變電站設備的電氣調試與優化管理方法

李 森

（上海電力建設有限責任公司，上海 200335）

變電站是一個復雜的系統，包含的設備性能不一、功能多樣，不僅要確保單機穩定運行，還需要實現聯動時的精準監測與控制。需要在建設階段做好電氣調試，同時在運行與維護階段做好優化管理[1-2]。在工程實踐中，電氣調試與優化管理往往相互融合，難以完全區分[3]。

1 設備電氣調試與優化管理概述

1.1 電氣調試與優化管理的定義

在變電站建設與運維管理的全流程中，電氣調試與優化管理是相輔相成的兩個重要過程。電氣調試指的是在各類設備安裝完成后，通過一系列操作，包括硬件連接、軟件調試、參數設置和性能檢查，確保設備能夠正常且穩定地運行，各種供配電性能數據指標達到預期要求。優化管理指的是在各類設備的使用與運維過程中，通過調整設備參數、改進設備性能和提升設備運行效率，使設備的使用功能得到最大化發揮，同時確保設備的運行支出成本最小。電氣調試與優化管理是變電站建設與管理的重要環節，對于提升變電站的使用效益具有積極推動作用[4-5]。

1.2 電氣調試與優化管理的內容

在變電站建設與運維中，電氣調試和優化管理的側重點不同。作為建設階段尤其在使用前期占據主導地位的電氣調試，主要工作內容集中在對安裝好的各種設備進行功能和性能檢查，重點做好安全性檢查，包括對合閘與分閘的可靠性、接線的正確性和保護裝置的性能等。優化管理主要集中在設備的運行維護階段進行，重點做好變電站的能源消耗量控制、負荷分配與智能升級改造，關注變電站運行的社會效益與經濟效益，做好提質增效發揮預期的建設效益。

110 kV變電站設備電氣調試內容如圖1所示。

圖1 110 kV變電站設備電氣調試主要內容

110 kV變電站設備優化管理內容如圖2所示。

圖2 110 kV變電站設備優化管理主要內容

1.3 電氣調試與優化管理的原則

1.3.1 做好設備的聯調與記錄

變電站是一個復雜的整體，具有系統工程的基本屬性。變電站整體效益的發揮，離不開所有設備的協同配合，單個設備工作穩定并不能確保聯動之后取得預期的效果。因此，進行設備電氣調試與優化管理時，需要在確保單機運行穩定的前提下進行設備聯動調試。相關設備達到協同配合的效果，才能實現變電站的穩定電力輸出與安全控制。

1.3.2 做好自動化設備的普及應用

變電站內的設備功能各異、型號不一，較多操作具有安全隱患。當前，很多電氣設備的值守與巡檢依賴人工，不僅增加了人力資源的調配壓力，也給工作人員的人身安全增加了隱患。在電氣調試與優化管理中，應積極采用自動化設備，一方面實現對電氣性能的遠程監控與測試，另一方面對電氣設備進行遠程值守，減輕工作人員的壓力。

1.3.3 積極利用智能算法進行數據分析

變電站的多數設備需要長期運行，會產生大量的數據。數據包括了設備的運行規律，通過對數據進行分析可以加深對設備工作性能的理解，一旦設備出現故障隱患，會產生數據誤差或異常數據。因此，通過對設備運行數據的監測與分析，可以提前發現設備的安全隱患，及時發出報警信息，提醒工作人員采取應急預案，避免造成不可挽回的損失。

2 設備電氣調試關鍵方法

2.1 基于智能監測的功能與負荷測試

在110 kV變電站中，電氣設備的功能測試與負荷測試可以統一部署和實施。對于電氣設備而言，功能測試需要重點關注3個方面的數據：合閘與分閘的瞬間的電壓與電流數據變化；超過額定功率閾值時保護裝置是否會自動啟動；儀表讀數是否長時間超過并維持在高位區。負荷測試主要采用模擬的手段，設置負荷超載的極限情況，通過觀察儀表示數的變化了解超載情況下的設備工作狀態。

