試析智能變電站在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用

河北張宣高科科技有限公司設(shè)備能源部 白璟琳

1 引言

變電站可以為鋼鐵企業(yè)提供電力供應(yīng)，對(duì)于工業(yè)企業(yè)的各項(xiàng)工作的進(jìn)行具有關(guān)鍵性作用，因此要加強(qiáng)變電站建設(shè)。傳統(tǒng)的變電站發(fā)展模式，通常以二次系統(tǒng)進(jìn)行劃分，其發(fā)展過(guò)程較為漫長(zhǎng)，主要有電磁式及數(shù)字式變電站，具有一次設(shè)備和二次設(shè)備。在電磁式發(fā)展階段，通常以獨(dú)立執(zhí)行原件與二次設(shè)備進(jìn)行有效結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的遙測(cè)和遙信作用[1]。隨著變電站逐步發(fā)展，出現(xiàn)了微機(jī)式繼電保護(hù)裝置，由此變電站進(jìn)一步轉(zhuǎn)向數(shù)字化發(fā)展，通過(guò)傳統(tǒng)的電磁式互感器進(jìn)行相關(guān)工作，使保護(hù)系統(tǒng)裝置由電磁式轉(zhuǎn)為微機(jī)式，提升了變電站的自動(dòng)化水平，使其更具數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于信息集成方面仍存在不完善缺陷，而新型的智能變電站裝備對(duì)于兩次設(shè)備均進(jìn)行升級(jí)，達(dá)到了將信息的統(tǒng)一管理，完善相關(guān)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了完全的數(shù)字化發(fā)展，使變電站建設(shè)更加智能化。

2 智能變電站概述

2.1 智能變電站簡(jiǎn)介

智能變電站作為智能化先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)數(shù)字化通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化以及信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，其應(yīng)用具有先進(jìn)性和可靠性，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集并加強(qiáng)測(cè)控保護(hù)和監(jiān)測(cè)等，同時(shí)還能根據(jù)相關(guān)需求，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行智能控制和調(diào)節(jié)，對(duì)相關(guān)決策進(jìn)行分析，提升協(xié)同互動(dòng)性，根據(jù)目前發(fā)展現(xiàn)狀，智能變電站通過(guò)利用電磁式互感器等對(duì)智能化設(shè)備進(jìn)行分層構(gòu)建，加強(qiáng)資源共享和數(shù)據(jù)處理功能。在鋼鐵工業(yè)運(yùn)行過(guò)程中，其相關(guān)工序較多，一級(jí)負(fù)荷占據(jù)主要地位。相關(guān)調(diào)查顯示，一般利用1～2個(gè)總降變電站以及相對(duì)數(shù)量的區(qū)域變電站供鋼鐵工業(yè)使用，由于這些變電站的分布較為廣泛，其不存在集中性，利用傳統(tǒng)的變電站對(duì)于其進(jìn)行管理，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備傳輸及網(wǎng)絡(luò)通信方面存在缺陷，不能夠加強(qiáng)對(duì)各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析和整理[2]。在對(duì)各站點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一管理方面存在問(wèn)題。而相比于智能變電站，通過(guò)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信，使各站的通信達(dá)到統(tǒng)一，加強(qiáng)對(duì)各個(gè)站點(diǎn)信息的共享，從而使分散的各站信息統(tǒng)一傳輸?shù)街悄茏冸娬?，并?duì)其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，再向后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，利用后臺(tái)系統(tǒng)的高級(jí)軟件，收集和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)其中的電網(wǎng)潮流進(jìn)行統(tǒng)一整理，為電網(wǎng)的管理提供便利，從而為電網(wǎng)的管理提供重要的智能化設(shè)備。

2.2 智能變電站的優(yōu)勢(shì)

