智能變電站狀態檢修分析

鈕彬 程德山 王李冬

摘 要：該文介紹了變電站狀態檢修的概念，闡述了當前開展狀態檢修的現狀和存在問題，從狀態監測、設備診斷、檢修決策三個環節深入分析了智能變電站相關技術給變電站狀態檢修帶來的深刻變化，最終得出智能變電站的狀態檢修將從人工步入智能，從關注設備可靠性轉變為關注電網的可靠性的觀點，為進一步研究智能電網提供了參考。

關鍵詞：智能變電站 狀態檢修 在線監測

中圖分類號：TM733 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-00-02

近年來，以時間周期為特征的變電站計劃檢修由于存在一定的“檢修過度”和“檢修不足”以及需要大量人力物力支撐等問題，已逐漸被建立在設備狀態評價基礎之上的狀態檢修所取代，并全面在電網企業內推廣應用。同時，智能電網由于相比傳統電網在安全、可靠、經濟、高效、環保等方面的優勢，已成為世界各國競相發展的一個重點領域。在這種背景下，該文對智能變電站狀態檢修模式進行了研究，分析了智能變電站的相關技術給狀態檢修帶來的深刻變化。

1 變電站狀態檢修的現狀及存在問題

2007年初，國家電網公司組織編制了一系列關于狀態檢修的規章制度和技術標準，對狀態檢修工作進行了全面規范，在《國家電網公司設備狀態檢修管理規定》中明確了狀態檢修的定義：“狀態檢修是企業以安全、環境、效益等為基礎，通過設備的狀態評價、風險分析、檢修決策等手段開展設備檢修工作，達到設備運行安全可靠、檢修成本合理的一種設備檢修策略”。該檢修模式主要包含狀態監測、設備診斷、檢修決策三個環節，其中狀態監測的關鍵是對狀態量的獲取，它是設備診斷的依據和狀態檢修的基礎，檢修決策是結合在線監測與診斷的情況，綜合設備和系統的技術應用要求確定具體的檢修計劃和策略。

對于變電站狀態監測環節，其涉及到整個站內一次設備和二次設備?；趥鹘y的變電站架構下，一次設備狀態監測的對象主要有互感器、變壓器、斷路器等相關的電壓、電流、聲音、溫度、震動、絕緣、機械特性、氣體含量等參數。目前，這些狀態量的獲取是以人工巡檢、停電試驗和帶電檢測這些離線檢測手段為主，僅輔以少量在線監測手段。二次設備狀態監測，其對象不同于一次系統單一元件的參數，而是各個元件的動態性能，是一個系統。其狀態監測環節應包含：交流測量系統，包括TA＼TV二次回路絕緣良好、回路完整，測量元件的完好；直流系統，包括直流動力、操作及信號回路絕緣良好、回路完整；邏輯判斷系統，包括硬件邏輯判斷回路和軟件功能等。由于電氣二次回路是由連接若干二次裝置的電纜所組成，其設備輸出觸點的狀況、回路連接的情況很難進行檢測，所以目前開展的二次設備狀態檢修，其狀態監測主要停留在投運前資料、運行數據、檢修試驗數據等資料與信息的收集階段。此外，目前的在線監測系統的規約多為私有，信息缺乏統一建模，呈現一種相對封閉的結構體系，不同監測系統之間以及監測系統與其他自動化系統間的信息共享很難，存在很大的規約轉換鴻溝。

對于設備診斷、檢修決策環節，目前則基本上是依靠相關檢修運行人員按照相應技術標準的流程步驟通過人工方式完成。

因此基于傳統電網技術體系下的狀態檢修主要存在以下問題：①輸變電設備的高速增長使得人工巡檢和帶電檢測效率低、及時性差、人為因素占比大的缺點愈發凸顯；②目前電網使用較多常規電氣設備的數字化、智能化程度低，很多設備難以獲得需要的狀態參數信息；③調度自動化系統、生產管理系統等收集的電網狀態信息基本上是電氣量參數，非電氣量參數較少；④缺乏統一信息建模，使得在線監測系統難以在統一架構下覆蓋全站所有需要監測的電氣設備，無法實現從“設備”監測到“系統”監測的轉變；⑤設備診斷、檢修決策基本依靠人工完成，缺乏有效的計算機輔助決策系統，隨著實施狀態檢修的設備越來越多，工作量繁重，無法保證檢修的及時性和高效性。

2 智能變電站的架構體系和主要技術特征

智能變電站采用分層分布式結構，具體分為過程層、間隔層和變電站層，如圖1所示。過程層主要是指變壓器、斷路器、電流互感器、電壓互感器等一次設備，功能為：實時運行電氣量和設備狀態量監測以及操作控制命令執行。間隔層按斷路器間隔劃分，主要指保護、測控、計量等二次設備裝置，通過局域網或串行總線與變電站層聯系。變電站層主要指監控主機、遠動通信機等，通過局域網實現各主機之間、監控主機和間隔層之間信息交換。此外，智能變電站的主要技術特征有：數據采集數字化，設備操作智能化、系統建模標準化、信息交互網絡化、信息應用集成化等[1]。這些技術的產生和應用對變電站狀態檢修的各個環節帶來了深刻的

