國網(wǎng)甘肅省電力公司劉家峽水電廠 崇育斌 王小星

1 智能化水電站改造技術(shù)應(yīng)用

1.1 一次設(shè)備智能化技術(shù)運用改造

1.1.1 整體改造技術(shù)運用

水電站是我國水力發(fā)電的重要領(lǐng)域，是強化電力供應(yīng)的重要形式，目前水電站通常分為巨大、大型、中型以及小型幾種，具體等級分配是按照容量確認。在實現(xiàn)水電站智能化優(yōu)化的過程中，須針對不同的結(jié)構(gòu)開展升級，借助智能化技術(shù)的使用，提高系統(tǒng)運行的質(zhì)量和效率。本文研究的水電站結(jié)構(gòu)見表1，在技術(shù)改造過程中為解決智能效果不足問題，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案全方位增強智能效果。

表1 水電站結(jié)構(gòu)示意

通常情況下，在水電站日常運行的過程中，技術(shù)人員需要按照以下公式完成處理以及水能計算：N=9.81ηQ電H凈（kW），其中：Q電是指流量，單位為m3/s；H凈是指水頭，單位為m；η是指水電站發(fā)電機的效率系數(shù)。而在智能技術(shù)運用下，此項數(shù)據(jù)計算可借助大數(shù)據(jù)等技術(shù)完成高效運算，減少技術(shù)人員人工數(shù)據(jù)處理的難度以及工作量。

為有效提高水電站運行效率，智能化優(yōu)化的過程中需要針對多個系統(tǒng)完成可視化、智能化升級。在智能化改造升級過程中，本案例借助計算機設(shè)備完成智能化水電站系統(tǒng)搭設(shè)，以此形成智能監(jiān)測體系，全方位地監(jiān)測水電站運行數(shù)據(jù)與信息，幫助技術(shù)人員判斷系統(tǒng)運行狀態(tài)，并完成信息數(shù)據(jù)以及控制指令的傳達[1]。

本案例設(shè)計和應(yīng)用的智能化水電站監(jiān)測系統(tǒng)，具備自動監(jiān)測、自動識別、自動分析功能。站內(nèi)每個技術(shù)人員均下載手機App，之后便可以借助系統(tǒng)軟件完成視頻監(jiān)控。在水電站運行期間，技術(shù)人員借助多種傳感器以及智能終端的運用幫助工作人員隨時隨地掌握水電站的運行狀況。在水電站運營調(diào)控期間，技術(shù)人員借助手機終端與外部智能傳感器相關(guān)聯(lián)，之后接收信息并下達管控指令，這便是本案例智能化水電站技術(shù)應(yīng)用的主要方案構(gòu)想。

此外，本項目改造應(yīng)用自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度模型，將其作為強化水電站運行經(jīng)濟效益的重要形式。在智能化技術(shù)運用中，水電站根據(jù)現(xiàn)場任務(wù)狀況以及約束條件的設(shè)置完成算法計算，并結(jié)合最終的數(shù)據(jù)狀況開展自動化適應(yīng)調(diào)整，為后續(xù)的智能化決策奠定基礎(chǔ)，保障水電站經(jīng)濟效益。在系統(tǒng)運行的過程中，技術(shù)人員借助智能化系統(tǒng)完成模型參數(shù)的設(shè)定之后通過系統(tǒng)形成調(diào)度方案。

本項目的主變改造是指，對原有系統(tǒng)中能夠繼續(xù)運用的主變系統(tǒng)借助外置傳感器，以及智能設(shè)備的安裝實現(xiàn)智能化升級。一般來講，此過程需要增設(shè)IED監(jiān)測裝置以及智能化終端等零件。在本項目改造的過程中，技術(shù)人員將以上零件裝置配置在智能化組件區(qū)域，之后運用智能單元強化系統(tǒng)運行。水電站運行期間，信息數(shù)據(jù)可直接上傳至GOOSE網(wǎng)絡(luò)中，之后借助網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)傳遞至控制層的MMS網(wǎng)絡(luò)。在信息數(shù)據(jù)傳遞的過程中狀態(tài)監(jiān)測傳感器會結(jié)合數(shù)據(jù)狀況完成參量配置。

