水電站智能化改造方案研究

王建平

摘要：水電站作為電網(wǎng)重要構(gòu)成部分，按照國家建設(shè)智能電網(wǎng)的要求，水電站智能化發(fā)展是必然的趨勢，也是建設(shè)智能電網(wǎng)的現(xiàn)實需求。目前，國家電網(wǎng)為積極探索建設(shè)智能電網(wǎng)的路徑，在發(fā)電、輸電以及變電等多個環(huán)節(jié)都進(jìn)行了大量的研究以及試點工作，制定了關(guān)于智能發(fā)電站的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于智能化水電站的建設(shè)基本形成了共識。本文簡要闡述智能化水電站的特點，分析水電站智能化改造的基本原則，并具體研究水電站智能化改造方案。

關(guān)鍵詞：智能化;改造方案;水電站;基本原則;特點

根據(jù)我國“十二五”規(guī)劃的要求，要加快推進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)，水電站作為電網(wǎng)的關(guān)鍵構(gòu)成，建設(shè)智能化水電站不僅可以提升水電站各方面的性能以及運行管理水平，同時也能提升電網(wǎng)與發(fā)電站的協(xié)調(diào)能力。目前，隨著我國電力體制改革的不斷深化，電力行業(yè)市場化、管控一體化、自動化，同時業(yè)務(wù)流程也進(jìn)行了重組，這些變化要求發(fā)電企業(yè)必須要由計劃生產(chǎn)向市場化生產(chǎn)過度，因此，信息化、智能化發(fā)展成為了發(fā)電企業(yè)實現(xiàn)突破的必由之路。目前，關(guān)于智能水電站尚未有明確的定義，但是也基本形成了統(tǒng)一的認(rèn)知，即智能化水電站硬件由智能化一次設(shè)備和數(shù)字化二次設(shè)備組成，以 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為軟件通信協(xié)議，搭建覆蓋水電站各個環(huán)節(jié)的信息平臺，進(jìn)而實現(xiàn)設(shè)備間的信息共享以及智能化操作。

1.水電站智能化改造的基本原則

智能水電站智能化改造的基本原則：（1）主控層和過程層需要獨立組網(wǎng)，其中主控層選擇 100M以太網(wǎng)，通過光纖與各個交換機(jī)進(jìn)行級聯(lián);過程層選擇 100M以太網(wǎng)共享 GOOSE與 SMV信息。（2）測控裝置的開出信息、邏輯互鎖信息、斷路器及機(jī)組的 I/O信息和告警信息W及保護(hù)間的閉鎖、啟動信息通過 GOOSE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。（3）變壓器非電量保護(hù)選擇電纜直接跳閘的方式。（4）SMV以點對點的方式接入二次設(shè)備和測控裝置，同時接入 GOOSE網(wǎng)與 SMV網(wǎng)，二者選擇獨立組網(wǎng)。

水電站智能化改造網(wǎng)絡(luò)通信方面需要遵循以下幾方面原則：（1）單元層和過程層的合并單元通信協(xié)議選擇 IEC61850-9-2;（2）主控層和單元層通信協(xié)議選擇 IEC61850-8-1;（3）單元層和過程層的智能終端通信協(xié)議選擇 GOOSE通信協(xié)議;（4）主控層選擇 SNTP網(wǎng)絡(luò)對時，過程層與單元層選擇 IEC61850網(wǎng)絡(luò)對時。

2.水電站智能化改造方案

水電站智能化改造可以顯著提升設(shè)備的可控性、可調(diào)性以及可靠性，昀大限度避免人為因素的影響，可以實現(xiàn)水電站的安全生產(chǎn)，關(guān)于水電站智能化改造，重點需要考慮以下幾點：

2.1過程層設(shè)計

智能水電站的突出優(yōu)勢就在于可以實行數(shù)據(jù)的實時傳輸，同時可靠性也更高，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，智能終端與合并單元布置方式以及配置方案需要注意以下幾點：（1）合并單元的采樣值應(yīng)以點對點的方式進(jìn)行傳輸，并且要通過網(wǎng)絡(luò)接口與過程層連接，選擇 IEC61850通信協(xié)議。（2）系統(tǒng)智能終端以點對點的方式接受系統(tǒng)各個二次設(shè)備、保護(hù)裝置傳輸?shù)奶l或者開出命令，并且通過網(wǎng)絡(luò)接口與過程層連接，以便為單元層的設(shè)備傳輸跳閘或者開出命令以及報警信息，同時也可以接收到測控裝置發(fā)出的指令。（3）智能終端與合并單元應(yīng)按需配置，若采集的信息重要程度較高，應(yīng)配置雙重化合并單元;具備雙跳閘線圈設(shè)備以及重要 I/O信息則需要配置雙重化智能終端[4]。（4）SMV和 GOOSE采用獨立組網(wǎng);（5）機(jī)組智能終端、合并單元、開關(guān)站智能終端以及合并單元均采用就地安裝。

