基于新型電力系統(tǒng)的電力設(shè)備管理路徑研究

國網(wǎng)甘肅省電力公司白銀供電公司 王彥彪 王宗寶 國網(wǎng)甘肅省電力公司檢修公司 賀 明

1 引言

電力設(shè)備是電網(wǎng)平穩(wěn)運行和電力企業(yè)生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，電力市場化改革是整個電力系統(tǒng)改革的重要方向。提高電力設(shè)備管理的市場敏感度，對于優(yōu)化電力企業(yè)設(shè)備管理，實現(xiàn)立足于市場的精益高效的設(shè)備管理具有重要意義。甘肅電網(wǎng)作為區(qū)域電網(wǎng)的核心樞紐，提高甘肅電網(wǎng)設(shè)備管理的市場敏感度，對于保障西北地區(qū)清潔能源外送，高效服務(wù)發(fā)電企業(yè)和電力用戶，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)和能源系統(tǒng)的發(fā)展意義重大。

2 設(shè)備管理與電力市場發(fā)展協(xié)調(diào)匹配性較差

當前，甘肅電網(wǎng)的設(shè)備管理與甘肅電力市場的匹配性較差，設(shè)備管理在一定程度上對甘肅電網(wǎng)的支撐不足，主要問題有：

2.1 電網(wǎng)設(shè)備計劃檢修與市場負荷實時變化未精準匹配

當前的甘肅電網(wǎng)設(shè)備檢修模式為設(shè)備狀態(tài)評價指導(dǎo)下的周期性檢修，需要提前制定各類設(shè)備檢修計劃。檢修計劃的周期性制定與電網(wǎng)輸電功率的隨機性波動之間存在矛盾和張力。在輸電負荷預(yù)估和實時測量不精準的情況下，執(zhí)行設(shè)備檢修計劃和保證大規(guī)模輸電之間常常難以兩全。

甘肅電網(wǎng)電力電量平衡呈現(xiàn)明顯季節(jié)特性，夏季水電大發(fā)，疊加新能源發(fā)電后存在大量富裕，而在冬季省內(nèi)用電增加及受端省份需求旺盛時段，全省發(fā)電能力又無法滿足外送需求。同時，受風電波動性影響，在每日用電晚高峰期間，電力平衡也存缺口。

甘肅省外送電能力受水電發(fā)電能力影響較大，1、2、11、12月受黃河進入防凌期及其它水電枯水期影響，外送電能力較弱，3-10月外送電能力較強。新能源發(fā)電特性造成日內(nèi)不同時段發(fā)電能力差異巨大，風電發(fā)電具有極強的隨機性和波動性，日與日之間最大發(fā)電能力可相差5倍以上；光伏發(fā)電具有典型的脈沖特性，發(fā)電時間段主要集中在11:00-15:00，無法與用電需求相對應(yīng)，新能源發(fā)電特性造成在部分時段（特別是晚高峰），如外送規(guī)模過大，將出現(xiàn)電力短缺情況。

可見，電力負荷受季節(jié)和環(huán)境影響十分突出，負荷大小隨環(huán)境變化而變化，基于經(jīng)驗判斷的設(shè)備檢修計劃的制定，缺乏可靠的數(shù)據(jù)支撐，常常會導(dǎo)致檢修計劃偏離保證電網(wǎng)最大限度輸送電力能源的目標。

2.2 電網(wǎng)設(shè)備運行風險與電能大規(guī)模輸送可靠性要求不相適應(yīng)

電網(wǎng)具有線路跨距大、覆蓋廣、設(shè)備坐落之處地形地貌復(fù)雜等特點，該特點無疑加大了輸電通道設(shè)備維護管理的難度，提高了電網(wǎng)設(shè)備的運行風險。特別是對于我省部分輸電通道通過高原、戈壁荒漠區(qū)域，存在特殊的地理及氣候條件，加之河西走廊高度密集的超特高壓輸電通道并行，使之在存在一般共性風險的基礎(chǔ)上又增加了特殊的設(shè)備運行風險。特高壓直流屬地化管理填補了我省特高壓直流設(shè)備管理的空白，同時缺少特高壓直流設(shè)備的管理經(jīng)驗，也給設(shè)備管理帶來了新的風險。

自2005年第一個750kV 輸變電示范工程在我省建成投以來，750kV 輸變電設(shè)備已運行近15年。部分設(shè)備作為首臺首套設(shè)備，其設(shè)計和運行中必然存在不周之處，在設(shè)計和運行中的固有缺陷逐漸暴露，給設(shè)備管理帶來新的風險。甘肅電網(wǎng)內(nèi)老舊設(shè)備占有相當高的比例，設(shè)備運行時間長，設(shè)備缺陷隱患多給安全運行和設(shè)備管理帶來風險。隨著系能源發(fā)電規(guī)模的日益龐大，電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)，又給電網(wǎng)設(shè)備的管理和安全運行帶來了新的挑戰(zhàn)。

