智能变电站一体化电源的运用与安全可靠性探究

张 弘，石 峥，彭 寅，马晓路

（国网山东省电力公司青岛供电公司，山东 青岛 266000）

0 引 言

随着信息技术的发展，智能化技术也应用在电网建设中，为国家的基础设施建设做出较大贡献。变电站由传统变电站、数字化变电站进化到了新一代的智能变电站，变电站交直流系统也从传统的低压屏、直流电源屏、通信电源屏等逐渐更新为了智能化的一体化电源系统，实现了变电站内各项电源的一体化的监控和管理。站用交流系统、直流系统、通信电源系统以及不间断电源系统等之间实现了动态监测和数据共享。共享意味着各部分电源信息都能在一体化电源系统中进行综合分析，对事故可以及时预警。

1 智能变电站的发展传统变电站电源系统存在的问题

1.1 智能变电站的发展现状

智能变电站是在信息化时代提出的变电站最新发展趋势，它是利用智能电网实现通信平台网络化以及信息共享化，通过信息共享与智能计算能够实现对电网信息进行自动采集、计算、监控等。智能变电站拥有更加精细和标准的监测系统，使得高压断路器、变压器的系统之间实现网络化和系统化，在原有变电站复杂功能和设计中简化相关流程，实现智能化的管理，解放人力，增加效益，更好地为国家电力发展提供服务。

1.2 传统变电站电源系统存在的问题

1.2.1 难以系统化管理

传统的变电站无法对站用交直流系统进行系统化管理，对复杂的交流电源、直流电源参数无法进行实时监测，难以对其进行全方位的检修。对于站用交直流系统存在的问题无法进行动态监控，静态参数也不能及时有效进行记录，仅靠人力来定期维护，增加了维护的成本，也使得管理效率降低。

不同厂家生产的电源系统间容易产生不兼容的情况，难以对电源系统进行网络化管理，数据无法实现共享，一旦出现事故，需要依靠有资深经验的厂家进行检修，并且需要耗费大量人力和时间，检修效率较低，只能通过周期性检修的方式来减少电源设备损坏造成的损失。

1.2.2 可靠性较低

传统的变电站缺少智能化系统进行数据的采集、分析以及监控，无法对安装位置、设备状态进行数据共享，无法将各个系统之间协调统一处理，对于逆变电源等反灌电流法统一治理，造成一定的安全隐患[1]。

1.2.3 经济效益较差

没有智能化系统对资源数据进行共享，各地的电源子系统资源设备重复配置，造成较大程度的浪费，各个设备之间缺少系统化配置，也难以协调运作。

1.2.4 不利于长期运行

各供货厂商提供的电源设备出现问题时需要联系多家厂商进行解决，而电源设备的安装协调较为困难，要耗费大量的人员进行管理，维护成本较高且人员调配较为困难。

1.3 智能变电站使用一体化电源系统的可行性

（1）一体化电源使用成熟的交直流电源技术，不存在技术风险。

（2）一体化电源系统的后台监控部分能够对隐患及时排查，监控故障也不影响系统的正常运行。多个监测点进行监控，提高了故障的监测以及控制系效率。

2 智能变电站交直流一体化电源的运用

2.1 智能性设计

2.1.1 交直流馈线智能监控

交直流馈线信息采集可以通过在各个馈线柜内配置智能监控系统，采集每一个馈线开关的报警点、回路电流等，各个接口能够实现监测和控制，将数据进行采集并传至处理系统，处理系统的智能管理软件，对采集到的数据加以分析，并根据分析结果对馈线实施远程的智能监控。

2.1.2 交流进线智能监控

智能化系统加装进线智能监控模块，通过模块采集信息，将数据传至总监控装置。对采集到的信息加以分析，并实现对交流进线的远程智能控制。

2.2 变电站电源数字化

2.2.1 站用物理设备

各个电源之间采用了一体化的电源系统，可以实施一体化的监控。包括交流电源、直流电源、站用通信电源等多个部分。子系统的信息通过一体化进行采集，并通过以太网与站控层进行网络通信，通过接口与外界进行联系，整个电源物理设备可以看做是一个整体与外部网络通信进行信息交换。