影響。

3 智能變電站狀態監測

3.1 智能變電站一次設備狀態監測

首先，智能變電站中先進的傳感與量測技術的應用將全面擴大一次設備在線狀態監測的范圍。對于變壓器和電抗器等變電設備，能對其油色譜、局放、鐵心接地電流、套管絕緣、頂層油溫和繞組熱點溫度等進行在線監測；對于CT、CVT、耦合電容等容性設備，能對其電容量和介損進行在線監測；對于避雷器能對其泄漏電流進行在線監測；對于斷路器、GIS等開關設備能對其開關機械特性、GIS局放、SF6氣體泄漏及SF6微水、密度等在線監測；對于電力電纜，應用分布式光纖測溫技術能對其溫度和局放進行在線監測。其次，智能變電站中數字化技術的應用將大大提高狀態監測數據的可靠性。傳統的電磁型互感器被非常規互感器所取代，二次側直接輸出數字信號。傳統的斷路器、變壓器等一次設備得益于微電子和計算機技術的發展，直接帶有數字化通信接口，配合智能傳感器，能直接輸出數字化狀態信號。這些在過程層輸出的數字信號相比傳統的模擬信號動態范圍大，抗干擾性強，并通過光纖傳輸至間隔層處理，大大提高了監測數據的可靠性。

3.2 智能變電站二次設備狀態監測

首先，智能變電站過程層信號的數字化輸出將進一步推動間隔層保護、測控、計量等二次設備的數字化。傳統二次設備中與一次設備連接的模擬接口被數字接口取代，二次設備中省去了大量的模數轉換電路，結構得到簡化，數字化程度更高[2]，其狀態量的監測也變得更加容易。其次，智能變電站二次回路狀態量的監測變得容易，在監測操作及信號回路，設備狀態特征量的采集上將沒有盲區。在智能變電站的分層分布式結構中，過程層、間隔層與變電站層之間均通過光纖網絡互聯，傳統電網中的二次回路電纜被光纖所取代，傳統電網中的回路絕緣、回路接地等問題將不在存在。

3.3 智能變電站設備狀態監測向系統狀態監測的轉變

首先，由于電網是一個統一協調的整體，未來智能變電站狀態監測的范圍相比傳統電網有了很大的擴大，其狀態監測信息必須是廣域的全網狀態信息[3]。不僅有變電站設備的狀態信息，如一次設備、二次設備的健康狀態、劣化趨勢、安全運行承受范圍等；還應有變電站實時運行信息，甚至遠程接收的發電側、電網側、用戶側等電網運行的實時信息，如機組運行工況、電網運行工況、潮流運行工況、用電側需求等；同時還應有相關的自然物理信息，如地理信息、氣象信息、災變預報信息等。

其次，智能變電站采用IEC 61850標準，建立統一的信息模型和信息交互模型。所有的電氣量、非電氣量皆具有明確的語義信息，以及全網唯一的信息標識，使得信息具備自我描述能力。由于采用統一的信息模型，可以實現各在線監視系統的互操作和即插即用，徹底改變各系統相互封閉的現狀，真正實現智能變電站下設備狀態監測向系統狀態監測的轉變。

4 智能變電站設備診斷

智能電網中數字化技術、電力電子技術和計算機技術的發展將推動一次設備、二次設備的智能化，傳統變電站的人工診斷被智能變電站的智能診斷所取代。一方面，智能變電站一次設備、二次設備具有一定的自診斷功能。以斷路器為例，智能電網中傳統斷路器被智能斷路器系統所取代。其由數字化控制裝置構成執行單元，代替常規機械結構的輔助開關和輔助繼電器，實現電子操動。斷路器內部的數字化控制裝置與新型傳感器配合，組成智能監控系統，能對斷路器系統的開關機械特性、GIS局放、SF6氣體泄漏及SF6微水、密度等進行在線監控。間隔層接收過程層發送過來的相關狀態信息，與預先設置好狀態量進行比較、判別與輸出，當相關參數如SF6密度降低至告警值時，發送控制信號至過程層閉鎖分合閘，實現智能斷路器系統的自診斷。

另一方面，智能變電站可以在站控層建立專家診斷系統，該系統根據相關規程導則，對在線數據的時間序列做趨勢分析（包括設備的橫向比較及自身歷史數據的縱向比較），采用神經網絡法，模糊數學理論等，對設備狀態作出全面診斷[4]，并給出診斷報告。

5 智能變電站檢修決策

智能變電站的設備狀態監測向系統狀態監測的轉變，以及人工診斷向智能診斷的轉變給檢修決策系統提供了巨大的支撐。檢修決策系統利用狀態監測系統和專家系統給出的設備狀態、電網運行工況、地理天氣物理信息等全方位的狀態信息，利用計算機輔助系統綜合考慮設備歷史數據以及檢修的工期、費用、風險等多方面因素，進行經濟性比較，最后給出一個最優的檢修方案，從而實現檢修決策的智能化。

6 結語

基于智能變電站的狀態檢修技術，以變電站的全方位在線狀態監測為基礎，以統一建模的IEC61850標準為支撐，利用計算機輔助決策系統，實現變電站設備診斷和檢修決策的全面智能化。智能變電站的狀態檢修最終將從人工步入智能，從關注設備可靠性轉變為關注電網的可靠性，從電網的大視角實現設備壽命周期成本管理。

參考文獻

[1] 高翔，張沛超.數字化變電站的主要特征和關鍵技術[J].電網技術，2006，30（23）：67-71.

[2] 夏佳.論數字化變電站二次系統的狀態檢修[J].科技資訊，2012（21）：105.

[3] 劉驥，黃國方，徐石明.智能電網狀態監測的發展[J].電力建設，2009，30（7）：1-3.

[4] 林松，王慶紅，劉然.數字化變電站狀態檢修技術[J].電網技術，2007，31（6）：137-140.