水电站电气一次设备智能化技术探讨

水电站电气一次设备智能化技术探讨

杨生彬

青海黄河上游水电开发有限公司李家峡发电分公司，青海 黄南 811900

摘要:改革开放以来，我国电力行业成功实现了现代化转型升级。在科学与管理技术的双重力量推动下，电力产业的智能化已经成为现实，本文就水电站电气一次设备智能化技术的具体应用策略进行分析与探讨。

关键词:水电站;电气一次设备;智能化;技术探讨

水电站一次设备智能化包括各个组成部分的智能化，它既是一种应用技术，也是一种管理方法。如，变压器的智能化、隔离开关的智能化、断路器的智能化等就属于应用技术方面的智能化；而与之相关的自主监测、自主预警、自动控制与调整，以及智能通讯等之类的功能特征，则直接指向其管理特征。所以，从一次性设备智能化技术的作用角度分析，它具有显著的技术应用与管理控制作用。具体而言，运用智能监测，可以有效对智能变电站的各项数据进行有效记录收集、传输分析、统计监测、评估结果分发等，简单讲，就是能够在常规运营中维护其正常的自动化管理；而当存在系统故障或潜在的风险时，即可借助自主分析方法统计其风险发生概率，并以预警的方式实现故障诊断分析并提供参考依据。而监测变电站运营的智能化则直接提升了设备利用率，能够降低运营管理成本与事后故障诊断成本；尤其是现阶段，在云计算与大数据技术共同应用下，智能变电站一次设备智能化实践应用，已经能够有效通过基于设备的智能化而实现系统性的管理智能化，因此，其根本作用表现为整体上的电力产业升级。

一、水电站智能化系统建设的目标

1.实现电气一次设备的智能化。作为直接的高压系统接触设备,电气一次设备负责高压电网的策略执行和故障反馈工作,其设备的智能化是保障电网系统稳定和可靠运行的重要基础。例如在执行高压升降压、高压并网等任务时,如果电气一次设备具备高压互锁或闭锁前自检等防误操作相关保护机制,一方面能极大程度减轻施工人员的工作负担,保障操作人员的人身安全。另一方面,智能化的电气一次设备还能提升系统的输送电效率,提高电力电网的稳定性和可靠性,保障人民的用电需求。

2.实现电气二次设备的网络化。由上文可知,电气二次设备作为控制电气一次设备的中枢神经,实现电气二次设备的网络化具有重大的现实意义。网络化的构建一方面保障了操作指令的高效传达,有利于技术人员对电气一次设备运行状态的在线远程监控与调整,另一方面,此举还是构建完善的发电管理网络、实现电力电网多地多节点统筹协调管理的物理基础。

3.实现管理系统的自动化。自动化管理系统,是基于电气一次设备的智能化回检功能,通过中央控制器对回检数据进行自动分析、诊断、决策并发送纠错指令的一套完整的闭环控制系统。由此可见,自动化系统的构建,是实现水力发电站无人值守以及智能化管理的必由之路。

二、水电站电气一次设备智能化系统的结构分析

1.执行层。执行层通常也叫做流程层,是指电气一次设备回检数据的采集、初步处理、反馈至二次设备进行分析、诊断、决策、与决策发送,再到一次设备接受决策并执行纠错操作的整个闭环流程。只有完善了闭环流程这一执行层的设计,才能保障水力发电系统感知与决策的一体化建设。

2.交互层。交互层通常也称之为中间层,主要是指电气一次设备、二次设备以及中控之间的通信。包含但不限于通信信道(如电缆、光纤等)的搭建、通信协议的选择、通信模式(如半双工、全双工通信方式等)的确定等。交互层是协调整体系统的神经网络,是智能化系统中执行层与控制层功能得以实现的重要桥梁。

