公司.DL/T 363－2010輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2010.

［6］劉有為.智能電力變壓器信息流方案的設計［J］.電網技術，2011，35(1):1 －5.

［7］劉有為.高壓設備智能化技術分析報告［R］.北京:中國電力科學研究院，2009.

［8］張斌，倪益民，馬曉軍，等.變電站綜合智能組件探討［J］.電力系統(tǒng)自動化，2010，34(21):91 －94.

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［10］劉有為，周華.智能高壓開關設備信息流方案設計［J］.高壓電器，2011，47(1):1 －4.

［11］劉有為，鄧彥國，吳立遠.高壓設備智能化方案及技術特征［J］.電網技術，2010，34(7):1 －4.

［12］劉有為，肖燕，許淵.智能高壓設備技術策略分析［J］.電網技術，2010，34(12):11 －16.

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［14］胡學浩.未來電網的發(fā)展態(tài)勢［J］.電網技術，2009，33(14):1－5.

［15］齊永峰，高興國，邵雪蓮.智能化電力變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展［J］.黑龍江電力，2007，29(6):448 －452.