变电站设备的电气调试与优化管理方法

李 森

（上海电力建设有限责任公司，上海 200335）

变电站是一个复杂的系统，包含的设备性能不一、功能多样，不仅要确保单机稳定运行，还需要实现联动时的精准监测与控制。需要在建设阶段做好电气调试，同时在运行与维护阶段做好优化管理[1-2]。在工程实践中，电气调试与优化管理往往相互融合，难以完全区分[3]。

1 设备电气调试与优化管理概述

1.1 电气调试与优化管理的定义

在变电站建设与运维管理的全流程中，电气调试与优化管理是相辅相成的两个重要过程。电气调试指的是在各类设备安装完成后，通过一系列操作，包括硬件连接、软件调试、参数设置和性能检查，确保设备能够正常且稳定地运行，各种供配电性能数据指标达到预期要求。优化管理指的是在各类设备的使用与运维过程中，通过调整设备参数、改进设备性能和提升设备运行效率，使设备的使用功能得到最大化发挥，同时确保设备的运行支出成本最小。电气调试与优化管理是变电站建设与管理的重要环节，对于提升变电站的使用效益具有积极推动作用[4-5]。

1.2 电气调试与优化管理的内容

在变电站建设与运维中，电气调试和优化管理的侧重点不同。作为建设阶段尤其在使用前期占据主导地位的电气调试，主要工作内容集中在对安装好的各种设备进行功能和性能检查，重点做好安全性检查，包括对合闸与分闸的可靠性、接线的正确性和保护装置的性能等。优化管理主要集中在设备的运行维护阶段进行，重点做好变电站的能源消耗量控制、负荷分配与智能升级改造，关注变电站运行的社会效益与经济效益，做好提质增效发挥预期的建设效益。

110 kV变电站设备电气调试内容如图1所示。

图1 110 kV变电站设备电气调试主要内容

110 kV变电站设备优化管理内容如图2所示。

图2 110 kV变电站设备优化管理主要内容

1.3 电气调试与优化管理的原则

1.3.1 做好设备的联调与记录

变电站是一个复杂的整体，具有系统工程的基本属性。变电站整体效益的发挥，离不开所有设备的协同配合，单个设备工作稳定并不能确保联动之后取得预期的效果。因此，进行设备电气调试与优化管理时，需要在确保单机运行稳定的前提下进行设备联动调试。相关设备达到协同配合的效果，才能实现变电站的稳定电力输出与安全控制。

1.3.2 做好自动化设备的普及应用

变电站内的设备功能各异、型号不一，较多操作具有安全隐患。当前，很多电气设备的值守与巡检依赖人工，不仅增加了人力资源的调配压力，也给工作人员的人身安全增加了隐患。在电气调试与优化管理中，应积极采用自动化设备，一方面实现对电气性能的远程监控与测试，另一方面对电气设备进行远程值守，减轻工作人员的压力。

1.3.3 积极利用智能算法进行数据分析

变电站的多数设备需要长期运行，会产生大量的数据。数据包括了设备的运行规律，通过对数据进行分析可以加深对设备工作性能的理解，一旦设备出现故障隐患，会产生数据误差或异常数据。因此，通过对设备运行数据的监测与分析，可以提前发现设备的安全隐患，及时发出报警信息，提醒工作人员采取应急预案，避免造成不可挽回的损失。

2 设备电气调试关键方法

2.1 基于智能监测的功能与负荷测试

在110 kV变电站中，电气设备的功能测试与负荷测试可以统一部署和实施。对于电气设备而言，功能测试需要重点关注3个方面的数据：合闸与分闸的瞬间的电压与电流数据变化；超过额定功率阈值时保护装置是否会自动启动；仪表读数是否长时间超过并维持在高位区。负荷测试主要采用模拟的手段，设置负荷超载的极限情况，通过观察仪表示数的变化了解超载情况下的设备工作状态。

