自動化技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用分析

李海超

(蘭州倚能電力設(shè)計咨詢有限公司,甘肅蘭州 730000)

0 引言

就現(xiàn)階段而言,在西電東送工程建設(shè)取得重大進(jìn)展,全國電力連接入網(wǎng),能源需求和能源結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化的背景下,我國對電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求越來越高。西電東送和全國電力連接入網(wǎng),要求我國電力網(wǎng)絡(luò)必須具備長距離輸電的能力,人民群眾對幸福生活的需求日益增長,所需要消耗的電力也隨之增長,新能源的廣泛應(yīng)用和工業(yè)建設(shè)的轉(zhuǎn)型升級等變化,都給電力系統(tǒng)帶來了越來越多的負(fù)荷,這就要求電力系統(tǒng)的能力和效率要隨著需求的提高而提高。此外,清潔能源的廣泛應(yīng)用,在電力的供給側(cè)也產(chǎn)生了巨大的變化,電力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)必須要適應(yīng)從傳統(tǒng)能源向新型清潔能源轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)性變化。

就整個電力系統(tǒng)而言,變電站是連接整個電力網(wǎng)絡(luò)的樞紐節(jié)點,為了使整個電力系統(tǒng)適應(yīng)新的需求,變電站的發(fā)展革新就成了其中的關(guān)鍵一環(huán)。自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)都在飛速發(fā)展,這些技術(shù)都有運用到變電站中的可能性,并且可以極大提高變電站的綜合能力。

智能化變電站和傳統(tǒng)變電站不同,它運用高度集成化的設(shè)備,運用先進(jìn)的自動化、信息化技術(shù),可以實現(xiàn)將一個區(qū)域內(nèi)的變電站互相連接,信息互聯(lián)從而達(dá)到站域交互。就單個變電站而言,可以實現(xiàn)自動監(jiān)測、數(shù)據(jù)收集、信息傳遞和一定程度上的數(shù)據(jù)處理能力。智能變電站因為具備這些傳統(tǒng)變電站所不具備的優(yōu)勢和功能,因此,它可以大幅度提高變電站的運行效率,節(jié)約成本,提高變電站系統(tǒng)的安全性和可靠性。

自動化技術(shù)在智能變電站中有很多面的應(yīng)用,其中,最主要的是實時響應(yīng)設(shè)備的運用,信息采集傳輸技術(shù)、信息處理技術(shù)、變電站配套設(shè)施的自動化信息化技術(shù)。

1 設(shè)計與建設(shè)

應(yīng)用自動化技術(shù)的智能變電站在建設(shè)過程就有別于傳統(tǒng)變電站。在總體框架的設(shè)計上,智能化變電站具備三層結(jié)構(gòu)。一是間隔層,間隔層要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集,同時,間隔層還應(yīng)當(dāng)具備一定程度的保護相關(guān)電力設(shè)備安全工作的作用。第二則是網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層起到的作用主要是數(shù)據(jù)信息的傳遞,其主要的特點就是傳輸速率高。最后是站控層,站控層負(fù)責(zé)控制整個變電站的運轉(zhuǎn)運作,間隔層和網(wǎng)絡(luò)層這兩層結(jié)構(gòu)都是服務(wù)于站控層,并受站控層控制的。

在設(shè)備上,為了實現(xiàn)自動化和智能化,變電站必須采用傳統(tǒng)變電站所不具備的設(shè)備。在間隔層中,應(yīng)當(dāng)具備監(jiān)控變電站運作狀態(tài)和采集這些數(shù)據(jù)的設(shè)備,電能采集裝置,以及對于整個變電站和一些特定工況下的保護裝置也是必不可少的。站控層包含變電站的控制、服務(wù)器、監(jiān)控設(shè)備和信息處理設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)層的新設(shè)備則有交換機、光纜接口等[1]。

自動化和智能化的實現(xiàn)都要依靠計算機技術(shù)和信息技術(shù),這些技術(shù)除了必要的硬件設(shè)備以外,設(shè)計合理、運行流暢的軟件也是必不可少的。做好軟件設(shè)計,對智能化變電站真正實現(xiàn)自動化而言是至關(guān)重要的。

在施工過程中,智能變電站的建設(shè)也有別于傳統(tǒng)變電站。由于智能化變電站的高度集成化,以及許多新技術(shù)本身的特點,智能化變電站和很多自動化設(shè)備都是在工廠中預(yù)制的,很多結(jié)構(gòu)和設(shè)備被整合成在一個功能模塊?，F(xiàn)場的施工則是對這些功能模塊進(jìn)行組裝,這就降低了現(xiàn)場施工的成本。除了變電站本身,其相關(guān)配套設(shè)施也可以運用自動化技術(shù),比如對變電站的保護、對其周邊環(huán)境的監(jiān)控、對危險信號的預(yù)警等。

2 自動化技術(shù)的優(yōu)勢

自動化技術(shù)應(yīng)用于智能變電站有三個最主要的優(yōu)勢,成本優(yōu)勢、安全優(yōu)勢和效率優(yōu)勢。這些優(yōu)勢又在先期建設(shè)和后期運行的各個方面中都有所展現(xiàn)。因此,自動化技術(shù)的應(yīng)用對變電站和整個電力系統(tǒng)而言,是一種全方位的提高。

