智能電網(wǎng):即插即用不可行數(shù)字化、信息化是根本——專訪西安高壓電器研究所游一民博士

文／本刊記者 賈常艷 王思童

游一民:中國著名高壓電器研究專家，教授級高級工程師。1984年畢業(yè)于西北大學(xué)物理系，后在西安高壓電器研究所從事試驗(yàn)及電弧研究工作，1987年進(jìn)入西安交通大學(xué)攻讀碩士學(xué)位，1990年分配到西安高壓電器研究所從事產(chǎn)品開發(fā)工作，2003年獲得西安交通大學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)任西安高壓電器研究所副總工程師，研發(fā)中心主任。

游一民語錄:

數(shù)字化、信息化一定是未來智能電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)。目前，每個(gè)國家對智能電網(wǎng)的側(cè)重點(diǎn)各不相同。

電器工業(yè):您認(rèn)為未來智能電網(wǎng)的發(fā)展模式是怎樣的？而在“智能電網(wǎng)”建設(shè)過程中，中國和發(fā)達(dá)國家在智能設(shè)備的建設(shè)上側(cè)重點(diǎn)有哪些不同？

游一民:數(shù)字化、信息化一定是未來智能電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)。目前，每個(gè)國家對智能電網(wǎng)的側(cè)重點(diǎn)各不相同:

美國主要是為了擺脫對歐洲石油資源的依賴，解決電網(wǎng)設(shè)備的老化，應(yīng)對電力用戶的需求。一方面美國人均碳排放量居于世界前列，另一方面，美國是世界上重要的能源消耗大國和世界最大的石油進(jìn)口國，從美國自身能源安全和環(huán)保的角度出發(fā)，需要大力推動新能源。此外，美國啟動新能源是想再造能源產(chǎn)業(yè)革命，特別是09年經(jīng)濟(jì)危機(jī)之后。另外，美國的電網(wǎng)比較老化，此舉也是為了解決日益老化的電網(wǎng)設(shè)備和用戶對供電可靠性及電能質(zhì)量要求日益提高的矛盾，保障電網(wǎng)在災(zāi)害中的恢復(fù)能力，防止恐怖分子的襲擊，降低出現(xiàn)人為失誤和其他風(fēng)險(xiǎn)的幾率。最后，美國想把信息化、數(shù)字化應(yīng)用到智能電網(wǎng)中。同時(shí)我也認(rèn)為未來智能電網(wǎng)的發(fā)展模式最主要的就是數(shù)字化和信息化。

歐洲是為了滿足更加高效、靈活、環(huán)保、建設(shè)跨歐電力市場等需求。歐洲各國的能源政策更加強(qiáng)調(diào)對環(huán)境的保護(hù)和可再生能源發(fā)展，尤其鼓勵(lì)風(fēng)能、太陽能、生物能等可再生能源的發(fā)展。歐盟和相關(guān)國家的政策比美國更加鼓勵(lì)支持、提倡低碳發(fā)電、可再生能源電力和高效的能源利用方式，減少碳化物的排放，保護(hù)環(huán)境。來自開放電力市場的競爭壓力要求提升用戶的滿意度，提高運(yùn)營效率，降低電力價(jià)格，加強(qiáng)與客戶的互動，把電網(wǎng)建設(shè)成運(yùn)營商和用戶互動的服務(wù)網(wǎng)。歐洲用戶也對供電可靠性和電能質(zhì)量提出了更高的需求?，F(xiàn)代新技術(shù)的驅(qū)動也使得歐洲發(fā)展智能電網(wǎng)。

中國對智能電網(wǎng)提的雜而多。發(fā)展智能電網(wǎng)主要是由于能源資源分布不均，負(fù)荷快速增長，此外，電源結(jié)構(gòu)主要是以煤為主，調(diào)節(jié)能力不足，而且節(jié)能減排已經(jīng)成為關(guān)注的重點(diǎn)。減小碳排放，保護(hù)環(huán)境，接納風(fēng)電等大規(guī)?？稍偕茉?。滿足快速增長的負(fù)荷需求，加快電網(wǎng)的建設(shè)和改造。加大電網(wǎng)，特別是配電網(wǎng)的投入。建設(shè)西電東送通道，加強(qiáng)電網(wǎng)跨區(qū)互聯(lián)，解決調(diào)峰能力不足問題。提高供電可靠性和電能質(zhì)量。所以我認(rèn)為中國現(xiàn)在也是可再生能源的策略問題和滿足快速增長的負(fù)荷要求。目前電網(wǎng)是最保守的行業(yè)，所以未來的發(fā)展空間一定很大。

電器工業(yè):剛才您講到不同國家對發(fā)展智能電網(wǎng)的側(cè)重點(diǎn)不同，那么在建設(shè)智能電網(wǎng)時(shí)選擇電力設(shè)備方向上中國跟其他國家有何不同？

