芻議水電廠智能化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用

韓兵

摘要：水電廠的發(fā)展與人們的日常生活和社會(huì)發(fā)展都有著緊密的聯(lián)系，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也發(fā)揮著重要的作用。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，在水電廠中也加大了對(duì)智能化建設(shè)，其中主要包括一次設(shè)備的智能化、一體化的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)、數(shù)字化等，促進(jìn)了水電廠的健康發(fā)展。因此本文就對(duì)水電廠智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用展開探討和分析。

關(guān)鍵詞：水電廠；智能化技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)；應(yīng)用

水電廠的智能化技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)研究的熱點(diǎn)話題之一，隨著智能化技術(shù)在水電廠中越來(lái)越多的應(yīng)用，開啟了水電廠的智能化建設(shè)。但總體來(lái)看，我國(guó)的水電廠智能化建設(shè)仍然處于初步發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并不十分完善，對(duì)智能水電廠的發(fā)展目標(biāo)和定義還不明確[1]。而我國(guó)的智能變電站技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)基本成熟，因此在建設(shè)智能水電廠時(shí)可以借鑒其相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和成果。為了對(duì)水電廠的智能化建設(shè)產(chǎn)生正確的認(rèn)識(shí)，本文就參照智能變電站的建設(shè)，對(duì)水電廠的智能化建設(shè)的相關(guān)問(wèn)題展開探究。

一、水電廠智能化建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)

（一）數(shù)字化和智能化

數(shù)字化是指在信息采集、處理、傳輸過(guò)程中實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字化，其中一次設(shè)備在信息采集后將信息直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字，并通過(guò)過(guò)程層和光纜實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸采樣值的獲取，而保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)也是通過(guò)光纜傳輸控制報(bào)文來(lái)對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行控制。在水電廠的數(shù)字化發(fā)展中將二次自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字化眼神到現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備終端，將通信光纜代替二次光纜，實(shí)現(xiàn)信息共享，減少現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備，降低一次設(shè)備的運(yùn)行成本和維護(hù)成本[2]。水電廠的數(shù)字化建設(shè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中進(jìn)行統(tǒng)一的控制，并減少了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的一次設(shè)備使用，關(guān)鍵是通過(guò)智能組件和電子式互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，其主要特點(diǎn)是這些智能組件都具有符合標(biāo)準(zhǔn)的光纖接口，并采用標(biāo)準(zhǔn)建模的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)信息共享。

此外，水電廠的智能化建設(shè)主要體現(xiàn)在智能二字上，智能化也是對(duì)數(shù)字化的一種高級(jí)應(yīng)用，其中包括一次設(shè)備的智能化和高級(jí)智能應(yīng)用，其中智能變電站則是建立在數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上，通過(guò)一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，并通過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建立統(tǒng)一的信息模型，建立一體化的平臺(tái)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、計(jì)量和監(jiān)控，并對(duì)高級(jí)應(yīng)用功能提供支撐。

（二）電子式互感器

由于電子式互感器的重量輕、體積較小，可以很好的解決傳統(tǒng)互感器的飽和、絕緣等問(wèn)題，在智能化變電站中也得到了廣泛的應(yīng)用。隨著目前我國(guó)水電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)在不斷增加，變送器的設(shè)置重復(fù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行重復(fù)采集，且信號(hào)源較多，信息結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在信息傳輸過(guò)程中容易受到電磁干擾[3]。為了減少現(xiàn)場(chǎng)采集裝置的重復(fù)設(shè)置，消除電纜接線的復(fù)雜性，并從根本上來(lái)解決電站的干擾問(wèn)題，可以采用合并單元和電子式互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的信息采集和傳輸，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。但由于當(dāng)前電子式互感器還存在一定的不足，如性能并不十分穩(wěn)定，精度容易受到外部環(huán)境的影響等，在水電廠中的應(yīng)用還需要不斷發(fā)展。