在變電站的建設(shè)過程中,因為其模塊化的建設(shè)方式,工期相對于傳統(tǒng)變電站而言更短。雖然自動化技術(shù)的要求會使得變電站中增加新的設(shè)備,但是工廠的大規(guī)模生產(chǎn)可以降低設(shè)備的單位成本。也就是說,雖然自動化設(shè)備增加了成本,但是單位設(shè)備的成本下降了,再加上模塊化的建設(shè)會使得其他設(shè)備的成本也有所下降,施工難度和施工時間也都可以降低。從總體上來看,建設(shè)自動化變電站和傳統(tǒng)變電站相比,實現(xiàn)了更多功能的同時,成本上也具有優(yōu)勢。

從后期的運行維護看,自動化變電站的成本優(yōu)勢更為明顯。自動化技術(shù)和信息技術(shù)使得變電站之間實現(xiàn)了站域互通,在運行過程中變電站從孤立走向了互聯(lián),運行維護自然也向互聯(lián)方向發(fā)展。這樣一來,技術(shù)人員可以控制的變電站就相對增加了,單位成本自然也就下降。在維護維修上,自動化技術(shù)可以替代傳統(tǒng)變電站中很多工作人員的工作,單個變電站所需要的運行維護人員也就減少了,人員成本和設(shè)備成本自然也就降低。

從安全性上看,保障變電站安全運行最重要的因素是對設(shè)備的定期維護。維護的時間間隔越短,設(shè)備運行越可靠,狀態(tài)越良好。但是這個間隔的期限越短,所需要的人力、物力也就越多,并且會有大量無效的檢查。自動化設(shè)備就很好地解決了這個問題,自動化變電站可以實現(xiàn)實時監(jiān)控,可以將監(jiān)控到的數(shù)據(jù)快速傳遞到站控層,幫助技術(shù)人員判斷變電站的狀態(tài)。依靠對于數(shù)據(jù)的分析和處理,很多情況下,系統(tǒng)可以自動地分析變電站當(dāng)前狀態(tài),直接輸出結(jié)果。如果變電站出現(xiàn)的故障是小微故障,自動化技術(shù)甚至可以通過對相關(guān)設(shè)備的調(diào)節(jié),去修復(fù)這一故障。也就是說,自動化設(shè)備可以保障變電站本身始終處于最佳的運行狀態(tài),一旦出現(xiàn)問題,就可以通過實時的信息傳遞技術(shù),盡快對出現(xiàn)問題的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行維修或更換。

變電站的安全運行不單單是其自身,周邊環(huán)境對變電站的影響也是存在的。變電站一旦受到外力侵?jǐn)_,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)遭到破壞,或者因為操作不當(dāng)?shù)绕渌蛩貙?dǎo)致不能正常工作,其功能和安全性都會受到嚴(yán)重的損害。自動化技術(shù)不止可以運用到變電站本身,還可以應(yīng)用到周邊。自動監(jiān)控,自動報警,一旦功能損壞,可以通過自動調(diào)節(jié)使損失降到最低。

從效率上看,自動化的智能變電站效率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)變電站。這主要是由于二者的結(jié)構(gòu)差異和技術(shù)差距所導(dǎo)致的。傳統(tǒng)變電站在信息的收集、整理、傳遞上做了大量的工作,從而使得效率難以進(jìn)一步提高。運用自動化技術(shù)后,這些工作都被自動化設(shè)備所替代了,其集成度高,響應(yīng)時間快,結(jié)果輸出準(zhǔn)確。這些優(yōu)勢都是傳統(tǒng)變電站做不到的。此外,在操作維護的過程中,很多需要技術(shù)人員現(xiàn)場作業(yè)的工作,都可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作了。在自動化的條件下,變電站的工作效率自然大幅度提高。

3 變電站的安全運行

自動化變電站雖然在諸多方面都具備極大的優(yōu)勢,但是自動化變電站的工作環(huán)境也和傳統(tǒng)的變電站有很大不同。只有深入了解自動化變電站的運行機制,完善制度和技術(shù)才能保證自動化變電站的可靠運行[2]。

就制度上而言,雖然自動化變電站在我國已經(jīng)運行了一定的時間,也有不少相關(guān)的工作制度和條例,但是這些制度一是不夠完善,二是不能適應(yīng)所用自動化變電站的工作需求。制度的完善是一個過程,需要在實踐中探索才能逐步完善。其中,有些制度是為了保障安全,有些制度是為了提高效率,有些制度則在安全和效率上都能起到良好作用。

很多傳統(tǒng)變電站工作環(huán)境下的制度已經(jīng)不適用于自動化變電站了,比如變電站設(shè)備的定期檢修維護。檢修維護的工作已經(jīng)由自動化設(shè)備替代了,其頻率自然降低。但是與此同時,很多智能化設(shè)備的可靠性還沒有經(jīng)過時間的驗證,因此有必要對這些設(shè)備進(jìn)行更為細(xì)致的檢查。也就是說,在整體工作量減小的同時,針對某些特殊結(jié)構(gòu)和特殊設(shè)備的工作量反而是增大的。這一變化的需求就應(yīng)當(dāng)在制度中得以體現(xiàn)。

