水电站电气一次设备智能化技术研究刘扬

水电站电气一次设备智能化技术研究刘扬

刘扬

吉林市丰满发电厂吉林吉林132108

摘要：目前，我国大中型水电站普遍采用以计算机监控系统为基础的全厂自动控制方式，自动化程度较高。水电站控制系统采用网络和现场总线的通信方式，已基本实现电站信息数据的交换功能。但由于发展阶段和技术条件限制，各系统的信息和数据相对独立，标准差异性大，系统间信息关联交互复杂，设备互联性差，软件一致性低，这些都给大数据的挖掘和应用带来很大的困难。传统水电站向智能水电站的发展将是一个必然的趋势。本文在此基础上就水电站电气一次设备智能化技术的相关内容进行了简要的分析。

关键词：水电站；电气一次设备；智能化技术

1引言

水电站电气一次接线、电气设备等的选择能够在很大程度上影响到发电工作的效率和具体工作模式，是发电、供电工作中的重要组成部分。作为发电系统主体的一次系统需要承载着高电压与大电流，在一次系统设计中各个结构的选择与设计都关系着整个电站电气系统的可靠性与安全性。

2智能化水电站概述及其发展现状

国家关于电力政策的不断改革和电力市场的发展和竞争，各个发电公司和企业正面对着严峻的挑战，电力要实现市场化、业务整体结构实现重组、管控一体化是发展的必然趋势。这些挑战使得发电公司的生产工作模式渐渐的发生了变化，更加注重科学分配和竞价决策的市场性的生产。加快信息化建设、加强生产调度能力已经成为增强自身竞争能力的强烈需求。智能水电站，可理解为使水电站更加智能化，它依托于集成的、高速的、双向的通信网络，依靠先进的传感与测量方法、先进的仪器、高效的控制技术和智能的决策手段的使用，达到水电站经济、节约、安全、不破坏环境的目的。智能化水电站是包含一体化、信息化、互动化体系的全新类型的现代化水利发电站。不管是在内部环境中，还是在外部的工作环境中，智能水电站都具有较强的适应性。并且，在不能提供完备的信息的条件下，通过现代信息重构可以获取信息并且对所获得的信息进行判断。智能化水电站主要特点，如图1所示。建设智能电网发电环节主要是对传统水电站进行智能化建设和改造，目前在发电环节，智能化建设还处于起步阶段，相较于智能电网，我国的水电站智能化建设进程相对落后。因为在发电环节存在多且复杂的设备与系统，同时目前技术标准与规范还不够完善，因此发电环节智能化建设面对的技术难题十分严峻。目前国内、国外对智能化水电站自动化技术方面的建设仍然处于初级阶段，在智能化水电厂的概念、功能、系统配置、实现目标、数据模型等方面仍然有待更深层次的研究与探索。

图1智能水电站特点

3水电站智能系统结构分析

水电站智能化系统从物理结构上可划分为一次设备智能化和二次设备网络化，在科技水平快速发展的背景下，我国水电站一次设备已经完成控制、操作一体化的设计，从而使电气一次设备具备多功能、小型及紧凑等特点，更利于电气设备的安装与维护。一般智能系统可分为三个部分。

3.1厂站层

厂站层包含主机兼操作员工作站、数据服务器、综合应用服务器、工程师工作站、调度通讯服务器、联调通讯服务器、水情工作站、水调工作站及网络打印机设备构成，通过厂站层设备向站内运行人员提供人机联系界面，实现管理控制单元层、过程层设备等功能，形成全站监控、管理中心，并与地方调度中心和集控联调中心通讯。

3.2单元层

本文将常规水电站的LCU定义成智能水电站的单元层，包括现地控制单元、继电保护装置、励磁系统、调速器电柜、电气量智能采集装置、温度智能测控装置等。单元层主要实现本单元的数据采集且作用于被控设备，实现本单元内各设备的监控、保护、操作闭锁、同期、励磁和调速的控制与调节等功能；实现与各种远方输入/输出设备、传感器和控制器通信；实现同时与主控层和过程层网络通信的功能。继电保护在功能实现上应为同一的整体，一次设备、二次回路、通道、保护装置之间配合协调，发挥其整体性能。保护要求直接采样，单间隔的保护直接跳闸，保护设备、智能终端设备间的相互启动、相互闭锁、位置状态等交换信息通过GOOSE网传输。励磁系统是电站的关键控制设备，高可靠性的励磁系统是发电机安全运行的有效保障。本电站励磁系统按照IEC61850标准建模，具备完善的自描述功能，具备独立的IED地址，并能够通过智能水电厂通信总线与过程层设备进行信息交互，支持MMS/GOOSE/SV传输协议。