第一，在便利性方面，使用光電數(shù)字信號(hào)和光纖，改變了傳統(tǒng)的模擬信號(hào)方式和電纜的控制，減少了二次接線手續(xù)，從而為整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)提供便利，進(jìn)一步減少檢修和維修的工作量，降低相關(guān)成本的同時(shí)，提高了智能變電站設(shè)備的便捷性和信息收集速度。第二，在高效性方面，通過(guò)構(gòu)建高效性的通信網(wǎng)絡(luò)，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行，為系統(tǒng)的進(jìn)一步操作，提供重要的基礎(chǔ)設(shè)施，還可以對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線檢測(cè)，并診斷其數(shù)據(jù)類(lèi)型，通過(guò)實(shí)際情況以及記錄，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)并及時(shí)引發(fā)自動(dòng)報(bào)警裝置，提醒相關(guān)工作人員的操作，從而在運(yùn)行方面提高管理效率。第三，在傳輸數(shù)據(jù)的可靠性方面，利用電子式互感器，不僅能夠減少在各設(shè)備之間的接線，還能大大提高電氣測(cè)量的準(zhǔn)確性，將其與光纖傳輸系統(tǒng)進(jìn)行相互配合，為設(shè)備增強(qiáng)其電磁兼容特性。第四，在經(jīng)濟(jì)性方面，通過(guò)電氣接線以及二次接線，減少對(duì)于相關(guān)系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)，在提升便利性和可靠性的同時(shí)，加強(qiáng)了各個(gè)設(shè)備之間的信息共享，由于其源端維護(hù)的高級(jí)應(yīng)用功能，可以在不使用人力到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的方式，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的缺陷進(jìn)行完善，從而降低了人力成本，利用智能變電站減少了占地面積的使用，在變電站的建設(shè)和維修工作過(guò)程中，進(jìn)一步降低成本[3]。

3 智能變電站發(fā)展現(xiàn)狀

智能變電站的優(yōu)勢(shì)明顯，我國(guó)對(duì)智能變電站進(jìn)行重點(diǎn)規(guī)劃，自2011年便進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，近年來(lái)，對(duì)于智能變電站的應(yīng)用仍持續(xù)增多，其智能化率有望持續(xù)走高。鋼鐵企業(yè)對(duì)于變電站系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)重視程度有待提升，大多數(shù)則運(yùn)用傳統(tǒng)變電站進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，對(duì)于鋼鐵企業(yè)，其對(duì)供電質(zhì)量要求較高，并且在較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中，如果相關(guān)維修人員在系統(tǒng)的維護(hù)不佳、專(zhuān)業(yè)水平較低，則會(huì)導(dǎo)致企業(yè)在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生供電問(wèn)題，從而為企業(yè)的運(yùn)行帶來(lái)一定阻礙，企業(yè)不注重加強(qiáng)變電站智能化發(fā)展，在管理過(guò)程中仍采用分散式管理，不僅增加了相關(guān)成本，還不利于相關(guān)管理工作的順利進(jìn)行，使數(shù)據(jù)的傳輸失去可靠性保證，不能做到對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)傳輸和分析，并根據(jù)相關(guān)記錄、故障預(yù)測(cè)和相關(guān)處理，導(dǎo)致出現(xiàn)某系統(tǒng)故障而出現(xiàn)的供電故障問(wèn)題，對(duì)鋼鐵企業(yè)需要持續(xù)進(jìn)行供電，發(fā)生故障后則會(huì)給企業(yè)造成重大損失。通過(guò)加強(qiáng)智能化變電站的推廣，其在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用過(guò)程中，提升電力運(yùn)行的安全性，為維修工作提供便利，還在一定程度上減少人力成本和設(shè)備成本，為企業(yè)效益提供重要幫助，還能夠加強(qiáng)各個(gè)設(shè)備之間的相互配合，為與上級(jí)供電部門(mén)進(jìn)行信息交互提供重要保障。

4 智能變電站系統(tǒng)架構(gòu)及其應(yīng)用

4.1 智能變電站系統(tǒng)架構(gòu)

智能變電站的建設(shè)過(guò)程中一般采用“三層兩網(wǎng)”的結(jié)構(gòu)，將變電站系統(tǒng)分為三層，最底層為過(guò)程層，中間層為間隔層和位于最上層的站控層。位于過(guò)程層和間隔層之間的為過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，位于間隔層和站控層之間的為站控層網(wǎng)絡(luò)。智能變電站的“三層兩網(wǎng)”體系中各層之間通信采用光纖組網(wǎng)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜連接方式，傳輸數(shù)據(jù)量更大，傳輸速率更高，如圖1所示。

圖1 “三層兩網(wǎng)”的結(jié)構(gòu)