還有交接班制度,傳統(tǒng)變電站所需要的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息和自動化變電站是有所不同的,因此在交接班的過程中,過去要交接什么內(nèi)容,應(yīng)當(dāng)重點核對檢查哪些內(nèi)容,在自動化的背景下又應(yīng)當(dāng)交接什么內(nèi)容,重點關(guān)注哪些內(nèi)容。工作內(nèi)容的變化也應(yīng)當(dāng)在制度中體現(xiàn)出來。

技術(shù)驗證是保障自動化變電站安全可靠運行的重要內(nèi)容。新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用是自動化變電站的核心,但是這些新技術(shù)和新設(shè)備并不一定是絕對安全和可靠的。對于很多新技術(shù)和新設(shè)備,應(yīng)當(dāng)充分驗證其可靠性,不能盲目使用,也不能完全信任。技術(shù)驗證要從兩方面著手,一是理論和實驗室驗證,二是實踐驗證。對于新技術(shù)而言,首先要在理論上是安全的,被大家廣泛的討論和質(zhì)疑之后才能將其應(yīng)用到實踐中去。而且,投入運行之前,一定要經(jīng)過實驗證明,在實驗室環(huán)境工作良好的情況下,再將這一技術(shù)運用到智能變電站中。經(jīng)過長時間、復(fù)雜工況的實踐檢驗之后,才能證明這種新的技術(shù)在安全性上比較完善的。

建立完善的自然環(huán)境變化應(yīng)對體系,其中包括雷擊、暴雨、冰雹、降雪、洪水、沙塵等諸多方面。我國幅員遼闊,各地氣候差異極大,因此對于自然環(huán)境變化的應(yīng)對應(yīng)當(dāng)因地制宜,結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況。以我國東部季風(fēng)區(qū)為例,溫帶季風(fēng)氣候?qū)е挛覈慕邓饕性诹桨嗽路?每年的具體時間又有變化,經(jīng)常出現(xiàn)大規(guī)模集中降水,甚至引發(fā)洪澇災(zāi)害。對于變電站而言,做好對這些災(zāi)害的預(yù)防是至關(guān)重要的。就準(zhǔn)備措施而言,應(yīng)當(dāng)在大規(guī)模降水來臨之前,檢測相關(guān)防汛措施,檢測變電站運行狀況。并且要準(zhǔn)備數(shù)套具備可行性的預(yù)案應(yīng)對不同程度的降水。如果洪澇災(zāi)害嚴(yán)重,如何在保障變電站安全的同時維護正常的電力供應(yīng),若電力供應(yīng)不得不中斷又該如何盡快恢復(fù)。這些問題在應(yīng)對災(zāi)害前,都應(yīng)當(dāng)充分考慮到。

還要加強對相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn),自動化變電站應(yīng)用時間還不是特別長,很多變電站處于傳統(tǒng)向智能過渡的階段。工作人員的工作環(huán)境和任務(wù)在短期內(nèi)發(fā)生了較大的變化,雖然工作量和難度都在一定程度上因為自動化技術(shù)的應(yīng)用得以降低,但是工作環(huán)境的改變還是會產(chǎn)生不適應(yīng)、不熟悉。工作人員自身對自動化變電站不熟悉,自然就不能保證自動化變電站的高效運轉(zhuǎn),甚至?xí)a(chǎn)生操作上的失誤,工作中的疏漏,從而造成一些安全上的隱患。

在應(yīng)用自動化技術(shù)之前,就要對工作人員進(jìn)行充分的培訓(xùn),讓工作人員提前熟悉工作環(huán)境,明確工作任務(wù)。在自動化技術(shù)應(yīng)用之后,還應(yīng)當(dāng)對以前的工作人員進(jìn)行一定程度指導(dǎo)培訓(xùn),確保工作人員在理論和實踐上都能熟悉現(xiàn)代化自動化的工作環(huán)境。

自動化變電站是我國未來變電站發(fā)展的主流方向,自動化智能變電站設(shè)備符合現(xiàn)階段我國電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的形勢。自動化智能變電站在我國電力保障和電力安全工作中都是極為重要的一個節(jié)點,自動化智能變電站的效率關(guān)乎我國電力系統(tǒng)的效率,智能變電站的可靠性和安全性關(guān)乎我國電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。自動化技術(shù)的應(yīng)用對我國未來電力發(fā)展而言是至關(guān)重要的,但是應(yīng)用自動化技術(shù)就必須要考慮到變電站工作模式的變化。從安全性、效率和可靠性等多個方面制定完善可靠的制度,運用安全、高效的技術(shù),并且要因地制宜地制定防災(zāi)制度,做好防災(zāi)準(zhǔn)備。只有這樣,自動化技術(shù)的應(yīng)用才能更好地服務(wù)于我國電力系統(tǒng)的發(fā)展,更好地服務(wù)于其他各項事業(yè)的發(fā)展[3]。