在進行電氣設備的功能測試與負荷測試時，很多極限情況是基于模擬手段設計，不能直接在變電站內相關設備上進行真實操作。因此，可以利用智能算法構建仿真工具包。首先，對變電站內的設備進行數字化建模，根據工作原理模擬設備的工作狀態。其次，對設備的運行過程進行仿真分析，給出正常情況下各種設備的工作狀態變化情況。再次，在設備的正常運行狀態基礎上增加擾動，可以將擾動設計成隨機白噪聲，限定噪聲信噪比的上限值，模擬突發情況。最后，結合仿真結果評判突發情況對設備正常運行造成的不良影響，給出應急預案。對于設備的模擬利用智能算法進行仿真，利用多種智能傳感器監測設備的工作狀態，一旦出現狀態變化立即將采集的數據傳入仿真工具包中進行分析，評判是否有隱患出現。

基于智能傳感器的電氣設備狀態監測如圖3所示。

圖3 基于智能傳感器的電氣設備狀態監測

2.2 基于智能控制的設備性能調試與參數設置

在變電站內部，大部分電氣設備是采用PID控制。PID控制對于消除設備運行偏差效果較為理想，是一種穩定的工業控制方法。PID主要由3個部分組成，即比例單元、積分單元和微分單元。偏差經過適當的比例、積分和微分運算處理后可以被消除。

PID控制的基本結構如圖4所示。

圖4 PID控制的基本結構

可以采用PSO智能算法對比例系數k1、k2、k3進行在線調整。PSO智能算法尋找最優解的過程可以表示為：

在設備運行過程中，可以利用PSO算法進行參數設置的在線尋優與設計。例如，對于變電站內廣泛使用的三線圈變壓器，其結構模型經過簡化后，可以等效為利用PID控制器實現電壓調節。對變壓器的運行過程進行長期監測，基于監測數據擬合出變壓器的電壓—時間變化曲線。直接由數據擬合曲線，很有可能出現不平滑的現象，為了實現運行過程的平滑，利用PSO智能算法對PID的控制參數進行調整。選擇目標函數為：

在PSO的不斷迭代中，根據電壓的變化實現對性能指標J的動態調節。對于每一個性能指標J的值，進行存儲和比較，選擇最小的J值作為目標。最小的J值對應的粒子位置，就是參數k1、k2、k3的初值。利用PSO智能算法完成了變壓器性能參數的預調整，將調整后的參數輸入變壓器中，可以實現對變壓器性能的穩定控制。

3 設備優化管理關鍵方法

3.1 變電站運行維護注意事項

3.1.1 注意選擇合適的工作環境

為了保證變電站內部各種設備的運行穩定性，需要做好運行環境的控制，確保工作溫度維持在室溫，不可過度潮濕。當空氣中水分含量超標時，應進行除濕處理，濕度對設備機械部分的不良影響較突出。應經常打掃塵土，避免灰塵進入設備內部影響運行平穩，各種設備的防塵罩需要安裝到位，不允許不配備防塵罩開機工作。

3.1.2 進場檢查各種設備的絕緣電阻

利用萬用表測量絕緣電阻，一旦發現電阻超標需要立即對設備進行絕緣性檢查。只有將絕緣性控制在合理范圍內，才能保證設備的電機部分穩定運行，同時避免出現漏電傷人現象[6-8]。

3.2 做好維護保養

為了確保變電站內各種設備始終能夠在穩定的狀態下運行，同時延長設備的使用壽命，需要做好維護保養工作[9-10]。

第一，將維護保養工作按照時間進行劃分，制定日、周、月維護保養計劃，按照固定的時間節點開展維護保養工作。

第二，當設備在運行過程中出現問題時，第一時間切斷電源，關閉電機，進行故障排除后再重新啟動設備投入運行。

第三，設備運行一段時間后，需要打開設備的防塵罩對內部元器件進行檢查。重點檢查接線是否松動、連接是否牢固，檢查潤滑劑是否滲出，檢查工作電壓是否穩定等[11-12]。

4 結語

110 kV變電站的穩定運行直接關系到電能的輸出質量和供電的經濟效益。為了確保變電站運行的穩定與安全，需要做好多種設備的電氣調試與優化管理。進行電氣調試時，可以利用智能設備對變電站的運行狀態進行監測，通過對數據的分析實現對故障隱患的預測，從而提前制訂各種應急預案，提升事故防范與處理能力?？梢岳弥悄芸刂萍夹g實現對設備工作性能的優化，通過在線調整參數設置提升設備的穩定工作性能。進行優化管理時，需要做好工作環境的清理，將各種維護保養細則落到實處，確保電氣設備工作在理想的環境中。做好電氣調試和優化管理可以提升變電站的工作性能，減少意外故障發生的概率，獲得良好的社會效益與經濟效益。