4.1.1 過(guò)程層

由于傳統(tǒng)的一次設(shè)備相對(duì)于智能化設(shè)備的可靠性較高，因此在過(guò)程中，主要通過(guò)利用傳統(tǒng)電磁式互感器，提升信息采集的可靠性，加入智能終端對(duì)其進(jìn)行相關(guān)采集，通過(guò)智能終端對(duì)其中的開(kāi)關(guān)量進(jìn)行收集，控制分、閘信號(hào)的執(zhí)行，在過(guò)程層的運(yùn)行中，采集一次設(shè)備的開(kāi)關(guān)量，并將其轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，下一層即間隔層進(jìn)行傳輸，并接收相關(guān)控制信號(hào)。

4.1.2 間隔層

間隔層以常規(guī)變電站作為其系統(tǒng)裝備，利用綜保、測(cè)控、穩(wěn)控、交換機(jī)等設(shè)備建立相關(guān)通信系統(tǒng)，在此層次裝備有 IEC 61850.以及GOOSE 網(wǎng)口，利用其加強(qiáng)與過(guò)程層之間的通信，配備太網(wǎng)口，與下一層的戰(zhàn)控層進(jìn)行通信，為了進(jìn)一步減少電纜裝備，需要在此過(guò)程中，建設(shè)光傳輸通信設(shè)施，從而節(jié)省相關(guān)成本，同時(shí)間隔層還能夠通過(guò)設(shè)備加強(qiáng)站控層網(wǎng)絡(luò)和站控層進(jìn)行相應(yīng)聯(lián)系。

4.1.3 站控層

該層次通過(guò)提升操作員站以及通信網(wǎng)關(guān)機(jī)等先進(jìn)化設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)本站的監(jiān)控。將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，實(shí)現(xiàn)資源共享。由中調(diào)、低調(diào)以及ERP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，發(fā)揮站控層的功能。

4.1.4 過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)加強(qiáng)對(duì)GOOSE網(wǎng)的積極利用，取消了合并單元的功能，加強(qiáng)過(guò)程層設(shè)備與兼容層設(shè)備之間的信息共享，在數(shù)據(jù)交互過(guò)程中，加強(qiáng)多設(shè)備以及智能終端之間的聯(lián)系，提升交互能力，其可靠性及供電性能對(duì)于鋼鐵的設(shè)備建設(shè)有著重要作用，因此為了進(jìn)一步提升供電安全，保證鋼廠設(shè)備的順利進(jìn)行，要對(duì)供電進(jìn)行可靠性分析，加強(qiáng)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式，采用直采直跳進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。將相關(guān)數(shù)據(jù)的直接傳送，并通過(guò)間隔層傳輸智能終端設(shè)備。使相關(guān)數(shù)據(jù)與智能終端直接連接，減少了與其他設(shè)備的聯(lián)系，提升了信息傳輸速率和準(zhǔn)確性，也避免了其他設(shè)備發(fā)生故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸間隔或失敗問(wèn)題，該技術(shù)同樣運(yùn)用于電壓電流等電信號(hào)的傳輸過(guò)程，為了進(jìn)一步提升分、合閘和非電量信號(hào)的有效傳輸，需要用到GOOSE網(wǎng)絡(luò)，提升其可靠性和準(zhǔn)確性。

4.1.5 站控層網(wǎng)絡(luò)

站控層網(wǎng)絡(luò)通過(guò)其特有的總線型結(jié)構(gòu)，為站控層以及間隔層的相關(guān)數(shù)據(jù)，提供通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，利用雙網(wǎng)配置性能，保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

4.2 智能變電站系統(tǒng)應(yīng)用

4.2.1 分布式狀態(tài)估計(jì)

通過(guò)利用pmu數(shù)據(jù)對(duì)于變電站分布狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，建立三相量測(cè)模型，對(duì)于相關(guān)開(kāi)關(guān)進(jìn)行估計(jì)，將有效數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，并將變電站與調(diào)度中心分為兩級(jí)，對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，其功能是估計(jì)變電站狀態(tài)，并對(duì)其中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，除去垃圾信息，保留可靠性數(shù)據(jù)，從而為數(shù)據(jù)模型的可靠性提供重要幫助，還能夠?yàn)橥ㄐ旁O(shè)備減少負(fù)擔(dān)，減少了對(duì)各項(xiàng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)維護(hù)。

