余 俊，唐 骥

（国网岳阳供电公司变电检修公司，湖南 岳阳 414000）

0 引 言

变电站是电力系统的重要组成部分，是分配电能的场所，主要负责对电压、电流进行转换。随着我国电网事业的发展，变电站逐渐向智能变电站方向发展。与常规的变电站相比，智能变电站采用智能化设备，可以自动完成变电站的数据采集、测量、计量、保护控制及管理，实现变电站的自动化控制、调节、在线分析等管理功能，遇到异常故障，变电站自动发出警报，并自动断开故障线路，确保变电站运行的安全性和可靠性[1]。传统的变电站运维管理技术已经无法适应智能变电站的管理需求，需将智能化技术运用在变电站运维管理过程中，提高变电站的运维管理水平，实现变电站少人或者无人值守。

1 智能技术与变电站运维管理概述

1.1 智能技术

智能技术是为了达到预期的目的，采用的各种手段和方法，是信息技术发展的产物，也是近年来工业制造领域的热门话题。根据当前智能技术的发展情况，智能技术包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法、专家系统以及人工智能等先进技术和理念，智能化技术的应用是将现代信息技术、通信技术、计算机网络技术、智能控制技术以及人工智能集成在经济社会发展特定领域的应用。将智能技术应用在变电站运维管理环节，可以实现调度自动化、用电智能化管理等[2]，降低变电站运维人员的作强度，提高变电站运维工作效率，降低变电站的运维成本，提高变电系统的可靠性和安全性。

1.2 变电站运维管理

变电站运维管理是对变电站运营管理、设备检修、设备巡视等生产过程进行管理与控制，全面监控变电站设备的运行情况，从而根据变电站的电力监测、电能质量分析、用电统计分析、异常报警和事故报警以及事故记录等信息，对变电站进行倒闸操作、巡视检修、电力调度等，满足变电站运行要求。传统的变电站运营和检修分开进行，电力设备出现故障需要停电检修，在一定程度上影响了供电企业的经济效益。由于停电检修无法及时发现电力设备存在的质量问题或者故障，严重影响了检修效率[3]。因此，随着我国电力事业的发展，这种运营管理与检修分开的方式已不适应电网发展的需求，使得电网逐渐向运营一体化方向发展。

变电站要想实现运维管理一体化发展，需要智能技术的支撑。利用各种智能设备、智能技术，可以对变电站进行智能监测、测量、计量、控制和保护，根据监测变电站一次设备的运行状态，将监测数据发送到主站中心。主站中心的工作人员根据监测数据信息判断变电站的运行状态，从而做出倒闸、合闸操作。如果变电站运行过程中出现电力故障，则变电站的保护系统自动断开，有效保护其他线路；如果线路恢复正常，则系统的断路器自动合闸，实现变电站无人值守和少人值守，真正实现智能化管理[4]。

2 智能技术在变电站运维中的应用

2.1 人工智能技术在变电站巡检中的应用

人工智能是模仿人脑神经网络行为特征，并进行分布式处理的数学模型，并具有学习、联想、记忆、磨蚀识别等智能信息处理功能的人工系统，具有自学习性、自适应性和自组织性等特点。在变电站运行过程中，采集系统在采集数据的过程中因受主客观因素的影响，可能会出现一定的偏差，从而导致调度管理系统发出错误的调度指令。而将人工智能技术运用在变电站运维管理环节，可以对变电站运行的状态和采集的数据信息进行识别，剔除错误的信息，防止判断失误。另外，在变电站运行过程中，受到自然因素、环境因素及人为因素的影响，可能出现各种故障，因此需要定期对变电站进行巡检，及时发现电气设备故障，并进行检修[5]。传统的人工巡检方式需要工人定期到变电站进行巡视，不仅耗费人力物力，而且人工可能存在遗漏，影响巡检效果。随着人工智能技术的发展，智能机器人巡检系统在变电站日常巡检中得到了广泛应用，并取得了一定的效果。智能机器人巡检系统采用分布式系统，主要由基站层、通信层和终端层构成。基站层由基站系统、硬盘录像机、视频监控器和防火墙构成；通信层主要由交换机、通信电缆以及路由器等构成，负责终端设备和基站的连接；终端层主要由巡检机器人、机器人充电室等终端设备构成。智能巡检机器人是智能机器人巡检系统的核心，是实现智能巡检的关键。

智能巡检机器人安装了大量的传感设备、可见光摄像仪、红外成像仪、激光雷达以及夜间照明设备（见图1），可以实现精准设备定位和自主导航，并按照要求对设备进行巡视。如果智能巡检机器人在大风、雨雪等恶劣的天气下失去导航作用，可以通过遥控装置对其进行操控。智能巡检机器人各项参数如表1所示。

