曾湘聰

（蘭州倚能電力設(shè)計(jì)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(jìn)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(gè)具備網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化的信息平臺(tái)。以這個(gè)系統(tǒng)化的變電站平臺(tái)為核心，達(dá)到高效可靠的自動(dòng)化處理變電站信息，并且兼顧信息的收集、控制和保護(hù)。智能設(shè)備在變電站系統(tǒng)的運(yùn)用，應(yīng)當(dāng)起到使整個(gè)變電站系統(tǒng)之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的高效控制、協(xié)同以及對(duì)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(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)高效穩(wěn)定的安全運(yùn)行，從而為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)發(fā)展以及人民群眾的幸福生活提供切實(shí)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(diǎn)就是更加高效，并且可以通過(guò)一定的技術(shù)手段實(shí)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(hù)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(jì)專門的維護(hù)操作手段。新設(shè)備的增加，也要求對(duì)變電站的空間布局進(jìn)行新形式的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)智能化設(shè)備和變電站之間的協(xié)同運(yùn)作新模式。在進(jìn)行空間布局設(shè)計(jì)的過(guò)程中，自然而然的產(chǎn)生了對(duì)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(gè)部件的設(shè)計(jì)思路應(yīng)當(dāng)把集成化作為一個(gè)重要方向。

另外，新興設(shè)備的安全性和使用壽命也是一個(gè)應(yīng)當(dāng)關(guān)注的問(wèn)題。和傳統(tǒng)變電站經(jīng)過(guò)數(shù)十年的實(shí)踐摸索不同，智能化變電站中的許多設(shè)備并沒(méi)有充分暴露出有可能出現(xiàn)的故障和安全隱患，在設(shè)計(jì)、施工、操作、維護(hù)的各個(gè)階段都應(yīng)當(dāng)充分考慮到智能化變電站中的安全問(wèn)題。在設(shè)計(jì)和建設(shè)智能化變電站時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到如何避免對(duì)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(duì)智能化變電站的空間布局進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，做好防火、油封等設(shè)計(jì)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(dòng)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(shí)踐中逐步驗(yàn)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(lái)逐漸成為變電站建設(shè)的主流方式，除了國(guó)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(shì)才是近年來(lái)它越發(fā)流行的根本原因。

模塊化智能變電站對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，本身就是一種相對(duì)新興的技術(shù)。雖然將變電站模塊化的設(shè)計(jì)建設(shè)思路早在上世紀(jì)八十年代就由美國(guó)提出，但我國(guó)的模塊化智能變電站只到2009年才于湖南省投入運(yùn)行。低壓模塊化智能變電站的建設(shè)真正和我國(guó)電力工程系統(tǒng)完全契合，是2018年在國(guó)家電網(wǎng)公司的推動(dòng)下，才逐步得以廣泛應(yīng)用的?？梢妼?duì)我國(guó)的電氣基礎(chǔ)工程建設(shè)而言，模塊化的設(shè)計(jì)和建設(shè)變電站本身就是一種相對(duì)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(shì)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(chǎng)的施工對(duì)象從零件變成了高度集成化的變電站模塊。這樣一來(lái)，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。可以說(shuō)，模塊化的建設(shè)施工方式是從源頭上解決我國(guó)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(chǎng)安裝的模塊化設(shè)計(jì)思路，就決定了在后期維護(hù)、維修中同樣以模塊為單位進(jìn)行維護(hù)。這就切實(shí)提高了維護(hù)的效率，為整個(gè)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(hù)成本的有效途徑。

模塊化智能變電站中同樣可以運(yùn)用許多新的技術(shù)和設(shè)備，以達(dá)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(lái)，對(duì)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?dú)獾幕旌蠚怏w去絕緣導(dǎo)體。氣體絕緣線路的優(yōu)勢(shì)在于它的維護(hù)過(guò)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(hù)過(guò)程中相對(duì)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(hù)手段，氣體絕緣線路可以說(shuō)是提高了變電站整體線路的可靠性，而這對(duì)后期的維護(hù)和降低維護(hù)成本而言都是十分有利的。對(duì)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(jì)施工的冗余空間更大，有更多的設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(shì)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(shí)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(jìn)行配套的使用，從而構(gòu)成一個(gè)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(duì)于傳統(tǒng)的變電設(shè)備而言優(yōu)勢(shì)是十分明顯的。變電站中，繞組和鐵芯在通電狀態(tài)下會(huì)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?dú)獗旧砭途邆渖岬淖饔谩６?，為了增?qiáng)散熱的效果，可以采用增加氣體對(duì)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(jì)施工難度還是成本上看，其優(yōu)勢(shì)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(diǎn)。