4.2.2 智能告警

根據(jù)其邏輯和推理模型，按照設(shè)備和設(shè)備組的方式進(jìn)行分類(lèi)，并將其中的信息通過(guò)過(guò)濾處理，進(jìn)行傳輸。實(shí)時(shí)分析變電站的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)和推理，對(duì)變電站的異常狀態(tài)進(jìn)行智能告警，自動(dòng)引發(fā)報(bào)警裝置，并將告警進(jìn)行記錄。

4.2.3 故障分析與決策

在電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)其中的故障進(jìn)行信息分析，并利用所預(yù)定的條件，對(duì)故障中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，并收集多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)分類(lèi)處理，最終將其進(jìn)行篩選，生成報(bào)告。根據(jù)其報(bào)告以及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)和分析，深入挖掘系統(tǒng)數(shù)據(jù)中的相關(guān)信息，利用數(shù)據(jù)報(bào)告進(jìn)行有效分析，該報(bào)告通過(guò)顯示錄播曲線、超鏈接以及HDR報(bào)告和故障報(bào)告等利用XSLT報(bào)告進(jìn)行顯示。

4.2.4 數(shù)據(jù)辨識(shí)

數(shù)據(jù)電池能夠?qū)τ陔娏繖z測(cè)和非電量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，用電器進(jìn)行分類(lèi)判斷數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，通過(guò)利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為參考基礎(chǔ)，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)設(shè)備的量測(cè)量和狀態(tài)量等合理性分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，以主站側(cè)狀態(tài)為基礎(chǔ)位，為站端分布式狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)提供相關(guān)的基礎(chǔ)功能。

4.2.5 遠(yuǎn)端維護(hù)

由于在當(dāng)場(chǎng)運(yùn)作過(guò)程中，其區(qū)域變電站較多，且分布廣泛在相關(guān)維修方面存在著較大阻礙，傳統(tǒng)的維修工作能夠達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修，而相對(duì)于智能變電站其具有源端維護(hù)功能，可以在不到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的情況下，對(duì)區(qū)域變電站進(jìn)行維修工作，根據(jù)實(shí)際情況輸入相關(guān)模型，并生成電場(chǎng)模型，建立變電站內(nèi)部模型然后對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)入，通過(guò)各設(shè)備之間的模型關(guān)聯(lián)等進(jìn)行狀態(tài)信息的傳輸，其次還要加強(qiáng)文件交換，利用調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，加強(qiáng)文件的交換，其內(nèi)容主要有SCD模型文件以及 CIM相關(guān)文件，最后形成相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖模加載。通過(guò)調(diào)度中心對(duì)于相關(guān)文件及圖庫(kù)進(jìn)行導(dǎo)入并分析后，加載相關(guān)信息，即可通過(guò)遠(yuǎn)程操作技術(shù)，對(duì)于區(qū)域內(nèi)的各站點(diǎn)進(jìn)行維修和控制工作，從而使電力系統(tǒng)達(dá)到統(tǒng)一化管理，進(jìn)一步為整體的管理水平提供重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

在鋼鐵企業(yè)的運(yùn)行過(guò)程中，其電力供應(yīng)是主要?jiǎng)恿?，為了?duì)電力的管理，提升相關(guān)技術(shù)水平，需要引入智能變電站，創(chuàng)新管理模式，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，認(rèn)識(shí)到智能變電站的重要性，對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)各個(gè)電氣設(shè)備之間的信息共享，更利于電氣設(shè)備的操作，通過(guò)其中的系統(tǒng)架構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用，構(gòu)建一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)，挖掘其高級(jí)應(yīng)用，加強(qiáng)智能高級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)辨識(shí)以及為遠(yuǎn)端維護(hù)工作提供重要支持，改變以往傳統(tǒng)的管理模式，打破其分散式的管理，提升管理的系統(tǒng)性和統(tǒng)一性，為管理工作提供重要的技術(shù)保障，促進(jìn)電力管理工作的進(jìn)一步發(fā)展，為鋼鐵行業(yè)的順利發(fā)展提供重要手段。