表1 智能巡检机器人参数

图1 智能巡检机器人系统架构

智能巡检机器人可以巡视变电站所有的一次设备，包括人工巡检覆盖不到的范围，实现巡检100%覆盖。通过智能巡检机器人安装的红外摄像仪、激光扫描设备以及高清摄像头等设备，可以对变电站各类设备进行无死角覆盖。各个设备之间的分界点非常清晰，不会出现设备之间混淆的情况。通过智能巡检机器人的导航系统，可以对智能机器人的巡检线路、巡检角度以及巡检方向等进行设定，并控制巡检机器人按照既定的线路进行巡视。在巡视过程中，高清摄像头、夜间可视设备可以将拍摄的视频传输至基站，使得基站的工作人员可以通过远程控制平台查看巡视结果[6]。在巡检过程中，如果发现异常或者故障，智能巡检机器人会自动发出警报信息，并将故障信息保存记录下来，为后期故障的排查提供参考。智能机器人巡检系统还可以将智能机器人采集的避雷器泄漏电流、变压器套管油位、电气设备温度、绝缘油压力密度等相关参数生成曲线，根据曲线变化了解各项参数的运行情况，从而对变电站电气设备故障发展趋势做出判断，并及时对设备进行检修。

2.2 PLC在变电站控制系统中的应用

可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC），可以在内部实现逻辑运算、顺序控制、计数以及定时等工作任务，并通过数字模拟或者模拟输入/输出模式控制各类机械设备或者生产过程。其由电源、中央处理单元、存储器、输入单元和输出单元构成，采用单片微机系统，改变过去以继电器、接触器为主的控制方式，采用现场总线或者集散控制方式。这种控制系统的转步主令信号大多数是触点行程开关、光电开关以及智能开关等，完成变电站的倒闸操作、远程遥控操作。根据变电站运维管理需求，它可以实现主变侧检修、线路检修以及变压器检修等状态的切换，从而满足变电站三相验电、状态上传到监控后台的运行要求[7]。常规的变电站操作涉及模拟操作、唱票录音、开启并闭锁机械以及现场核设备状态等环节，而采用PLC顺序操作程序，则可以利用计算机技术、监控技术实时对变电站的数据进行核对，从而实现设备自动化控制，提高变电站倒闸操作效率。以110 kV变电站为例，其在向智能变电站升级改造的过程中，PLC顺序控制程序不会影响变电站的监控系统对后台正常倒闸操作的监控，其操作界和监控后台相互独立、互不影响。采用顺序操作控制系统，不仅提高了变电站倒闸操作的效率，而且节省了传统操作过程中停、复役的时间，降低了变电站运行成本[8]。表2是常规变电站操作时间和顺序控制操作时间对比情况，其中相应的送电操作时间和停电操作时间相同。

表2 常规操作和顺序控制操作时间对比

从表2可以看出，使用PLC顺序控制程序，变电站的单间隔操作效率比常规操作提高了60%；110 kV变电站线路从运行转为检修状态，传统手动操作需要20 min才能完成这个操作指令，采用顺序控制程序只需要5 min，操作效率提升了75%。由此可以得出，采用顺序控制技术可以大大提高变电站操作效率，增加线路供电时间，具有良好的经济效益。

2.3 智能技术在变电站运维管理平台中的应用

随着国家电网改革和能源电网的发展，人们对变电站的运维管理提出了更高的要求。传统的变电站运维主要依靠人工对变电站进行运维管理，确保变电站正常运行。这种方式增加了变电站的运维成本。由于变电站运维各个子系统相互独立，无法实现链接，导致出现信息孤岛问题。运维管理过程中产生的大量数据信息无法实现共享和利用，造成资源浪费严重。人工疏忽易造成变电设备出现故障，影响正常的供配电。而将大数据技术、云计算技术、网络通信技术、物联网技术及人工智能技术应用在变电站运维管理平台，可以对变电站运维过程的各项数据进行自动采集分析，为变电站运维管理工作提供参考，提高变电站运维管理水平[9]。

通过智能终端设备采集变电系统的负荷数据信息，并通过变电站运维管理平台对负荷运行的数据进行存储、分析、处理，可以实时对变电站运维情况进行分析评估，制定安全的巡检巡视方案。依靠计算机和监控系统的大屏幕，变电站运维人员可以及时了解电器设备的电力参数、运行参数、安全状态及环境数据。利用大数据分析技术对变电站运维趋势做出预判，一旦电力系统某项参数超过阈值，则系统自动发出警报，并提供合理的维护方案。基于大数据分析技术，可以根据用户的用电量、负荷变化、三相不平衡以及无功功率等参数生成用户信息报告，为供电公司的电力营销提供参考。运维管理平台将变电站各项数据进行汇总，并监测变电站的各种电气设备。传感设备将采集的数据上传到变电站主站监控系统，监控系统一旦发现变电站的电气设备存在异常，可以直接显示在主站大屏上。运维管理人员通过大屏的数据、曲线图可以直观了解设备的异常情况，并安排技术人员第一时间进行检修[10]。在检修过程中，变电站运维人员还可以根据设备的异常情况对其进行模拟展示，让检修人员了解设备的异常情况，从而快速了解设备状态和存在的问题完成设备检修工作。利用监控设备有利于实现变电站的全面监控，确保变电站安全有序运行。

3 结 论

引入智能技术是实现变电站智能化运维管理的关键。然而，当前我国智能变电站处于初步发展阶段，智能技术在变电站运营管理过程中的应用依然存在一些问题，如一些智能设备比较灵敏，受到现场电磁波的影响，可能出现通信质量不稳定、信号波段畸形等问题，影响供电的可靠性和稳定性。因此，今后需要进一步加强研究智能变电站运维管理系统。