馮俊琨，陳 榮，卓玉潔，王黎光，馬嘯宇

（四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州 611231）

1 研究背景

2007年10月，東北電網(wǎng)公司啟動(dòng)了智能電網(wǎng)可行性研究項(xiàng)目，到2009 年5 月國(guó)家電網(wǎng)提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略[1]，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略涵蓋了發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等環(huán)節(jié)[2]。通過(guò)十余年的建設(shè)發(fā)展，輸電、變電、配電、用電和調(diào)度五個(gè)環(huán)節(jié)得到了飛速的發(fā)展，而作為電力系統(tǒng)最重要環(huán)節(jié)的發(fā)電部分智能化改造卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后，僅有一些大型發(fā)電廠進(jìn)行了部分智能化改造。四川作為水電大省，水電站受水能資源分布影響[3]，中小型水電站數(shù)量眾多，中小型水電站受水電廠自動(dòng)控制需要測(cè)控管理的對(duì)象眾多、市場(chǎng)上未提供成熟的解決方案和足夠的智能化設(shè)備[4]、制造企業(yè)智能化改造成本壓力大[5]等因素影響，中小型水電站智能化改造幾乎處于空白狀態(tài)。

2 現(xiàn)狀分析

溫度是水電站運(yùn)行狀況檢測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，發(fā)電機(jī)組的定子線圈及鐵芯、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、推力軸承、水導(dǎo)軸承等地方均需要進(jìn)行測(cè)溫，每臺(tái)機(jī)組測(cè)溫點(diǎn)基本都在十個(gè)以上。目前采用的測(cè)溫方式，是將測(cè)溫電阻直接通過(guò)硬接線的方式接到單點(diǎn)表或巡檢表上，通過(guò)單點(diǎn)表或巡檢表將測(cè)溫電阻回路的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)溫度，再利用硬接點(diǎn)的方式開(kāi)入到機(jī)組LCU，這種方式存在機(jī)組LCU 開(kāi)入接點(diǎn)多、二次接線煩瑣且長(zhǎng)、接線之間存在相互干擾、不滿(mǎn)足智能電網(wǎng)“一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化”的技術(shù)要求[6]等缺陷。

3 體系架構(gòu)

3.1 設(shè)備架構(gòu)現(xiàn)狀

目前，水電站溫度測(cè)控系統(tǒng)都配有定檢儀和巡檢儀，定檢儀用來(lái)測(cè)控某些重要位置的單個(gè)溫度，巡檢儀巡回檢測(cè)顯示多個(gè)位置的溫度。下面根據(jù)某個(gè)小型水電站溫度測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行分析，該電站配有五個(gè)定檢儀和一個(gè)巡檢儀，定檢儀與巡檢儀置于主廠房的測(cè)溫制動(dòng)屏內(nèi)（目前水電站普遍采用）。五個(gè)定檢儀分別對(duì)上導(dǎo)軸承、推力軸瓦、推力油槽、下導(dǎo)軸承、下支架油槽進(jìn)行溫度測(cè)控，然后定檢儀將上導(dǎo)軸承溫度升高、推力軸瓦溫度升高、推力油槽溫度升高、下導(dǎo)軸承溫度升高、下支架油槽溫度升高開(kāi)出到機(jī)組LCU進(jìn)行溫度升高報(bào)警，將上導(dǎo)軸承溫度過(guò)高、推力軸瓦溫度過(guò)高、推力油槽溫度過(guò)高、下導(dǎo)軸承溫度過(guò)高、下支架油槽溫度過(guò)高開(kāi)出到機(jī)組LCU 進(jìn)行溫度過(guò)高停機(jī)。巡檢儀對(duì)上導(dǎo)軸承、推力軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承及六個(gè)定子槽間測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)控，將溫度升高信號(hào)開(kāi)出到機(jī)組LCU報(bào)警，將溫度過(guò)高信號(hào)開(kāi)出到機(jī)組LCU進(jìn)行停機(jī)。本測(cè)溫系統(tǒng)共計(jì)使用3芯電纜3根約40 m，使用5芯電纜1根約7 m，使用7芯電纜7根約90 m，使用11芯電纜2根約26 m，機(jī)組LCU開(kāi)入點(diǎn)11個(gè)，存在二次電纜接線長(zhǎng)、機(jī)組LCU開(kāi)入點(diǎn)多等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)溫度測(cè)控示意圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)溫度測(cè)控示意圖

3.2 智能化結(jié)構(gòu)改造

目前已有專(zhuān)家提出，在發(fā)電機(jī)組上增加一個(gè)發(fā)電機(jī)組本體端子箱，將溫度定檢儀和巡檢儀安裝于本體端子箱上，發(fā)電機(jī)組廠家可將上導(dǎo)軸承、推力軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、定子槽間等所有測(cè)溫點(diǎn)直接接入定檢儀或巡檢儀，二次電纜接線明顯縮短，相互之間干擾減小。僅此仍不能滿(mǎn)足智能電網(wǎng)的需求，國(guó)內(nèi)智能變電站的體系架構(gòu)多采用IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)中所推薦的“三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)”，并且在工程實(shí)踐中已得到了成熟應(yīng)用[7]。所謂“三層”分別是“站控層”“間隔層”和“過(guò)程層”[8]，“兩網(wǎng)”是指站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)。1）站控層網(wǎng)絡(luò)：間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備之間、站控層與間隔層設(shè)備之間以及間隔層設(shè)備之間的通信；2）過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)：間隔層設(shè)備和過(guò)程層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備與過(guò)程層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸[9]。為滿(mǎn)足電網(wǎng)智能化需求，在發(fā)電機(jī)本體端子箱中增加基于 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化的二次設(shè)備[10]——智能溫度合并器。溫度定檢儀、溫度巡檢儀輸出的模擬量和開(kāi)出量信號(hào)傳送至溫度合并器，通過(guò)溫度合并器對(duì)信息進(jìn)行采集和處理，將溫度過(guò)高機(jī)組停機(jī)信號(hào)通過(guò)GOOSE 網(wǎng)絡(luò)傳送至機(jī)組LCU，將溫度升高報(bào)警信號(hào)及各點(diǎn)位溫度數(shù)據(jù)通過(guò)MMS 網(wǎng)傳送至操作員工作站及機(jī)組在線監(jiān)測(cè)裝置。智能化測(cè)溫系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 智能化測(cè)溫系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 結(jié)論

上述智能溫度測(cè)控體系，通過(guò)優(yōu)化定檢儀、巡檢儀位置，使得測(cè)溫電阻與測(cè)溫儀之間的接線距離明顯縮短，接線之間相互干擾將大大降低。定檢儀、巡檢儀輸出的模擬量和開(kāi)出量連接至智能溫度合并器，由本體端子箱廠家完成內(nèi)部接線，接線距離同樣很短。溫度合并器對(duì)信號(hào)處理后通過(guò)GOOSE 或MMS 網(wǎng)絡(luò)傳送至機(jī)組LCU、操作員工作站、機(jī)組在線監(jiān)測(cè)裝置，可以大大減少機(jī)組LCU 的開(kāi)入、開(kāi)出點(diǎn)位，同時(shí)也能滿(mǎn)足智能電網(wǎng)通信架構(gòu)技術(shù)需求。

綜上所述，新的測(cè)溫體系架構(gòu)，可有效解決目前大部分電站測(cè)溫系統(tǒng)存在的機(jī)組LCU 開(kāi)入接點(diǎn)多、二次接線煩瑣且長(zhǎng)、接線之間存在相互干擾、不滿(mǎn)足智能電網(wǎng)“一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化”的技術(shù)要求等方面缺陷。