2.3 應(yīng)急能力組織效率不滿足大電網(wǎng)安全可靠運行需要

甘肅地處河西走廊，地域狹長，東西兩側(cè)相距超過2000公里，幾乎橫跨大半個中國，輸送新能源的輸變電設(shè)備分布在這狹長的輸電走廊上，過長的運維半徑和過大的設(shè)備規(guī)模，集中管理上鞭長莫及、安全上顧此失彼，隨著設(shè)備種類繁多，需要的備品備件等物資形態(tài)各異，人員、物資等電網(wǎng)應(yīng)急力量需要進行大范圍的部署和長距離的調(diào)配，加大了與保障電網(wǎng)盡快從故障中恢復(fù)和實現(xiàn)電能的可靠供應(yīng)的難度。

隨著甘肅社會經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)資產(chǎn)規(guī)模迅速擴大，對電網(wǎng)安全運行、供電可靠性提出了更高的要求。日益繁重的電網(wǎng)運行、檢修、維護任務(wù)與生產(chǎn)一線結(jié)構(gòu)性嚴重缺員、運維力量不足的矛盾日益突出，傳統(tǒng)的運檢模式難以適應(yīng)電網(wǎng)快速發(fā)展的需要，電網(wǎng)應(yīng)急組織能力效率也無法滿足供電保障的要求，為公司經(jīng)營造成了一定阻礙。

同時，在現(xiàn)有的組織架構(gòu)下，公司安全生產(chǎn)管理仍沿用矩陣式管理模式，安監(jiān)、設(shè)備、配網(wǎng)及調(diào)度專業(yè)相對獨立，對基層及一線管理普遍存在多頭指揮、條塊化管理，專業(yè)之間信息溝通不暢導(dǎo)致信息通信、資源分配等困難使應(yīng)急反應(yīng)時間變長，同時導(dǎo)致停電時間變長，財產(chǎn)損失加大，所以面對各種由于突發(fā)事件或者自然災(zāi)害引發(fā)的緊急情況，如何實現(xiàn)對物資、人力、車輛等資源進行快速高效調(diào)配，減少人身和財產(chǎn)損失，提高電力系統(tǒng)的快速恢復(fù)能力成為當務(wù)之急[1]。

2.4 設(shè)備管理與新型電力系統(tǒng)發(fā)展需求仍有差距

隨著“碳達峰、碳中和”進程加快推進，能源生產(chǎn)加速清潔化、能源消費高度電氣化、能源配置日趨平臺化、能源利用日益高效化。能源格局的深刻調(diào)整，必將給電力系統(tǒng)帶來深刻變化。電源結(jié)構(gòu)由可控連續(xù)出力的煤電裝機占主導(dǎo)，向強不確定性、弱可控出力的新能源發(fā)電裝機占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。負荷特性由傳統(tǒng)的剛性、純消費型，向柔性、生產(chǎn)與消費兼具型轉(zhuǎn)變。電網(wǎng)形態(tài)由單向逐級輸電為主的傳統(tǒng)電網(wǎng)，向包括交直流混聯(lián)大電網(wǎng)、微電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)和可調(diào)節(jié)負荷的能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。技術(shù)基礎(chǔ)由同步發(fā)電機為主導(dǎo)的機械電磁系統(tǒng)，向由電力電子設(shè)備和同步機共同主導(dǎo)的混合系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。

分布式光伏、風電技術(shù)，新型儲能技術(shù)，新型傳感器技術(shù)，通信技術(shù)和人工智能技術(shù)等的深入發(fā)展，將來的電網(wǎng)在物理形態(tài)、信息交換形態(tài)等方面將面臨深入變革，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)承載著能源轉(zhuǎn)型的歷史使命，是清潔低碳、安全高效能源體系的重要組成部分，是以新能源為供給主體、以確保能源電力安全為基本前提、以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展電力需求為首要目標，以加強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統(tǒng)。

清潔低碳，形成清潔主導(dǎo)、電為中心的能源供應(yīng)和消費體系，生產(chǎn)側(cè)實現(xiàn)多元化清潔化低碳化、消費側(cè)實現(xiàn)高效化減量化電氣化。

安全可控，新能源具備主動支撐能力，分布式、微電網(wǎng)可觀可測可控，大電網(wǎng)規(guī)模合理、結(jié)構(gòu)堅強，構(gòu)建安全防御體系，增強系統(tǒng)韌性、彈性和自愈能力。