游一民:整個(gè)智能電網(wǎng)都是一個(gè)概念，具體設(shè)備目前還處在建設(shè)階段，美國、歐洲現(xiàn)在一些公司比如ABB，歐瑪嘉寶等已經(jīng)開始這樣的嘗試。剛才提到的數(shù)字化、信息化以及一些傳感技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于開關(guān)設(shè)備。ABB 在VD4的基礎(chǔ)上生產(chǎn)了eVD4，歐瑪嘉寶也生產(chǎn)了一款，主要是智能單元的下放，就地下放到設(shè)備里，替代原來機(jī)械設(shè)備里一些硬單元，還有數(shù)字化、信息化以及傳感技術(shù)的應(yīng)用，特別是傳感技術(shù)。我覺得將來的設(shè)備肯定是朝這個(gè)方向發(fā)展的。剛才提到的幾個(gè)中壓設(shè)備，高壓設(shè)備的發(fā)展也沒有那么快。高壓產(chǎn)品方面，主要介紹6271-3的標(biāo)準(zhǔn)下的一個(gè)產(chǎn)品，就是將所有控制模塊下放到機(jī)構(gòu)，從機(jī)構(gòu)側(cè)開始用數(shù)字化信息?！秶译娋W(wǎng)公司2011年新建變電站設(shè)計(jì)補(bǔ)充規(guī)定》中也提到這一點(diǎn)，減少斷路器、刀閘輔助接點(diǎn)、輔助繼電器數(shù)量。最好是斷路器取消控制箱，斷路器操作箱控制回路可與本體分合閘控制回路一體化融合設(shè)計(jì)，取消一些冗余的二次回路，提高斷路器的控制機(jī)構(gòu)的工作可靠性，這應(yīng)該是今后的發(fā)展方向，6271-3標(biāo)準(zhǔn)也明確了它的發(fā)展模式。

電器工業(yè):請您介紹一下中國在發(fā)展智能變電站的核心、重點(diǎn)環(huán)節(jié)及現(xiàn)階段需要突破的難點(diǎn)技術(shù)？

游一民:智能變電站采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。智能變電站有三部分:一個(gè)是變電站的數(shù)字化和信息化，一個(gè)是智能一次設(shè)備，還有一個(gè)是高級應(yīng)用。高級應(yīng)用是個(gè)錦上添花的事情，而真正的關(guān)鍵的比較難的核心部分還是智能一次設(shè)備，主要還是現(xiàn)在一些裝置的可靠性和一些廠家還存在一些問題。比如現(xiàn)在一些電子式互感器的可靠性問題還比較多。此類可靠性出現(xiàn)的問題主要是抗環(huán)境能力。實(shí)現(xiàn)可靠性抗環(huán)境能力的重點(diǎn)主要是裝置的設(shè)計(jì)和制造。因?yàn)樵瓉淼目刂茊卧饕强刂?，現(xiàn)在下放到產(chǎn)品后，一次側(cè)的環(huán)境要比原來惡劣。目前智能變電站的問題比較多，所以應(yīng)該有個(gè)比較慢的推進(jìn)過程，需要更多的改進(jìn)。

電器工業(yè):智能電網(wǎng)要想取得突破性的發(fā)展，國家在政策方面應(yīng)給予怎樣的支持？

游一民:目前國家在系統(tǒng)方面給予較多政策支持，實(shí)際上我們的差距還是在裝備上，而設(shè)備和裝置才是系統(tǒng)的核心。我國的產(chǎn)品和國際大公司的產(chǎn)品確實(shí)存在很大的差異，包括研發(fā)和制造，不僅僅是制造，研發(fā)上也有很大的距離，目前研發(fā)還處于跟著別人走階段，缺乏自主創(chuàng)新的水平，所以我覺得國家應(yīng)該在裝置和裝備的創(chuàng)新上多投入一些。我覺得對于這種傳統(tǒng)產(chǎn)品換一種模式來投入或許會有好的效果。目前國內(nèi)在控制保護(hù)這塊做的比較好，絲毫不亞于國外。南瑞、南自、四方這三家在控制保護(hù)方面占了整個(gè)市場的70%左右，這主要是國內(nèi)的控制保護(hù)資料過關(guān)，服務(wù)比較好，比較靈活，價(jià)格還不高，所以國外很難打進(jìn)中國市場。但是一次設(shè)備的制造不行，像開關(guān)變壓器等還是和國外有差距的。

電器工業(yè):如何提升智能電力設(shè)備的國產(chǎn)化競爭力，應(yīng)該從哪些方面入手？

游一民:首先，毋庸置疑是從數(shù)字化和智能化。其次，是提高產(chǎn)品的可靠性。再次，就是產(chǎn)品的可視化方面。個(gè)人認(rèn)為可視化中壓產(chǎn)品中的應(yīng)用還是很有限的，中壓產(chǎn)品本身可靠性比較高，價(jià)格比較便宜，把太復(fù)雜的東在西裝進(jìn)去就有點(diǎn)頭重腳輕了。所以在可視方面，不同的產(chǎn)品持不同的觀點(diǎn)。