氣體絕緣線路的不足之處在于它對(duì)密封性有較高的要求。一旦發(fā)生氣體泄漏又沒(méi)有及時(shí)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(méi)有完善的操作維護(hù)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(shì)就蕩然無(wú)存了。因此，在利用氣體絕緣技術(shù)建設(shè)智能化變電站時(shí)，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(shí)要完善智能化變電站的后期操作和維護(hù)流程。

3.3 故障電流限制技術(shù)

我國(guó)目前的發(fā)電量和用電量都在不斷增加，這就意味著我國(guó)電力系統(tǒng)的負(fù)荷也隨之增加，那么電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容量就自然應(yīng)當(dāng)隨著這一趨勢(shì)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(duì)線路進(jìn)行維修的要求的。

在傳統(tǒng)的故障線路維修過(guò)程中，切斷故障電流主要通過(guò)斷路器進(jìn)行。但在當(dāng)前階段，斷路器要承擔(dān)的任務(wù)越來(lái)越重，也就要求其分段能力必須足夠強(qiáng)大。這樣一來(lái)，斷路器的結(jié)構(gòu)就愈發(fā)復(fù)雜，隨之而來(lái)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(gè)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(dòng)斷路器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

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(jì)電流的兩倍左右，這時(shí)再配合斷路器使用就可以很好的降低斷路器的負(fù)擔(dān)，從而達(dá)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(hù)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(duì)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(jì)施工之時(shí)，就要考慮到該智能化變電站的環(huán)境和可能需要應(yīng)對(duì)的問(wèn)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(jìn)行冗余設(shè)計(jì)也是應(yīng)當(dāng)考慮的問(wèn)題。另一個(gè)需要慎重對(duì)待的問(wèn)題就是變電站中相關(guān)設(shè)備的可靠性問(wèn)題，在對(duì)短路的故障電流進(jìn)行控制的同時(shí)，有可能會(huì)對(duì)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(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)、信息信息共享、提高運(yùn)行可可靠性，降低維護(hù)難度，實(shí)時(shí)檢測(cè)變電站運(yùn)行狀態(tài)等功能。實(shí)現(xiàn)智能化變電站的狀態(tài)信息可視化，利用實(shí)時(shí)信息和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)警，輔助工作人員進(jìn)行決策和操作以及實(shí)現(xiàn)站域的控制等等。

在信息技術(shù)的支持下，對(duì)智能化變電站的保護(hù)提供了十分有利的條件。一方面可以將對(duì)變電站狀態(tài)的定期監(jiān)測(cè)變?yōu)槭聦?shí)監(jiān)測(cè)，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(shí)對(duì)變電站負(fù)荷的控制，從而更好的保護(hù)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(shì)是毋庸置疑的，與此同時(shí)，智能化變電站所面臨的問(wèn)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(duì)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?yàn)檫^(guò)于敏感而受到其他因素的影響，或者因?yàn)閺?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(wèn)題都會(huì)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(diǎn)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(kuò)大。造成更為嚴(yán)重的不良影響，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)損失?；谥悄芑冸娬镜倪@一特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)施工時(shí)一定要盡可能的保障工程質(zhì)量，適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜哂嘣O(shè)計(jì)。并且在后期的維護(hù)過(guò)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(guò)程中對(duì)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(yǔ)

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(gè)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(shì)與不足，以及潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，新技術(shù)和新設(shè)備的優(yōu)勢(shì)是巨大的，潛在的風(fēng)險(xiǎn)是可以規(guī)避的。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，推廣新技術(shù)和新設(shè)備是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，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(guò)程中應(yīng)當(dāng)細(xì)化操作流程，對(duì)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)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(shí)兼顧安全和可靠。