摘 要：工业化和信息化融合，是我国工业设备发展的大势。国家电力建设的需要，包括分布式发电、智能电网以及新能源产业的发展，对电力设备的数字化、智能化提出了新的要求。只有实现了设备的智能化，才能实现电网的智能化，才能增强电网自愈、互动、兼容、优化、集成等多种功能。目前来看，智能运营、智能诊断、智能决策、智能控制、智能分析等是电力设备数字化改造和提升的主要技术方向。而要实现这些功能和技术，需要国家、行业和企业的共同努力。
【关键词】电力设备 数字化 智能化 智能电网
1 前言
在坚强智能电网的架构下，输变电设备的智能化将逐步成为未来电网建设中必不可少的环节。输变电设备智能化的目的是使电网能实时掌控关键设备的运行状态，在尽量少的人工干预下，及时发现、快速诊断和消除故障隐患，快速隔离故障、自我恢复，使电网具有自适应和自愈能力；同时，进一步提高设备的可靠性和利用率，是实现智能电网的重要技术基础。我国已在特高压技术、高级调度中心、数字化变电站等方面进行了尝试并取得积极进展，但目前总体还处于初级阶段，输变电设备的智能化程度仍然较低。
智能变电站技术，自20世纪90年代以来一直是我国电力行业中的热点之一，是集远动、监控、测量为一体，并与微机继电保护装置相配合，由监控主机统一进行各种信息的处理，可把变电站采集的实时数据进行处理向调度中心传递。这可以减少人员依赖，给电网在线监测、最佳运行方式选择、事故处理等提供了有利条件。近10多年来，我国变电站智能化，在技术和数量上都有显著的发展，但比例仍然偏低。
智能配电网，是提高分布式发电的重要基础，我国目前仍处于摸索和试点的阶段。国外现代化大城市的配电管理系统和配电自动化，是在一次网络规划合理，变电设备本身可靠并具有遥控和智能功能，信息系统的普及和消费者需求多样化的基础上建立起来的。日本在20世纪70年代就开始以高压、大容量的配电方式解决大城市配电问题，并着手开发配电网络智能运行的方法，80年代到现在完成了计算机系统与配电设备配合的配电自动化系统，在主要城市的配电网络上投入运行。美国在80年代就实现了一定程度的配电自动化。韩国和我国台湾地区也于90年代完成了局部配电系统的自动化，并建立了自己的配网自动化网络。由于我国配电设备的技术性能跟不上发展的需要，保护开关的技术参数及可靠性差，再加之配电线路长，变压器和分支多，常常是一点故障导致全线路的停电，并且故障点难以快速发现，降低了供电的可靠性和工作效率。
所以，我国电网的智能化发展还有较长的路要走，而设备的智能化不足是重要制约，是未来我国坚强智能电网建设需要重点解决的前提和基础。
2 设备智能化发展关键技术趋势
提高输变电设备智能化发展，涉及到规划、设计、建设、运行、电网调度和生产管理等多个环节，必须综合具备智能运营、智能诊断、智能决策、智能控制、智能分析等能力，重点提升七个方面的技术水平。
2.1 设备信息的感知和一体化融合技术
研究适于现场运行要求的传感器是设备智能化的关键技术之一。一方面，传感器的小型化、与高压设备的一体化、集成化，实现一次设备与二次设备高度集成，支持可测、可知、可控的高安全电网设计理念是未来重要的研究发展方向。另一方面，提高传感器的灵敏度、长期稳定性和选择性，其发展趋势是从新材料、新工艺入手，探索新型传感结构与测量原理，利用光、化学等多种物理效应研究开发具有高灵敏度、高稳定性及超高带宽的新型传感器，准确可靠地现场提取和识别重要运行状态特征量。
2.2 基于多源信息融合分析的智能状态评估与诊断技术