與此同時，智能設(shè)備運用下，通信過程主要是運用光纖與以太網(wǎng)開展，而非電量保護則是按照DL/T500完成信號監(jiān)測，以此強化水電站智能化水準。在改造內(nèi)容上，主要針對套管等完成監(jiān)測，借助傳感器等展開在線繼電器壓力檢測以及油質(zhì)分析等內(nèi)容[2]。

1.1.2 升壓站斷路器、隔離開關(guān)技術(shù)運用

傳統(tǒng)的水電站內(nèi)部含有大量的開關(guān)裝置設(shè)備，雖然使用壽命較長但是若是不能夠?qū)崿F(xiàn)智能化改造，則也會制約水電站的長遠建設(shè)。本案例在智能化水電站建設(shè)中，設(shè)計方案包括兩種形式，即“智能化設(shè)備+GOOSE網(wǎng)絡(luò)”與“GIS裝置+GOOSE網(wǎng)絡(luò)”。其中，前者是指通過就地增設(shè)智能終端的形式，完成GOOSE光纖網(wǎng)絡(luò)運行。與此同時，在智能化裝置運用下，閉鎖告警功能可實時掌握濕度、溫度等信息，以此滿足自動化管控。GIS模式的運用則是指在原有結(jié)構(gòu)上增設(shè)智能設(shè)備以及智能傳感器，以此實現(xiàn)系統(tǒng)可視化管控。本案例涉及的智能組件涵蓋智能管控設(shè)備以及合并單元等，其中前者與GIS智能管控柜相連接，后者則是可以單獨設(shè)置，以此接收數(shù)據(jù)，并完成加工分析，確保其符合標準。

1.1.3 一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測智能化系統(tǒng)運用

一次設(shè)備屬于系統(tǒng)重要結(jié)構(gòu)，在智能化技術(shù)運用的過程中，主要是為了確保數(shù)據(jù)信息能夠滿足智能化采集。本案例建設(shè)使用的智能設(shè)備包括IED裝置，該裝置可以在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用下，實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)收集以及分析處理，實時分析油中氣的成分以及油位等數(shù)據(jù)參數(shù)，并在光纖的使用下完成IED系統(tǒng)信息互通，為技術(shù)人員掌握設(shè)備運行參數(shù)創(chuàng)造良好的條件。

1.1.4 主變壓器智能技術(shù)優(yōu)化

本改造項目水電站內(nèi)部的每一臺變壓器裝置內(nèi)部均設(shè)有非電量保護裝置，可實現(xiàn)系統(tǒng)的自動保護。此功能主要借助智能單元實現(xiàn)，智能單元內(nèi)部包含完整的智能交互信息程序，可隨時為技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合實際完成非電量保護。與此同時，本系統(tǒng)借助GOOSE網(wǎng)絡(luò)完成非電量保護跳閘操作，以此強化系統(tǒng)智能化管控的整體水平。總而言之，項目改造完成之后，水電站的智能管控水平進一步提升，可滿足數(shù)據(jù)廣泛收集、分析、處理、傳遞的需求，為水電站長遠發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.2 微機保護智能化技術(shù)運用

1.2.1 設(shè)備智能化

傳統(tǒng)水電站中，主要是運用LCU以及PLC智能設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集與傳遞，而本項目基于智能化升級背景完成改造，則可以實現(xiàn)多區(qū)域的智能管控。這是因為在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用下，不同的廠家均使用統(tǒng)一的開放協(xié)議內(nèi)容，因此單元層設(shè)備裝置可直接將信息傳遞至主控層的設(shè)備中，以此降低傳統(tǒng)LCU裝置數(shù)據(jù)收集的難度和壓力。在原有裝置機組中，PLC種類運用形式較多，可滿足水位、壓力監(jiān)測系統(tǒng)裝置啟?？刂菩枨?，因此在后續(xù)智能化過程中，可在其基礎(chǔ)上加大智能裝置運用，例如新型傳感器等，在實現(xiàn)系統(tǒng)運用目標的同時減少此過程的能源損耗。