2.2單元層設(shè)計

采用 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的水電站，其主控層的網(wǎng)絡(luò)均采用開放協(xié)議，而各廠家產(chǎn)品對外通信也采用的是統(tǒng)一的通信協(xié)議，這樣單元層控制設(shè)備就可以直接與主控層連接，可以直接將信息傳輸至主控層，比如工作站、主計算機(jī)等。而傳統(tǒng)的方式則是通過二次設(shè)備統(tǒng)一進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，然后將信息統(tǒng)一上傳至主控層，智能化改造可以顯著降低二次設(shè)備數(shù)據(jù)采集量。就目前而言，水電站控制系統(tǒng)仍以 PLC控制為主，鑒于 PLC產(chǎn)品在水電站控制系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用的時間較長，已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗，在加上目前尚未出現(xiàn)符合 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)產(chǎn)品，因此，在智能化改造中，仍需使用 PLC產(chǎn)品，主要是采集瓦溫、油位、水位、機(jī)組油溫、壓力以及流量等信息[5]。針對這種情況，在智能化改造中，可以采用 PLC+智能化裝置的方式對水電站控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，進(jìn)而實現(xiàn)水電站的智能化運行。

2.3主變壓器改造方案

傳統(tǒng)水電站主變壓器主要采用的是非電量保護(hù)模式，在智能化改造中，主變壓器應(yīng)當(dāng)配置單套非電量保護(hù)以及雙套繼電保護(hù)設(shè)備，形成雙重保護(hù)，同時還是實現(xiàn)對主變壓器的測控。主變壓器的智能化改造要是其具備信息交互共享功能，提供啟動和閉鎖冷卻、調(diào)壓系統(tǒng)的接入點，具備非電量保護(hù)功能。

2.4開關(guān)站改造方案

開關(guān)站需要配置雙套合并單元，并且合并單元要實現(xiàn)與站內(nèi)主接線、母線保護(hù)裝置、測控裝置、線路保護(hù)裝置、故障錄波以及計量裝置的點對點接入?？紤]到改造的便捷性以及成本費用問題，合并單元選擇現(xiàn)地布置。

2.5廠用電配置方案

選用常規(guī)的互感器，將輸出信號接入電度表以及測控保護(hù)裝置，額外不再配置過程層網(wǎng)絡(luò)。0.4kV系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)、進(jìn)線等采用支持 IEC61850協(xié)議的測控保護(hù)裝置，就地采集開關(guān)以及刀閘的位置信息并完成保護(hù)以及控制出口。6.3kV間隔單套配置裝置支持 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)測控一體化裝置，就地采集開關(guān)以及刀閘的位置信息并完成保護(hù)以及控制出口。

2.6微機(jī)保護(hù)改造方案

對傳統(tǒng)水電站當(dāng)中原有保護(hù)設(shè)備進(jìn)行更換升級，其中不支持 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備全部進(jìn)行更換;支持 IEC64850標(biāo)準(zhǔn)但采用的是其他通信規(guī)約的設(shè)備進(jìn)行改造升級。更換升級完成后將所有微機(jī)保護(hù)裝置接入監(jiān)控平臺，進(jìn)而搭建完善的故障信息分析、智能告警以及分析決策智能化系統(tǒng)。同時還要利用智能化調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)與繼電保護(hù)主站的連接，從而是系統(tǒng)具備保護(hù)軟件板的遠(yuǎn)程投退、定值區(qū)切換、遠(yuǎn)程提取保護(hù)動作報告等功能。

2.7公用設(shè)備改造方案

針對水電站內(nèi)的部分獨立運行系統(tǒng)，如空壓機(jī)、滲漏排水等，采用智能化 PLC進(jìn)行控制，按照常規(guī)接線要求實現(xiàn)監(jiān)控功能，將采集的信息直接傳輸?shù)街骺貙蛹纯伞?/p>

2.8計量設(shè)備改造方案

若水電站智能化改造不涉及更換電壓、電流互感器，建議對現(xiàn)有的計量設(shè)備不做改動，保持原本狀態(tài)即可。若后續(xù)需要改造計量裝置，則參照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)選擇計量設(shè)備，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)方式或者點對點采集電壓、電流信息。

結(jié)語

綜上所述，水電作為一種清潔能源，目前在我國能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中的地位越來越重要，為進(jìn)一步提升水電站運行效益，進(jìn)行智能化改造是必然的趨勢，對于提升水電站運營水平以及水電行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

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