3.3过程层

过程层包括主变、隔离开关、断路器、互感器、避雷器、合并单元等一次设备及其所属的智能组件和独立的智能电子装置，还包括主机及其附属设备(阀门、自动化元件、电机及各类传感器等)、公用设备、坝区启闭机闸门设备、水工建筑等特有系统及其所属的智能组件、智能终端设备。过程层将各现地设备与单元层有机结合，完成与现地设备相关的电气量与非电气量的监测与采集、运行状态的监测与统计、控制命令的执行等。主控层、单元层和过程层既相对独立又相互联系，单元层功能的实现不依赖于主控层，即使在主控层及网络失效的情况下，单元层应能独立完成本单元设备的就地监控功能。

4水电站一次设备智能化策略

实施水电站智能化的基础是电气一次设备的全面智能化，而为将电气一次设备全面智能化，就必须落实智能组件的应用及融合工作。一般来讲，智能组件由智能终端、合并单元以及状态检测三个部分组成。

4.1智能终端

为有效接受来自断路器、SF6气体传感器、电流/电压互感器等电气一次设备的状态以及位置讯息，智能终端通常采用光缆或电缆与电气一次设备连接。当设备发出故障讯息后，智能终端能够及时对电气一次设备传递跳闸指令，以避免故障设备引发进一步的损害并同等待接受相应的维系讯息，进行对一次设备的调整以及维修。因此，智能终端需要支持三相跳闸、指令连锁、以及遥控分合等功能。此外，智能终端与合并单元相同，将从电气一次设备收集的讯息传递给保护装置，从而达到及时保护电器一次设备的目的。

4.2合并单元

合并单元主要由合并集成电路芯片以及多个互感器组成，其作用是通过互感器接收电力系统中的电流和电压瞬时值，然后对其进行处理，保证获取所得的电流和电压值的数据品质，再转送至相应的保护测控装置，用以实现对电力系统的监测和保护，合并单元一般还需要预留足够数量的数据输出接口，用于与电力系统内其他智能组件之间建立通讯，并在需要的时候外接自动化设备或计量装置，以实现其他功能

4.3状态监测IED

状态监测IED是一种由处理器芯片以及多片传感器组成的集成电路监测装置，它具有采集或处理数据、接收或发送数据和控制指令以及执行相应的控制指令等功能。状态监测IED的监测对象主要有机构状态监测、局部放电监测、SF6气体状态监测以及避雷器状态监测等方式。其中，机构状态监测主要针对断路器的分合闸时间、分合闸电流波形、分合闸速度等参数进行监测；SF6气体状态监测主要针对SF6气体的密度和水分进行监测。状态监测IED中的各种传感器可内置或外置安装于一次设备上，但需要注意的是，这些传感器的设计寿命应高于被检测设备本身的使用寿命，同时，为了尽量减少体积，在保证传感器检测灵敏度与覆盖面的基础之上，应尽可能地减少传感器的配置数量。

5结束语

水电站电气一次设备的智能化，可有效提高对一次设备的监控与检测，从而在发生故障时能及时进行维护与维修，保障水电站电气一次设备的使用，进而提高了水电站的生产效率，降低了不必要的人力成本支出，为水电站提供了较高的可靠性与安全性，进而促进了水电站的发展。

参考文献

[1]姜睿.BIM技术在某水电站电气一次设计中的应用[J].水利技术监督,2018,01:41-44.

[2]周哲.探析水电站电气一、二次CAD的开发与应用[J].自动化应用,2018,07:79-80.

[3]李新萍.水电站电气一次改造设计研究[J].科技与企业,2013,08:115+118.