靈活高效，發(fā)電側(cè)、負荷側(cè)調(diào)節(jié)能力強，電網(wǎng)側(cè)資源配置能力強，實現(xiàn)各類能源互通互濟、靈活轉(zhuǎn)換，提升整體效率。

智能友好，高度數(shù)字化、智慧化、網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)對海量分散發(fā)供用對象的智能協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲各要素友好協(xié)同。

開放互動，適應(yīng)各類新技術(shù)、新設(shè)備以及多元負荷大規(guī)模接入，與電力市場緊密融合，各類市場主體廣泛參與、充分競爭、主動響應(yīng)、雙向互動。

3 提高設(shè)備管理的市場敏感度

隨著電力體制市場化改革的大力推進，市場越來越成為企業(yè)賴以生存的基礎(chǔ)，包括設(shè)備管理在內(nèi)的公司業(yè)務(wù)應(yīng)該對企業(yè)經(jīng)營進行有力支撐，要實現(xiàn)設(shè)備管理對公司經(jīng)營的精準可靠支撐，就必須提高設(shè)備管理的市場敏感度。

3.1 差異化檢修實現(xiàn)電網(wǎng)輸電量最大化

電網(wǎng)設(shè)備運用的根本目的是電力能源的輸送，電網(wǎng)設(shè)備運行最大的效益就是最大限度的發(fā)揮設(shè)備的能力，保證電能的輸送。設(shè)備停電檢修是設(shè)備健康的必要手段，但設(shè)備停電不可避免的會對電力能源的輸送帶來影響。當前的設(shè)備管理應(yīng)做到充分挖掘設(shè)備數(shù)據(jù)價值，科學(xué)評價設(shè)備健康狀態(tài)，綜合考慮發(fā)電側(cè)和負荷側(cè)需求，精準確定設(shè)備停電檢修周期和停電檢修時間，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備效益的最大化。

提升源、網(wǎng)、荷一體的計劃統(tǒng)籌協(xié)調(diào)效率。提升大電網(wǎng)資源優(yōu)化配置能力，基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，提高電網(wǎng)整體運行效率。建立橫向協(xié)同、縱向貫通的源、網(wǎng)、荷一體化設(shè)備停電計劃編制機制，設(shè)備檢修部門應(yīng)當將設(shè)備停電時間視為一種寶貴的資源，高效集約電網(wǎng)、電源、用戶的三方需求，利用設(shè)備停電窗口期，提高設(shè)備停電時間利用效率，減少重要電網(wǎng)輸變電設(shè)備重復(fù)停電。通過數(shù)字化平臺精準判斷設(shè)備狀態(tài)，定位設(shè)備故障，通過大數(shù)據(jù)決策指導(dǎo)現(xiàn)場有針對性的開展停電檢修作業(yè)，提高檢修工作的效率和針對性。

積極推進差異化檢修，開展動態(tài)評價和定期評價，結(jié)合設(shè)備的特性、重要程度、電網(wǎng)運行方式等要素綜合分析，制定設(shè)備檢修策略。差異化檢修遵循“準確評價、動態(tài)調(diào)整、應(yīng)修必修、修必修好”的原則。結(jié)合不同類型設(shè)備特點、同類設(shè)備運行工況、各類巡視和帶電檢測數(shù)據(jù)及家族性缺陷等綜合考量，對設(shè)備實際狀態(tài)進行的準確評價。

綜合考慮狀態(tài)評價結(jié)果、電網(wǎng)運行方式、設(shè)備運行工況和設(shè)備結(jié)構(gòu)特點等因素，適時調(diào)整設(shè)備檢修策略，嚴格按照設(shè)備檢修策略要求，依據(jù)評價結(jié)果，及時安排相應(yīng)的停電檢修和不停電檢修工作，提前落實檢修方案、人員及物資，嚴控檢修工藝質(zhì)量，保證安全、按時、高質(zhì)量完成檢修任務(wù)。通過推進差異化檢修，有效壓縮C、D 類檢修，在保證電網(wǎng)安全運行的前提下，減少電網(wǎng)停電時間，最大程度的提升電網(wǎng)的輸電效率。

3.2 全業(yè)務(wù)數(shù)字化班組為落腳點的電網(wǎng)設(shè)備風險管理

設(shè)備風險指電網(wǎng)設(shè)備運行安全的不確定性,即可能影響電網(wǎng)設(shè)備運行安全的因素、事件或狀態(tài)發(fā)生的概率及后果的組合。電網(wǎng)設(shè)備風險管理指通過危害辨識與風險評估,對識別的電網(wǎng)風險采取科學(xué)有效的措施加以控制或化解,實現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的管理行為[2-3]。