1.2.2 開關(guān)站220kV系統(tǒng)過程層智能化改造

為有效強化系統(tǒng)保護水準，技術(shù)人員對220kV的系統(tǒng)過程層完成智能化優(yōu)化。一般來講，220kV為常規(guī)互感器，內(nèi)部設(shè)有合并單元，線路高抗性能較好。在智能優(yōu)化過程中，技術(shù)人員對線路保護設(shè)備以及測量裝置、濾波裝置等開展了交流采樣工作，并運用現(xiàn)場布置等形式，開展合并單元優(yōu)化。在實際工作中，技術(shù)人員在220kV斷路器中增設(shè)了跳閘線圈，因此斷路器設(shè)備內(nèi)部還可以直接與智能終端完成連接，以此強化智能跳閘。其中，智能終端的安裝主要是就地處理，在接口設(shè)計方面包括點對點以及智能化GOOSE兩種形式，在裝置安裝的過程中滿足母線保護等實際需要。

1.2.3 調(diào)速系統(tǒng)智能化技術(shù)運用

調(diào)速系統(tǒng)主要是在主控層與過程層之間，按照DL/T860標準完成模型搭建，之后技術(shù)人員通過機組連接完成通信。在本案例中，工作人員主要使用電壓電流冗余型水輪機調(diào)節(jié)器，其內(nèi)部含有兩套控制器，可直接與壓油智能化接口以及其他A/B液接口相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)系統(tǒng)運行自動化監(jiān)測需要[3]。

1.2.4 勵磁系統(tǒng)智能化技術(shù)應(yīng)用

勵磁系統(tǒng)是在主控層與過程層之間，要求在智能化的過程中必須滿足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計標準。因此，在智能化設(shè)計中運用冗余型調(diào)節(jié)器裝置，將其與過程層的智能斷路器相連接，以此管控溫度以及反饋量等數(shù)據(jù)信息。在調(diào)節(jié)器運行的過程中，智能接口與GOOSE相連接直接完成信息數(shù)據(jù)的接收，幫助技術(shù)人員掌握發(fā)電機等運行狀況。

與此同時，智能化勵磁系統(tǒng)運行具備自我判斷等功能，可系統(tǒng)化地監(jiān)測某一時期系統(tǒng)狀態(tài)，并針對性地完成啟動操作。為確保監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r完成數(shù)據(jù)收集，調(diào)節(jié)器在使用的過程中還會借助網(wǎng)絡(luò)信號將信息傳遞至智能控制單元中的設(shè)備，之后同時接收上級控制指令，進而強化系統(tǒng)智能管控。結(jié)合目前情況來看，本案例中的智能化勵磁系統(tǒng)在運用的過程中，可借助智能終端強化機組啟動管控以及無功調(diào)節(jié)，幫助各單元層完成信息數(shù)據(jù)的互通。

1.2.5 故障錄波智能化改造

結(jié)合現(xiàn)階段的IES61850水電站管控標準，要求應(yīng)將錄波設(shè)備安裝在單元層中，以此實現(xiàn)機組運行交直流電壓量、電流數(shù)據(jù)等信息的監(jiān)管。一般來講，智能化技術(shù)運用中可使用裝置觸電智能監(jiān)測等形式完成數(shù)據(jù)分析，且故障錄波系統(tǒng)通常是以直接接入的形式完成處理。從整體來看，本案例中水電站設(shè)備運行的交流電壓量，被運用在記錄中性點電壓中；開關(guān)量則是記錄繼電保護設(shè)備的跳閘觸點以及其他裝置的觸點。