二、水電廠智能化技術(shù)的應(yīng)用探索

水電廠的智能化建設(shè)主要涉及到運(yùn)行、維護(hù)與生產(chǎn)管理等諸多方面，由于我國(guó)當(dāng)前的數(shù)字傳感器和智能開關(guān)組件的發(fā)展并不十分成熟，且缺乏完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)智能化技術(shù)在水電廠建設(shè)中的應(yīng)用也是分階段進(jìn)行，和未來(lái)技術(shù)發(fā)展水平相統(tǒng)一。目前對(duì)水電廠智能化技術(shù)的應(yīng)用主要經(jīng)歷兩個(gè)階段，其中第一階段是按照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建設(shè)一體化的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)，并將其接入到全廠的計(jì)量、監(jiān)控、測(cè)量、保護(hù)與設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)等諸多應(yīng)用系統(tǒng)中，為各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)提供依據(jù)[4]。在這一階段中，電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中現(xiàn)有的分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并不發(fā)生改變，仍然采用兩層結(jié)構(gòu)式，并在監(jiān)控系統(tǒng)中增加網(wǎng)關(guān)設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)信息建模和接口軟件開發(fā)進(jìn)行監(jiān)控，在一體化的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)中接入監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器主要是在監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)庫(kù)中接入設(shè)備所接受到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。而站控層則是采用PLC廠家網(wǎng)絡(luò)規(guī)約，并不更換機(jī)組和開關(guān)站的ICU，在數(shù)據(jù)采集和控制中仍以硬接線為主，在條件具備的情況下，可以在PLC中配置相應(yīng)的通信模塊，實(shí)現(xiàn)接口設(shè)備輸入。因此總體來(lái)看，第一個(gè)智能化建設(shè)階段主要是對(duì)系統(tǒng)軟件和少量硬件進(jìn)行升級(jí)，并在間隔層和站控層增加通信接口，與一體化的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)相連接，并保留常規(guī)的通訊接口，主要是對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備和PLC的通信接口進(jìn)行保留，提高系統(tǒng)智能化水平，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。

第二個(gè)智能化建設(shè)階段是通過(guò)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面支持，系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)形式，即過(guò)程層、站控層和間隔層，其中間隔層與站控層之間采用IEC通信，一次設(shè)備可以采用傳統(tǒng)PT，當(dāng)條件具備的情況下降PLC轉(zhuǎn)換為支持IEC61850的PLC，站控層的通信主要是通過(guò)IEC61850的通信規(guī)約來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并具備智能一次設(shè)備和合并單元的能力，通過(guò)間隔層、過(guò)程層數(shù)據(jù)進(jìn)行單元合并，間隔層主要是對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，通過(guò)開關(guān)控制器來(lái)發(fā)送報(bào)文[5]。當(dāng)前已經(jīng)采用PLC控制器的廠家較多，如西門子等，都具備了IEC61850接口，并通過(guò)通信規(guī)約來(lái)實(shí)現(xiàn)和站控層的通信。在第二個(gè)智能化建設(shè)階段的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)還主要是依靠設(shè)備廠家和技術(shù)水平的進(jìn)步，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中接入智能組件和合并單元，為未來(lái)的技術(shù)發(fā)展提供充足的準(zhǔn)備。

結(jié)語(yǔ)：

水電廠智能化建設(shè)的未來(lái)主要發(fā)展方向是建立在IEC標(biāo)準(zhǔn)上的，這一標(biāo)注上實(shí)現(xiàn)水電廠的信息建模技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)對(duì)水電廠進(jìn)行智能化建設(shè)的關(guān)鍵，目前我國(guó)一些較大的電力廠商已經(jīng)在加大對(duì)IEC產(chǎn)品的研發(fā)力度，并與國(guó)外電力巨頭企業(yè)相競(jìng)爭(zhēng)，為我國(guó)的水電廠智能化建設(shè)提供充足的工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐依據(jù)。

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