2020年，國網(wǎng)公司提出“建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”發(fā)展戰(zhàn)略，同步發(fā)布“數(shù)字新基建”十大重點建設(shè)任務(wù)。由此，加快現(xiàn)代科技與智能電網(wǎng)的深度融合，推動公司全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級勢在必行。2020年9月，現(xiàn)代設(shè)備管理體系、智慧物聯(lián)體系的設(shè)計和構(gòu)建為生產(chǎn)體系變革和生產(chǎn)管理方式轉(zhuǎn)變提供了解決方案。

為貫徹落實國網(wǎng)公司發(fā)展戰(zhàn)略，推動現(xiàn)代設(shè)備管理體系和智慧物聯(lián)體系在甘肅公司盡快落地，提升設(shè)備本質(zhì)安全水平和一線人員本質(zhì)安全能力，甘肅公司計劃依托“大云物移智鏈”打造“全能型”數(shù)字化班組，構(gòu)建“大數(shù)據(jù)+互聯(lián)網(wǎng)+移動終端”新型班組作業(yè)模式和“小前端、大后臺”的一線班組管理模式。推動一線班組由末端業(yè)務(wù)單元向前端價值創(chuàng)造單元轉(zhuǎn)變，由專業(yè)精細分工向一專多能、高效協(xié)同隊伍轉(zhuǎn)變，由勞動密集型向科技、知識密集型轉(zhuǎn)變。

全面推進數(shù)字化班組建設(shè)。推動一線運檢業(yè)務(wù)流程線上遷移，全面實現(xiàn)班組無紙化辦公。實現(xiàn)生產(chǎn)班組移動作業(yè)多端融合，全面推廣變電運維、檢修、檢測、驗收等業(yè)務(wù)移動化試點應(yīng)用成果。增加班組智能化裝備配置，提升一線作業(yè)能力。利用無人機、巡檢機器人、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合AI 智能識別技術(shù)，提升智能巡檢能力。

建立設(shè)備隱患排查常態(tài)化機制，持續(xù)做好輸變配電設(shè)備隱患排查治理。增加雷電探測站、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測站和基準站、北斗地面增強基站的布點建設(shè)，加強六大中心及輸電全景智慧物聯(lián)監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)的科學(xué)應(yīng)用，整合六大中心數(shù)據(jù)，全量接入電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺，構(gòu)建電網(wǎng)自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺，健全有效辨識、科學(xué)評估、實時預(yù)警、規(guī)范處置的設(shè)備安全風險防控機制，建立設(shè)備狀態(tài)分析預(yù)警與風險處置體系，增強電網(wǎng)設(shè)備風險管理能力。

3.3 設(shè)備管理機制變革提高電網(wǎng)應(yīng)急管理響應(yīng)速度

在電力體制改革中，電力工業(yè)加速轉(zhuǎn)型發(fā)展的新時期，電網(wǎng)的格局、結(jié)構(gòu)、規(guī)模隨著中國經(jīng)濟與社會的進一步發(fā)展也持續(xù)擴大，給現(xiàn)代電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。各類電力突發(fā)事件如自然災(zāi)害、人為破壞或者系統(tǒng)穩(wěn)定破壞等都會對電網(wǎng)造成沖擊，甚至導(dǎo)致大面積停電，對人民生活、國民經(jīng)濟和國家安全帶來嚴重影響。近年來，根據(jù)甘肅電網(wǎng)發(fā)展情況，甘肅公司積極探索通過屬地化運維、生產(chǎn)指揮中心建設(shè)等設(shè)備管理組織變革，有效實現(xiàn)最短時間、最快速度處置響應(yīng)，提升應(yīng)急處置保障能力，確保應(yīng)急處置規(guī)范高效。

為解決甘肅電網(wǎng)地理跨度較大，各地區(qū)氣候環(huán)境各有特點且差異較大，設(shè)備無法高效運檢的現(xiàn)狀，屬地化運維是實現(xiàn)快速高效的電網(wǎng)設(shè)備應(yīng)急處置的必由之路。通過對主網(wǎng)設(shè)備運檢模式的優(yōu)化完善和核心業(yè)務(wù)的整合，統(tǒng)籌公司人力、技術(shù)、裝備資源，促進建立分層分區(qū)管控、專業(yè)協(xié)同合作、運行經(jīng)濟高效的主網(wǎng)設(shè)備運檢管理新模式，降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，縮短管理鏈條，提高應(yīng)急反應(yīng)速度，提升公司整體發(fā)展質(zhì)量、運行效率和經(jīng)營效益。