3.控制层。控制层是电气智能化设备的中心和大脑,是执行层的起点和终点。控制层负责收集整理电气一次、二次设备的所有的回检数据,并设立专用数据库对其进行存档。技术人员通过对相关数据的调阅和检查,确认发电系统是否处于正常的工作状态,一旦发现异常情况,技术人员将介入查找问题或纠正错误,实现一次电气设备的远程管理。

三、水电站一次设备智能化策略

一次设备智能化技术应用主要体现为变电站所有设备的智能化。下面以变压器、电容设备、断路器智能化为例进行说明：

1.变压器

在变压器智能化应用中，主要是通过在该上增加智能化组件加以实现。其中包括对其运营状态的可视化、自主化、网络化。由于变压器属于基础运行设备，因此在智能化转变中的功能特征，主要以解决过程层与间隔层之间的功能连接为主，包括计量功能、保护功能、监测功能、控制功能等。在当前变压器智能化实践中，主要按照工业设计中的产业链思维，在设计环节采用一体化与集成化理念，选择智能组件及相关材料，借助模块化实施集成加工，进而构建了结构简化与功能完善的控制与测量系统。从结构简化方面看，IED总数能够获得有效缩减，而资源方面的智能组件可以通过组屏方式达到资源节约目标，因此变压器智能化的综合特征鲜明，其智能组件在通讯方式支持方面也能够满足MMS与GOOSE标准要求，因此，在多功能实现与监控通讯实时同步方面优势相对明显。当前一次设备智能化技术在变压器中的智能化应用经验表明，变压器中的主体IED-监测IED、测温IED-局部IED均有一定的独立特性，因此，建议采用单独设备安装方案，这样在一体化建模与集成方面可以有效发挥其功能的多元化。

2.电容设备

在电容设备智能化应用中，通过智能装置就添加，就能够有效对电容量、介质损耗因数等各主要运行参数进行有效的实时同步检测，进一步，在这种检测完成的基础上，也可以使智能装置完成对其中的电流不平衡问题实施有效监测与控制，其目标旨在控制变电站设备运行中的绝缘特性，从而达到诊断故障与预警效用。当前一次设备智能化技术在电容设备中的运用结果表明，它能够简化变电站工作流程与内容，从而在工作效率方面表现出比较优势。

3.断路器

在断路器智能化应用中，一次设备智能化技术转变了传统时期增高二次接口的方案，规避了简易方案下断路器对外数字化对接的不稳定性与易损坏问题。如传感设备在前期初级改造中的使用经验就证实断路器烧毁时就会直接造成传感器的功能受损，严重时会烧毁传感器。另一方面，其弊端主要体现在安装中的分散性布置方案中，断路器与二次接口装置处于分离或独立状态时安装极易造成占地较大。为了有效解决此类问题，当前主要以前期经验为基础，增设智能组件，对实现接口装置功能进行全面整合，这样就能够把断路器与数字化设备进行一体化设计，进而使断路器达到智能化水平。目前经验表明，这种增设智能组件的一体化设计方案，可以在功能方面实现优化组合与选配组合，极易实现对回路与断路的有效控制，且能够在简化系统结构的条件下预防三相不一致与二次接线的繁复工作。

四、结束语

综上所述,推动国家水力发电系统一次设备的智能化建设,不仅是促进发电相关企业实现精益生产目标和提升生产效益的有益尝试,还是落实我国关于电力行业智能化改革战略的关键举措,更是实现电力电网系统安全高效运行、维护人民生产生活顺利开展的重要保障。为此,上文着重就水电站电气一次设备智能化建设的关键应用策略展开了详细的分析与探讨,以期为我国水力发电站项目相关施工单位做好水力发电系统的智能化建设提供科学的理论指导。

参考文献：

[1]刘志欣.水电站电气一次设备智能化技术研究[J].数码世界, 2020(02).

[2]吴义斌.水电站电气一次设备智能化技术研究[J].电力设备管理, 2019(04).

[3]薛虎军.水电站电气一次设备智能化技术[J].消费导刊,2020 (10).