2.2.2 站用电源的逻辑节点和设备划分

在进行逻辑设备的划分时，可以将各个子系统划分为多个逻辑设备，也可以将整体视为一个逻辑设备，在对电源系统进行数字化建模时，开关、电池等逻辑节点需要进行重点建立，可以按照相关规定中对扩充逻辑节点的规定来定义智能变电站一体化电源逻辑节点[2]。

2.2.3 特定通信服务映射

在对电源系统数据模型建立完成后，需要建立抽象服务通信接口来实现与模型的对接，将模型数据映射到站控层网络的MMS。

2.3 统一监控功能设计

（1）通信功能。监控系统使用以太网实现对上位机和对交流、直流等通信电源智能设备之间的对接。

（2）报警功能。系统可以针对检测到的异常数据启动报警功能。

（3）逻辑处理。对电路进行逻辑分析，结合个节点情况判断电路异常状况。

（4）监控平台。电源和外部设备使用统一的监控平台，实现一体化监控，设备之间可通过监控系统实现互动。

2.4 节能功能设计

在对电网电能进行利用时，要考虑其来自于不可再生能源，因此在进行变电站电源的相关设计时，需要在一定程度上考虑节能环保的效益。一体化蓄电池在一定程度上可以减少蓄电池对环境的污染，在进行通信电源的设计时，取消了通信电源独立蓄电池组对其进行供电，而是直接使用直流系统馈线来供给电能。

2.5 事故照明电源

在进行一体化电池设计时，同样需要考虑意外造成的全面停电，需要设计后备电源与故障照明灯进行整合。

3 智能变电站一体化电源优势

3.1 测量数字化

测量数字化的技术特点主要体现在以往的模拟测量方式被现场数字化测量所取代，在测量一些关键参数时，用连续测量数据代替节点数据，同时增加额外的测量点，这一系列测量不仅实现了对设备本身的有效监控，而且提高了测量的准确性和可靠性[3]。

3.2 控制网络化

控制网络化技术特点主要体现在对有控制要求的设备实现网络化控制。智能设备的智能组件包含更多信息，可能会由智能组件进行主控。对于系统的控制网络，可以采用基于IEC 61850的网络控制来代替传统控制技术。

3.3 状态可视化

状态可视化主要体现在基于自检信息等设备信息，实现设备状态自诊断，可以具体分析智能设备的运行控制状态，从而为生产、监控和调度提供充足的信息和数据。

3.4 信息交互信息

交互主要体现在：一是智能设备中保护IED装置、控制装置、测量装置、测量装置以及监控装置的信息交换和共享；二是智能装备和车站监控系统的数据交换与共享；三是智能设备与调度系统之间的数据交换与传输，将自检信息上传至调度系统，并据此设计调度决策和设备故障预案；四是智能装备和信息监测分站的数据交换与共享。

3.5 功能整合功能

一体化电源最突出的特点表现在将变电站380 V/220 V交流电源、220 V直流电源、48V直流通信电源、不间断电源、蓄电池组等集成在了一套系统中，为全站各项设备提供安全、可靠的工作电源，实现电源一体化。

4 智能变电站一体化电源的运用与安全可靠性

4.1 提高了电源整体模块效应

采用一体化的电源模式使电源的设计更加标准化，减少了电源之间由于型号和生产厂家等不同而出现不适配的实况。一体化电源更加方便管理，减少了维修成本。对电源进行整体模块化监控和管理能够解决二次电缆多的问题，各个模块之间的参数可以共同加入分析，降低检修的成本，更加精准地发现故障问题。对于监测中的盲点，一体化电池运用开关智能模块，能够实现对各个开关位置进行监控，对于电流的负荷加大、漏电等情况能够及时发现盲点，提高缺陷及故障的处理效率。

4.2 信息共享与管理

在智能变电站中，各个模块之间的数据传输至处理系统进行储存与分析，技术人员可在用户界面随时对相关参数进行调查。节点模块之间数据也可实现共享，使故障问题发现更加及时，并对故障问题实施全方面分析[4]。