電器工業(yè):智能電網(wǎng)的發(fā)展將帶來一、二次設(shè)備體系的融合，這將打破現(xiàn)有設(shè)備制造企業(yè)的市場格局，您認(rèn)為將會帶來什么樣的新局面？

游一民:智能電網(wǎng)使一次和二次設(shè)備的融合。一次設(shè)備升級為智能電力設(shè)備，二次設(shè)備升級為智能控制單元，這肯定是革命性的變化，它使一次和二次設(shè)備質(zhì)檢沒有明顯的界限。未來的一次設(shè)備里含有二次設(shè)備，二次設(shè)備的功能轉(zhuǎn)移到一次設(shè)備中，融合為更為集成化的單元，一次和二次設(shè)備間也存在相互制約相互影響的關(guān)系。傳統(tǒng)的一次和二次設(shè)備直接相互孤立相互分離的研發(fā)和制造格局將被打破，這就意味著整個(gè)設(shè)備制造的市場格局將被打破。目前，我感覺一次和二次設(shè)備太過分離，這和我們之前的產(chǎn)業(yè)布局是相關(guān)的，像ABB、西門子等公司有一次與二次融合的設(shè)備，國內(nèi)的產(chǎn)品都是分離的。這種分割的模式肯定是不合理的，將來肯定會被打破。現(xiàn)在許多一次和二次設(shè)備的企業(yè)都在互相兼并。例如，南自和ABB就有合作的意向，將ABB的一次設(shè)備與南自二次相融合。據(jù)我所接觸的，一次設(shè)備和二次設(shè)備的設(shè)計(jì)理念，差距很大，相互融合具有一定的難度。一體化設(shè)計(jì)肯定是融合的概念，所以將來一、二次的企業(yè)要進(jìn)行深層次的融合，或者是兼并、重組的過程。一次、二次設(shè)備是一個(gè)互動的，相互制約相互影響的關(guān)系。將來要做成一種“你中有我，我中有你”的設(shè)備，現(xiàn)在智能一次設(shè)備運(yùn)行都做不到這一點(diǎn)，所以需要多次的調(diào)試，主要就是一、二次設(shè)備分離所造成的。

電器工業(yè):您覺得現(xiàn)在二次設(shè)備將發(fā)展成可即插即用的插件的構(gòu)想可能實(shí)現(xiàn)嗎？

游一民:就個(gè)人而言，不認(rèn)同這個(gè)設(shè)想。因?yàn)橐淮?、二次設(shè)備是分不開的，就像汽車的方向盤和輪子一樣。一次、二次設(shè)備應(yīng)該是一個(gè)融合，一定是要融合設(shè)計(jì)了才能成就一個(gè)完美的產(chǎn)品。就像前面談到的二次元件都要放到機(jī)構(gòu)里，這怎么即插即用？這種構(gòu)想可能是從用戶的角度出發(fā)，就像以前開關(guān)和開關(guān)柜都是買兩家的，但是這種配合將來肯定會出現(xiàn)各種各樣的問題?；ジ衅鞅倔w和他的保護(hù)MU的合并單元根本不可能分開，這二者要放到一起調(diào)試才稱其為一個(gè)產(chǎn)品，而且每家的都不能通用。即插即用必然是一個(gè)孤立的分離的設(shè)計(jì)，而不是融合。現(xiàn)在中壓已經(jīng)很明顯，一個(gè)機(jī)構(gòu)箱的智能模塊代替了原來的輔助開關(guān)、一些硬接點(diǎn)，一些繼電器等控制原件，而且和面板等融合設(shè)計(jì)，形成一個(gè)非常漂亮的機(jī)構(gòu)箱，而即插即用沒有辦法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

電器工業(yè):能結(jié)合具體的例子，談一下2011年新建變電站設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合？

