智能高压设备技术策略解析

1、智能高压设备技术策略解析 智能高压设备技术策略解析 摘要：智能电网作为21世纪电力系统的科技创新成果，引领着未来全球电力系统开展和变革的新方向。智能高压设备是顺应智能电网建设需求而产生的新的设备形式。文章首先简述了智能高压设备的技术理念与功能，接着解析了智能高压设备的技术策略，最后展望了智能高压设备的应用前景。 关键词：智能电网；智能高压设备；技术理念；技术策略；电力系统 文献标识码：A 中图分类号：TM51 文章编号：1009-237410-0040-02 DOI：10.13535/j ki.11-4406/n.2021.10.019 2021年，国家电网公司正式启动智能电网的试点建设工程。

2、智能电网是全新的概念，因此试点建设工程定将遭遇诸多技术瓶颈，例如高压设备智能化或智能高压设备。智能高压设备是在国家智能电网建设根底上提出的新概念，是传感器、一次设备及二次设备的创新结合。智能高压设备主张利用传感器技术来实时地将高压设备的状态与电网运行控制结合起来，以优化电网的运行和确保电网供电的可靠性。?高压设备智能化技术导那么?是国家电网公司出台的指导性技术文件，尽管如此，智能高压设备技术理念的有效执行仍需较长的时间，同时智能高压设备的研究单位、制造单位、应用单位尚未形成标准化的认识。据此研究背景，笔者结合智能高压设备的技术特点，解析其技术策略。 1 智能高压设备的技术理念与功能 高压设备是

3、电网运行的保障性元件，即服从电网控制；电网故障时保护动作自动退出运行。高压设备智能化的目标是优化自身控制和支持电网优化运行，此乃智能高压设备的研究、设计及应用关键点。据此认知，有研究人员就智能高压设备提出如下技术理念：将高压设备、智能电子装置及传感器有机集合起来，形成一部具备实时描述功能的新型设备。依此技术理念可知，智能高压设备具有以下技术要点：从高压设备的自控需求及电网的优化运行需求出发，制定传感器的应用方案和对采集信息进行智能化分析；传感器应自行就地分析信息，信息的内容包含控制、运行及可靠性状态；智能化信息经站控层网络、电网高级应用系统实现信息交互，以便实时适应电网的优化运行所需。此外，从

4、智能高压设备的技术要点中可归纳出，智能高压设备具有优化自身控制、支持电网优化运行、支持优化检修策略的 功能。 1.1 优化自身控制 电力变压器的优化控制对象为冷却装置、有载分接开关，其中对于冷却装置，优化自身控制是综合传感器信息之后，在绝缘热点温度控制与节能之间找准平衡点，最后再按节能要求制定出智能控制策略。断路器的优化控制指的是支持程序化操作及选相合闸控制，其中程序化操作指的是开关设备在相关指令、要求和技术的约束条件下自动实现接地开关、隔离开关及断路器的分/合闸操作；选相合闸控制指的是综合各种影响时间特性的信息，以支持在期望的相位实现断路器的合闸操作。 1.2 支持电网优化运行 智能高压设备

5、往往从多方面对电网优化运行提供支持，如可靠性状态、负荷控制等，其中负荷控制是指利用各种传感器来对电力变压器的最大平安负载能力进行实时确定，以满足电网的应急所需。负荷控制的原那么之一是缩短电力变压器的使用寿命来提高电网供电的平安可靠性。 1.3 支持优化检修策略 传统在线监测与智能高压设备均具备支持优化检修策略的功能。对于智能高压设备，多数传感器皆可反映出高压设备的可靠性状态，此乃高压设备检修的主要依据。实践说明，高压设备具有很高的可靠性，且现行传感器无法完全反映出高压设备运行故障的成因，外加智能电子监测装置和现行传感器的可靠性较低，因此难以完全支持优化检修。对此，技术人员不宜过度追究在线监测的

6、影响。 2 智能高压设备的技术策略 2.1 智能化高级应用技术 智能高压设备的高级应用是一种基于智能化信息的电网优化运行与检修优化技术。高级应用是智能高压设备应用的根本目的，尤其是电网优化运行技术，应作为智能高压设备应用的核心目标。 2.2 传感器与智能电子装置 据调查结果显示，高压设备附近安装的电子装置和电量传感器均易出现测量不稳定、故障率高等问题，虽然多数电子装置均做过电磁兼容性实验，但仍未彻底改善电子装置运行的可靠性。针对此类问题，研究证实并非电子器件的问题，而是设计与实验方面存在缺陷，即应从设计方面、实验方面来改善传感器与智能电子装置的运行效果。 2.3 标准化技术 智能高压设备的活力