4.3 对一体化电源进行优化设计

在进行一体化电源的设计时，需要实施对馈线回路的在线监测，对其进行远程控制，减少测量单元，提高智能控制效率。优化管理系统，减少人为操作，通过系统更强大的数据分析能力来实现对一体化电源的智能管理。实行在线监测与数据记录，通过参数记录与问题解决不断调整系统的识别精度和准确度，逐渐提高其监控异常和处理事故的能力。

配置一体化的监控模块，实现电源中各个子系统一体化监测与控制，提高数据采集的效率和综合分析的准确度。一体化监控装置中的交流馈线监控、开关电源、电池在线监控等模块通过智能设备使各部分系统的监测设备与总设备进行连接，利用远程处理系统进行分析、监控、维护以及管理。

4.4 直流系统电压

全站进行统一的蓄电池配置，实行一体化的监测和维护系统，更有利于对蓄电池进行管理，由同一家厂商生产的电池产品出现故障时，能够极大降低维修成本。此外，一体化管理也能提高电池之间的使用效率，对各个蓄电池进行监控，避免废旧电池污染环境。

在出现事故时，交流电源中的不间断电源装置会产生较大负荷，短时期内施加较大负荷电流。因此在进行蓄电池的组数和容量设计时，需要充分考虑电池可能遇到的负荷，对未来可能遇到的情况进行预判，选取合适的充电设备和蓄电池组，并且留有一定的冗余。

4.5 降低了施工所带来的危险性

采用一体化电源能够极大地减轻施工负担，对电源进行一体化管理，降低安装、调试成本，简化采购流程和施工步骤，能够有效缩短施工工期。相较于传统用电站电源较为复杂的情况，一体化电源由于采用了优化设计，减少了在安装过程中的重复施工，降低了调试和配置的工程量，对电源实现更加智能化、一体化的管理，提高系统的可靠性和安全性。减轻了技术人员日常的维护工作和定期的巡视工作，相关的监控和管理可以直接利用智能化设备，对信息进行全面掌握和实时监控。管理团队依靠智能化发展，使管理技能更加专业，极大地提高了维护效率，减少了人力成本[5]。

4.6 一体化电源的保护与安全性

4.6.1 保护装置

一体化电源在熔断器处安装有报警节点，并可通过直流馈线进行电路保护。各直流馈线出口处有直流断路器，在电路状况发生异常时，可通过监测系统进行断路。直流馈线的断路器对短路具有延时效果，同样能对线路进行一定程度的保护。蓄电池放电回路同样采用直流断路器或熔断器对电池及电路进行保护。

4.6.2 直流电压、接地、绝缘装置

一体化电源具有馈线绝缘检测功能，可以对馈线的漏电流进行检测，并可通过监测系统对数据进行上传分析，及时发现问题。

母线绝缘检测能够在电压出现较大偏差等故障时，及时将母线的对地电组织进行检测，分析相关数据以及电压波动出现的问题，提高了电源一体化装置的安全性和可靠性。

4.6.3 蓄电池监测

蓄电池监测通过多种模块进行数据采集与分析，实现对蓄电池的整体检测，保证电池正常运行并确保其安全。

对蓄电池进行在线的实时监控，记录电池的电压、温度等瞬态变化。对于其静态放电过程中的各个参数进行监测与记录，并可绘制成曲线，为技术人员事后维修提供参考。对蓄电池的放电及电压可以预设数值，当达到预设值时自动停止放电，保障设备的安全，确保其使用不会超过用量范围。对蓄电池的多种方面进行监测，当温度、电压等超过预设限值，自动开启报警系统或自动停止放电，实现智能化管理。此外，对于放电过程中各种参数以及报警信息都能进行实时记录。

5 结 论

本文对智能变电站的一体化电源优势功能进行了分析，并对比传统变电站的功能，提出了智能变电站一体化电源更多的发展可能。以一体化电源为主要研究对象，探究了智能变电站中电源一体化的应用，并从多角度分析了一体化电源在智能变电站中应用的可靠性和安全性。一体化电源能监控各个电源设备的使用情况，对问题设备及时发出预警，过载设备进行断电保护，通过多种方式来使变电站站用交直流系统更加高效、安全地工作。