游一民:在《國家電網(wǎng)公司2011年新建變電站設(shè)計(jì)補(bǔ)充規(guī)定》中明確指出:110kV及以上電壓等級可采用電子式可感器，也可采用常規(guī)可感器，我覺得應(yīng)該根據(jù)不同的產(chǎn)品而定。66kV及以下電壓等級若采用戶內(nèi)開關(guān)柜保護(hù)測控下放布置時(shí)，宜采用常規(guī)互感器，我覺得這也不是絕對的，可根據(jù)產(chǎn)品的情況來確定。若采用戶外敞開配電裝置保護(hù)測控布置時(shí)，可采用常規(guī)可感器，也可采用電子互感器。宜取消就地跨間隔橫向電氣聯(lián)閉鎖節(jié)線，減少斷路器、刀閘輔助接點(diǎn)、輔助繼電器數(shù)量。當(dāng)設(shè)備具備條件時(shí)，斷路器操作箱控制回路可與本體分合閘控制回路一體化融合設(shè)計(jì)，取消冗余二次回路，提高斷路器控制機(jī)構(gòu)工作可靠性。合并單元、智能終端硬件進(jìn)行整合，對于110kV變電站，可將線路保護(hù)，測控單元等整合，體現(xiàn)了集成化、先進(jìn)性的概念。實(shí)際上，現(xiàn)在電子式互感器的成本要高于傳統(tǒng)互感器，主要是因?yàn)樗幸恍╇娮悠骷珜硭挠渤杀究隙ㄊ堑陀趥鹘y(tǒng)互感器，而且占用空間小，這種互感器肯定是發(fā)展方向?，F(xiàn)在電子互感器包含很多技術(shù)，將來隨著技術(shù)的推進(jìn)，價(jià)格自然會降低。電子式互感器本身體積小，占用的資源較少，用的鐵芯、線圈（銅和鐵）都很少，而且以后電子的元件會是越來越便宜的，銅和鐵是越來越貴的，這個(gè)趨勢是肯定的。所以將來電子互感器的價(jià)格肯定會下降，這一定是發(fā)展方向。

還有就是我剛說到的把斷路器操作箱的回路和本體的分合閘回路一體化融合設(shè)計(jì)，就是要把控制單元下放到機(jī)構(gòu)里，這主要是體現(xiàn)了集成化和先進(jìn)性的概念。比如110kV的站有些可以把合并單元、智能終端以及測控保護(hù)等整個(gè)硬件都整合，這樣一路電源就夠了。GIS局放量的測量采用預(yù)埋傳感器的模式，采用便攜式局放測量儀器進(jìn)行測量，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性。這樣一個(gè)站只需要一個(gè)測量儀器，本身預(yù)埋式傳感器成本不高，局放的變化量在通常情況下是不壞的，比如中壓開關(guān)柜局放超標(biāo)一年以后才會把絕緣、銅等慢慢的腐蝕掉，這種情況就不一定要實(shí)時(shí)的去監(jiān)測，可能只需要一個(gè)月拿便攜式的傳感器測一次，我覺得這也是國網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的方法，而且還不失去可靠性。2011年新建的幾個(gè)站基本上都是這種模式。機(jī)械特性基本上都裝了，它相對于局放價(jià)格便宜一些。機(jī)械特性需要開關(guān)動作才能測量，那么就裝在線，只要?jiǎng)幼骶湍軠y到數(shù)據(jù)，而局放可以不動作，只要變電站運(yùn)行，隨時(shí)可以監(jiān)測，這樣就可以用便攜式而不用在線監(jiān)測。

電器工業(yè):輸電網(wǎng)相對來說穩(wěn)定，而配電網(wǎng)就復(fù)雜的多，所以發(fā)展智能電網(wǎng)應(yīng)更多的關(guān)注配電網(wǎng)，這個(gè)說法您贊同嗎？

游一民:將來智能電網(wǎng)要在國內(nèi)解決幾個(gè)問題:一是可再生能源的接入問題，二是電網(wǎng)本身利用效率低的問題。而可再生能源的接入和用戶都是在配網(wǎng)側(cè)，所以只輸電而不做配網(wǎng)是沒有用的。智能配網(wǎng)是比較大比較復(fù)雜的一塊，相對來說要難做一些。以前一直在探討沒有一好的標(biāo)準(zhǔn)和模式，我覺得最主要的是沒有一個(gè)好的產(chǎn)品。近期，行業(yè)內(nèi)很多人將一些精力投入到配網(wǎng)智能化方面，在配網(wǎng)的產(chǎn)品方面下功夫。從配網(wǎng)的系統(tǒng)方面講，這是關(guān)注的重點(diǎn)，我想這方面是會有一些突破。設(shè)備上就是融合一體，把產(chǎn)品做的簡潔可靠方便，讓人用著好用。配網(wǎng)剛開始做，實(shí)施的不是很多，還處在討論階段，但前景廣闊；就配網(wǎng)設(shè)備廠商來講，水平良莠不齊，這樣會導(dǎo)致較多問題的出現(xiàn)，需要不斷地探索和改進(jìn)；從標(biāo)準(zhǔn)層面講，配網(wǎng)的應(yīng)用比較少，所以還沒有上升到一定的標(biāo)準(zhǔn)，還沒有形成一定的體系去指導(dǎo)應(yīng)用。配網(wǎng)本身比較復(fù)雜，很難形成標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在主要是講配網(wǎng)的自愈能力，切除故障等，這個(gè)難度比較大，難度主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。