根据监测种类和参量的不同（ 如局部放电、介损、油中溶解气体含量等） ，研究软件模块化组合和硬件集成化、小型化，提高运行的稳定性、可靠性，实现监测、诊断系统与输变电设备一体化。利用输变电设备的各类状态信息，实现多功能、多参数的综合监测与诊断，重点研究不同类型（ 声、光、电、热、力等） 多物理量的传感信息及其关联关系，建立基于多特征参量和多维判据的输变电设备状态自评估诊断模型，其中一些智能分析方法特别是信息融合、数据挖掘、神经网络、专家系统、数字影像分析等技术可以在输变电设备评估诊断中得到更好的应用。综合利用SCADA、WAMS 等运行工况数据与在线监测数据、带电检测、试验数据、设备台账等实现基于多源信息融合的输变电设备综合状态评估、故障诊断和寿命预估也是需要研究的关键技术。
2.3 运行风险控制和安全预警的智能决策技术
提高输变电设备的故障防御能力以及故障的自愈能力（ 如恶劣气象条件、外部雷电闪络故障等） ，需要根据获得的设备状态信息、变化发展过程以及设备本身的特性，采用智能方法预测故障发生的可能性，达到提前预警和故障控制的目的。研究内容包括输变电设备运行安全分析理论和技术； 输变电设备运行风险水平评价指标体系和评价理论； 输变电设备运行风险源辨识、安全预警方法； 输变电设备预想事故推演方法与仿真技术等。另外，需要研究多参量综合诊断的电力装备寿命评估方法及剩余寿命预测理论，结合可靠性和经济性分析，研究设备的维修策略，实现设备的寿命预测及全寿命周期管理。
2.4 设备输送容量提高及其安全控制技术
智能输变电设备主要研究基于运行状态和实时环境参数实现动态增容的技术，未来关注的研究内容包括： 变压器、断路器、输电线路动态负荷能力评估理论和方法； 基于SCADA 和WAMS 数据的输电线路运行参数辨识原理和技术； 考虑输变电设备实际运行状态以及负荷预测的调度辅助决策等。在此基础上，需研究输变电设备负载实时安全控制技术，提高短时高峰或故障时设备过负载运行的能力。
2.5 高压开关电器的智能操作和控制技术
不同运行工况下（ 空载变压器、空载线路、故障电流特性不同等） 开关电器需要采用不同的操作特性，要实现绝缘介质恢复的综合调控，也需要考虑开关电器运动对电弧形态以及弧后介质恢复过程的影响，以满足快速限流分断、低操作过电压等要求。因此，未来需关注不同介质中开关电弧发生和熄灭机理、弧后介质恢复过程，开关电器智能操作的控制理论与方法及新型操作机构，开关电器操作过程中的电磁兼容特性等。另外，智能开关设备的选相控制技术也是降低电网事故风险的有效手段。
2.6 设备智能化互动分析技术
智能输变电设备的信息化系统的发展趋势是与生产管理系统、运行维护系统、数字化设计系统以及SCADA、WAMS 系统等进行数据交互，需要研究各类不同信息的融合分析和辅助决策技术，包括基于风险评估和全寿命周期管理的设备状态检修优化决策、设备运行状态对大电网安全稳定影响的辅助分析等。
2.7 物联网技术和云计算及其应用
输变电设备状态、运行和故障等信息的网络化共享是实现电力网中各设备之间的信息交互、远程控制、远程诊断等的必然要求。物联网利用智能传感器、RFID 技术、无线传感网络、GPS 等技术实现物体之间的信息交互，作为“智能信息感知末梢”，将推动设备智能化的发展。通过输变电设备物联网感知层传感器的共享，网络层的融合，应用层系统的安全互访，实现设备各种监测状态信息的共享互通，提高设备状态评估和智能诊断水平，为周期成本最优提供辅助决策。其中，输变电设备信息模型、网络架构、感知体系、通讯模型与接口规范、网络与信息安全、设备间的信息共享与交互策略等问题都是需要深入研究。