在进行电气设备的功能测试与负荷测试时，很多极限情况是基于模拟手段设计，不能直接在变电站内相关设备上进行真实操作。因此，可以利用智能算法构建仿真工具包。首先，对变电站内的设备进行数字化建模，根据工作原理模拟设备的工作状态。其次，对设备的运行过程进行仿真分析，给出正常情况下各种设备的工作状态变化情况。再次，在设备的正常运行状态基础上增加扰动，可以将扰动设计成随机白噪声，限定噪声信噪比的上限值，模拟突发情况。最后，结合仿真结果评判突发情况对设备正常运行造成的不良影响，给出应急预案。对于设备的模拟利用智能算法进行仿真，利用多种智能传感器监测设备的工作状态，一旦出现状态变化立即将采集的数据传入仿真工具包中进行分析，评判是否有隐患出现。

基于智能传感器的电气设备状态监测如图3所示。

图3 基于智能传感器的电气设备状态监测

2.2 基于智能控制的设备性能调试与参数设置

在变电站内部，大部分电气设备是采用PID控制。PID控制对于消除设备运行偏差效果较为理想，是一种稳定的工业控制方法。PID主要由3个部分组成，即比例单元、积分单元和微分单元。偏差经过适当的比例、积分和微分运算处理后可以被消除。

PID控制的基本结构如图4所示。

图4 PID控制的基本结构

可以采用PSO智能算法对比例系数k1、k2、k3进行在线调整。PSO智能算法寻找最优解的过程可以表示为：

在设备运行过程中，可以利用PSO算法进行参数设置的在线寻优与设计。例如，对于变电站内广泛使用的三线圈变压器，其结构模型经过简化后，可以等效为利用PID控制器实现电压调节。对变压器的运行过程进行长期监测，基于监测数据拟合出变压器的电压—时间变化曲线。直接由数据拟合曲线，很有可能出现不平滑的现象，为了实现运行过程的平滑，利用PSO智能算法对PID的控制参数进行调整。选择目标函数为：

在PSO的不断迭代中，根据电压的变化实现对性能指标J的动态调节。对于每一个性能指标J的值，进行存储和比较，选择最小的J值作为目标。最小的J值对应的粒子位置，就是参数k1、k2、k3的初值。利用PSO智能算法完成了变压器性能参数的预调整，将调整后的参数输入变压器中，可以实现对变压器性能的稳定控制。

3 设备优化管理关键方法

3.1 变电站运行维护注意事项

3.1.1 注意选择合适的工作环境

为了保证变电站内部各种设备的运行稳定性，需要做好运行环境的控制，确保工作温度维持在室温，不可过度潮湿。当空气中水分含量超标时，应进行除湿处理，湿度对设备机械部分的不良影响较突出。应经常打扫尘土，避免灰尘进入设备内部影响运行平稳，各种设备的防尘罩需要安装到位，不允许不配备防尘罩开机工作。

3.1.2 进场检查各种设备的绝缘电阻

利用万用表测量绝缘电阻，一旦发现电阻超标需要立即对设备进行绝缘性检查。只有将绝缘性控制在合理范围内，才能保证设备的电机部分稳定运行，同时避免出现漏电伤人现象[6-8]。

3.2 做好维护保养

为了确保变电站内各种设备始终能够在稳定的状态下运行，同时延长设备的使用寿命，需要做好维护保养工作[9-10]。

第一，将维护保养工作按照时间进行划分，制定日、周、月维护保养计划，按照固定的时间节点开展维护保养工作。

第二，当设备在运行过程中出现问题时，第一时间切断电源，关闭电机，进行故障排除后再重新启动设备投入运行。

第三，设备运行一段时间后，需要打开设备的防尘罩对内部元器件进行检查。重点检查接线是否松动、连接是否牢固，检查润滑剂是否渗出，检查工作电压是否稳定等[11-12]。

4 结语

110 kV变电站的稳定运行直接关系到电能的输出质量和供电的经济效益。为了确保变电站运行的稳定与安全，需要做好多种设备的电气调试与优化管理。进行电气调试时，可以利用智能设备对变电站的运行状态进行监测，通过对数据的分析实现对故障隐患的预测，从而提前制订各种应急预案，提升事故防范与处理能力。可以利用智能控制技术实现对设备工作性能的优化，通过在线调整参数设置提升设备的稳定工作性能。进行优化管理时，需要做好工作环境的清理，将各种维护保养细则落到实处，确保电气设备工作在理想的环境中。做好电气调试和优化管理可以提升变电站的工作性能，减少意外故障发生的概率，获得良好的社会效益与经济效益。