7、由所建立的智能高压设备技术标准体系所决定，即智能化水平的评测标准、IED的互换性与互操作性标准、传感器的接口标准与植入标准及智能组件的试验标准、现场运维标准、开放性标准等均需得到标准。目前，智能高压设备技术标准体系已经初步规划完成，同时加快推进智能高压设备标准化的建设步伐，以扭转智能高压设备无标准可依的现状。 2.4 状态评估技术 状态评估技术作为智能高压设备的核心技术，是指利用智能技术将传感器的数据转变为智能化信息，以支持智能高压设备的高级应用。智能高压设备通常表现出以下三种状态，即控制状态、运行状态及可靠性状态，且三种状态之间具有较高的关联性，但三种状态的应用却表现出明显的差异性。因此，假

8、设智能化方案不同，那么应重视对高压设备状态评估结果的准确控制及对评估结果可信度的准确描述。 2.5 信息管理与交互技术 高压设备主要通过智能组件来实现智能化，而智能组件是IED的集合，同时从智能化工程的差异性来讲，同类设备拥有多种IED集合方案。在智能组件中，IED的信息源可以是传感器或其他IED，但主IED具有设备状态分析的功能，即根据其他IED信息来分析设备状态，分析所得的智能化信息应按事先约定好的间隔要求自主报送到其他站控层设备，从而支持智能高压设备的高级应用。除此以外，为了满足设备状态分析的相关要求，多数信息需要屡次使用，即IED应具备储存与管理信息的功能，以满足趋势分析与信息品质分析

9、所需。智能高压设备是智能变电站与数字化变电站的重要区别。经论证，智能高压设备的IED均可统一组网，同时根据智能化需求而设计的智能组件信息管理方案对保障智能高压设备运行的平安性、可靠性非常重要。 3 案例分析 某500kV变电站是我国首批智能化改造试点变电站。此变电站的自动化系统由过程层、间隔层、站控层组成，且此变电站二次系统的信息化、数字化、自动化程度均较高，因此对一次设备智能化及高级应用网络化的实现非常有利。此项智能化改造工程的内容较多，而本案主要讨论的是一次设备的智能化改造，即分别从以下方面讨论智能高压设备的技术策略： 3.1 智能断路器的技术方案 智能电网中，智能高压设备采用的最终模式为

10、紧凑型一体化智能设备。HGIS开关具有GIS开关和AIS开关的优点，即具有环境适应力强、占地面积小、安装方便、运行可靠度高、抗振动能力强、维护工作量小、造价廉价等优点，但HGIS技术尚无法完全满足电网智能化的建设需要。根据?高压设备智能化技术导那么?，本次改造工程自主研发了一台基于HGIS的35kV智能断路器。此断路器具有在线监测、智能终端、集成保护、计量、测控等功能，同时可使开关的一次、二次设备融合起来，以提高智能设备的紧凑度。 3.2 变压器智能组件的技术方案 对此500kV变电站的#3主变开展智能化改造，即配置一套三相的变压器智能组件。此变压器智能组件的每相均配置一个智能柜，智能柜具体由

11、主IED、控制参量测量IED、冷却装置监测IED、油内气体与微水监测IED及局放监测IED组成。智能柜之间的连接由光纤以太网来实现；智能柜中的子IED共用一套置于A相智能柜中的主IED；#3主变的非电量保护装置及风冷控制箱均按在A相变压器的旁边，因此#3主变智能组件的非电量保护装置及冷却装置监测IED也全部置于A相智能柜中。 3.3 断路器智能组件的技术方案 高压开关设备中，电网的平安稳定运行主要由断路器来实现。但据统计数据显示，各类故障所占的比例分别为载流为8.9%、开断与关合为10.0%、外力为10.6%、机械为33.3%、绝缘为37.3%，因此高压开关设备故障的成因无疑以绝缘及机械为主。

12、开关在线监测的任务是及时发现绝缘及机械方面所引起的故障及采用电流监测的方法找出电气故障。开关在线装置的任务是对刀闸电流、储能电机电流、开关跳圈合圈电流及开关动作特征等进行在线监测，并利用站控层和MMS网络上传各种波形数据、实时测量值及告警信息等。此外，每一台断路器均配有一套包含断路器动作特性监测IED的断路器智能组件，以实现对主IED的集成处理。 实践说明，按以上方案所开展的一次设备智能化改造对实现一次设备状态的可视化具有重要作用且能够实现智能变电站的平安可靠运行。 4 展望 智能高压设备作为智能电网开展的产物，具有明显的智能化特征，同时智能高压设备所具备的自我状态描述功能支持高压设备的优化控制及电网的优化运行，因此对进一步推进国家智能电网的建设具有重要作用。除此以外，智能高压设备的技术理念既包含在线检测技术的各项功能，又新增优化控制和支持电网优化运行的功能，并能从技术上解决在线监测网络的应用缺