云计算利用网络将各种广域异构计算资源整合，以形成一个抽象的、虚拟的和可动态扩展的计算资源池，再通过网络向用户按需提供计算能力、存储能力、软件平台和应用软件等服务。通过建立云计算平台，有效整合系统中现有的计算资源，为各种分析计算任务提供强大的计算与存储能力支持，有助于实现输变电设备的大范围实时监控和信息采集，提高实时分析和智能处理能力。需要研究与云计算相适应的输变电设备数据融合、智能分析以及评估诊断的并行算法等。
3 输变电智能化设备发展对策及建议
改变我国输变电设备智能化方面的落后状态，加强相关技术突破和应用，需要国家、行业和企业的共同努力。
3.1 国家层面
加大技术进步和技术改造投资力度，支持使用国产首台（套）重大技术装备，支持目录内装备的自主化、节能节材减排改造等。重视示范工程和产业培育，通过投资和技术辐射带动产业的技术创新和发展，打造一批具有国际竞争力的科技型企业。调整税收优惠政策，研究制定新的税收扶持政策，鼓励开展引进消化吸收再创新，引导发展高技术产品。
3.2 行业层面
进一步加强输变电设备制造产业的技术研究。鼓励企业与具有较强研究基础的高校、科研机构以及电网合作，推进产学研一体化，加快技术升级。增强企业间合作，通过具有不同比较优势的企业之间建立合作关系，互相借鉴外部先进技术与管理经验，提高技术与管理水平。
加强产业重组整合，提高资源配置效率。我国输变电设备产业已形成部分具有优势领域，但在影响行业发展的重大技术领域不能联合攻关，行业资源总体配置效率较低。需要制定合理的产业政策，适度提高产业集中度，通过产业纵向与横向的联合，实现不同企业间的优势互补。同时，充分发挥大型企业示范引领作用，促进产业技术融合，推进技术创新中的作用。
3.3 企业层面
加强基础研究。在开展产品研制与工艺技术升级的同时，还要根据科技纵深发展需要，合理安排基础研究和应用研究。加强对关键材料服役特性的研究，包括绝缘、电磁、热场和多物理场耦合模拟等基础技术的研发。加强实验研究基地、设施和科研梯队建设。
加强科研投入。建立完善的科研投入机制，持续增强科研投入力度，确保科研资金落实到位。瞄准行业发展的技术前沿，以自主创新和引进消化吸收再创新结合，抢占行业技术制高点。
加强人才队伍建设，造就一支门类齐全、梯次合理、素质优良、规模适度的科技创新人才队伍。采用灵活多样的吸引人才政策，吸引国内外一流科技人才到企业创业。鼓励竞争，敢为人先，争创一流，努力营造人尽其才、人才辈出的创新环境。
4 结语
随着计算机技术、通信技术、功率电子技术和控制技术的发展，电力设备数字化、智能化技术逐步成熟，这也是解决电网智能化运作的前提和基础，未来会越来越多的在电力生产、传输、分配和应用领域不断被加以推广应用。有理由相信，随着电力设备智能化发展，电网的运行将带来巨大的革命性变化，将更好的推进电网服务社会发展，服务国民经济发展的需要。
参考文献
[1]许婧，王晶，高峰，束洪春.电力设备状态检修技术研究综述[J].电网技术，2000（8）.
[2]赵文清，朱永利.电力变压器状态评估综述[J].变压器，2007（11）.
[3]麻秀范，鲍海，张粒子，刘晓明.智能化供电设备状态检修决策支持系统设计[J].东北电力学院学报，2002（2）.
[4]马飞.数字化变电站设备状态监测系统[J].电工技术，2010（5）.
[5]吴立增.变压器状态评估方法的研究[D].华北电力大学（河北），2005.
[6]黄弦超.配电网检修计划优化问题的研究[D].华北电力大学（北京），2007.
[7]丁旭峰.输电线路状态检修研究[D].郑州大学，2010.
[8]赵强.基于物联网技术的电力设备状态检修[D].华北电力大学（北京），2011.
[9]杨卓.浅析电力系统及其自动化的现状与发展趋势[J].城市建设理论研究，2012（18）.
作者单位
北京市电力公司 北京市 100067