2 水電站通信系統(tǒng)智能化改造技術(shù)應(yīng)用

2.1 主控層智能化

主控層網(wǎng)絡(luò)是指主機設(shè)備與IED之間的以太網(wǎng)形式。在本案例中，以太網(wǎng)運用ACSI以及SCSM技術(shù)形式處理原有水電站運行過程中穩(wěn)定性與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運用之間的問題。在傳統(tǒng)水電站運行過程中，一旦對SCSM技術(shù)加以優(yōu)化，則必須同時優(yōu)化ACSI才能夠滿足使用需求，而本項目智能化改造建設(shè)使用MMS協(xié)議，其支持的通信網(wǎng)絡(luò)種類較多，可同時滿足以太網(wǎng)以及TCP/IP等運用需求，因此主控層使用更加具備靈活性。

2.2 過程層智能化

過程層網(wǎng)絡(luò)是指單元層與過程層之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的以太網(wǎng)形式，內(nèi)部通信種類較多，其中最為關(guān)鍵的便是SMN以及GOOSE網(wǎng)絡(luò)形式，目前SNTP等網(wǎng)絡(luò)形式也可以輔助系統(tǒng)完成信息數(shù)據(jù)傳遞。

相比于其他網(wǎng)絡(luò)，過程層對數(shù)據(jù)信息傳遞的時效性標準要求更高，因此在智能化技術(shù)運用的過程中，技術(shù)人員開始大量使用SMV以及GOOSE網(wǎng)絡(luò)。在技術(shù)運用下，信息數(shù)據(jù)傳遞的通信協(xié)議只運用了國際標準ISO中的4層，直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的傳遞，降低了此過程中數(shù)據(jù)打包以及傳遞運輸?shù)臅r間成本，能夠有效提升信息傳遞的時效性。

結(jié)合目前情況來看，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括總線、星形以及環(huán)形幾種，其中后者冗余性較高，具備較強的安全性，然而在使用的過程中一旦出現(xiàn)故障，或者連線終端便需要重新生成RSTP協(xié)議并進行信息修復(fù)，此過程時間成本較高，難以滿足延時在4ms以內(nèi)的標準要求，因此在后續(xù)智能化技術(shù)運用的過程中，應(yīng)該升級結(jié)構(gòu)內(nèi)容，運用雙星型冗余結(jié)構(gòu)應(yīng)對以上問題。

在本案例中，為保障數(shù)據(jù)傳遞的精準度，使數(shù)據(jù)傳遞信息能夠滿足配置需求，技術(shù)人員在開展過程控制層智能化的過程中按照以下要求開展：合并單元運用點對點的方式完成采樣值確認，之后按照標準要求提供通信協(xié)議；智能重點設(shè)備運用點對點的方式接受LCU設(shè)備的開關(guān)跳閘指令要求，并提供光纖接口，使其能夠與過程層網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)，為后續(xù)提供I/O信息奠定基礎(chǔ)；合并單元應(yīng)單獨處理，需結(jié)合采樣信息完成單元設(shè)置，若是重要I/O信息則要設(shè)有雙重化的智能設(shè)備終端。在設(shè)備安裝的過程中，應(yīng)確保冗余設(shè)備的獨立性。從安裝的角度來看，智能優(yōu)化的過程中合并單元以及終端設(shè)備就地處理，開關(guān)站的終端設(shè)備也是直接安裝[4]。

綜上所述，傳統(tǒng)水電站在運行的過程中經(jīng)常會受到外在因素的影響出現(xiàn)諸多不足，而在智能化改造的背景下，則可強化電能質(zhì)量，優(yōu)化輸電的穩(wěn)定與安全，為水電站創(chuàng)元可持續(xù)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。在具體工作中，要求技術(shù)人員須針對一次設(shè)備，以及微機系統(tǒng)裝置開展智能化優(yōu)化與升級，并借助互聯(lián)網(wǎng)開展主控層與過程層智能完善，以此確保水電站建設(shè)能夠滿足智能化時代發(fā)展需要，為社會進步與經(jīng)濟發(fā)展提供能源支持。