甘肅公司通過建設(shè)生產(chǎn)指揮中心，打破部門壁壘，依托生產(chǎn)指揮平臺的整合應(yīng)急資源進行分析，對全省生產(chǎn)資源配置情況、運維檢修內(nèi)容、運維檢修時間、運維檢修地點等信息，科學(xué)、合理的分析運維檢修工作需要的人力、設(shè)備儀器、車輛、備品備件等資源（含外包隊伍）的數(shù)量、型號、位置等，自動形成分配建議，實現(xiàn)檢修資源科學(xué)調(diào)配。主動為現(xiàn)場提供合理的應(yīng)急處置策略，形成的主動檢（搶）修工單開展推送、跟蹤和執(zhí)行過程管控，提高主動運維管控決策科學(xué)性，實現(xiàn)大面積停電、火災(zāi)、氣象、地質(zhì)災(zāi)害等應(yīng)急指揮流程管控、應(yīng)急預(yù)案發(fā)布、應(yīng)急資源調(diào)配、應(yīng)急處置跟蹤和應(yīng)急演練編排，將應(yīng)急處置管理模式由被動轉(zhuǎn)為主動，大幅度降低停電檢修時間。

3.4 面向新型電力系統(tǒng)建設(shè)開展設(shè)備管理創(chuàng)新

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)將發(fā)生深刻變革。運行特性由源隨荷動的實時平衡模式、大電網(wǎng)一體化控制模式，向源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動的非完全實時平衡模式、大電網(wǎng)與微電網(wǎng)協(xié)同控制模式轉(zhuǎn)變。面對電網(wǎng)的這種變革，企業(yè)急需進行設(shè)備管理模式創(chuàng)新來面對以分布式能源為特點的新型電力系統(tǒng)給設(shè)備管理帶來的挑戰(zhàn)，保證公司在未來電力市場競爭中立于不敗之地。

開展分布式電源運行參數(shù)感知、電網(wǎng)大擾動下的故障穿越能力辨識、電能質(zhì)量監(jiān)控，建設(shè)含模型參數(shù)在內(nèi)的分布式電源運行監(jiān)測系統(tǒng)，提高分布式電源的并網(wǎng)適應(yīng)能力；推廣分布式電源“群控群調(diào)”技術(shù)，結(jié)合儲能系統(tǒng)的互補控制特性，推廣儲能與分布式電源互補的“群控群調(diào)”能力建設(shè)，提升大規(guī)模分布式電源接入配電網(wǎng)的安全運行能力，利用大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，推動儲能、分布式新能源和負荷設(shè)備的信息接入，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)運行態(tài)勢全景感知，促進分布式新能源消納，加大中壓配電網(wǎng)智能終端部署、配電通信網(wǎng)建設(shè)和配電自動化實用化，并向低壓配電網(wǎng)延伸，大幅提高可觀性、可測性、可控性，推動應(yīng)用新型儲能、需求側(cè)響應(yīng)，通過多能互補、源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)調(diào)控制技術(shù)，提高配電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和適應(yīng)能力，促進電力電量分層分級分群平衡，加快信息采集、感知、處理、應(yīng)用等環(huán)節(jié)建設(shè)，構(gòu)建連接全社會用戶、各環(huán)節(jié)設(shè)備的智慧物聯(lián)體系，推廣人工智能、國網(wǎng)鏈、北斗等共性平臺和創(chuàng)新應(yīng)用，提高全息感知和泛在互聯(lián)能力，實現(xiàn)電網(wǎng)、設(shè)備、客戶狀態(tài)的動態(tài)采集、實時感知和在線監(jiān)測，打造數(shù)字孿生電網(wǎng)，加快推動電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級。用數(shù)字化手段創(chuàng)新設(shè)備管理，服務(wù)新型電力系統(tǒng)建設(shè)。

4 結(jié)語

面對新能源電源為主的新型電力系統(tǒng)建設(shè)深入推進以及電力市場化改革，電網(wǎng)企業(yè)設(shè)備管理部門應(yīng)該主動適應(yīng)形勢，充分使用新的技術(shù)手段實現(xiàn)設(shè)備管理變革。以差異化檢修實現(xiàn)電網(wǎng)輸電量最大化，全業(yè)務(wù)數(shù)字化班組為落腳點實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備風險管理，設(shè)備管理機制變革提高電網(wǎng)應(yīng)急管理響應(yīng)速度，面向新型電力系統(tǒng)建設(shè)開展設(shè)備管理創(chuàng)新，充分提高設(shè)備管理的市場敏感度，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備管理工作水平的提高。