基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化方案

謝德球

摘 要 隨著我國經濟不斷發展和社會的不斷進步，電力行業也在不斷進行改革和發展，其中數字化技術在電力行業中的廣泛應用，不僅很大程度上提高電力企業自動化水平，提升工作效率，還大幅節約投資成本，為企業的可持續發展提供保障。為了進一步提升發電系統管理和電氣二次管理水平，需要各電力企業根據實際情況，盡快完成在數字化技術影響下的發電廠電氣二次一體化建設。本文通過簡要闡述基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化的技術基礎和主要優勢，并結合其核心內容，提出相應方案，以期對各發電企業在數字化技術影響下電氣二次一體化的推進提供參考依據。

【關鍵詞】數字化技術 發電廠電氣二次一體化 方案

近年來，我國發電廠電氣二次系統在保障電網及發電企業安全、優質、經濟運作以及提高調度管理信息化水平等方面發揮著至關重要的作用，已經成為電力電網運行控制、調度生產智慧和現代化管理不可或缺的技術手段。電氣二次系統構成包含多個子系統，主要是在內部數據的構建、信號傳輸等方面運用這些子系統，造成其具有較強差異性的特點，所以在對電氣二次系統管控方面需要進行特殊化處理和注意，而合理應用數字化技術進行發電廠電氣二次一體化可以有效解決這一問題。因此，展開對基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化方案的探討具有一定的必要性。

1 基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化的技術基礎

1.1 發電廠電氣二次系統結構

電氣二次系統是系統構成主要包含多個子系統一種新型系統，具體詳細結構如圖1所示。

1.2 發電廠電氣二次一體化方案設計的基礎性技術

電氣二次系統是一種建立在特定設計標準上的新式方案，我國大部分電力企業已經將數字化技術引入發電廠的管理和建設工作中去，并取得了一定的成效和進步。目前，IEC相關標準已經沿用到電力系統自動化進程中，并明確指出在建模指導、監控水電站等方面的相關要求和標準。就目前發電廠電氣二次系統一體化大多數是以IEC 61850標準為基礎，逐步實現了多方面功能的有效整合，比如在線監測、繼電保護和智能操控等，與此同時嚴格按照數字化標準實現數字化整合，在真正意義上實現數字化發電廠電氣二次一體化。

2 基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化方案的核心內容及優勢

據調查結果表明，我國大多數發電廠已經引入數字化技術，對基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化的核心內容進行具體分析，其主要技術核心在于橫向專業數據的整合，需要監測系統、計算系統等更多的科學技術融入其中。因此，優化整合過程主要就基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化進行，最后確保設備性能和系統的正常運作。

2.1 發變組保護方面

在發變組保護方面，建議將發電機、主變壓器保護集成在一個裝置中。目前成熟的廠家品牌較多，有南瑞繼保公司、國電南自廠、四方保護公司等廠家。建議選擇采用南自廠生產的DGT801U系列裝置，它是DGT801系列裝置得升級換代產品，硬件上使用先進的雙核CPU和大規模FPGA技術，軟件上采用可靠的高性能實時操作系統，在確保和原有DGT801系列裝置保護功能兼容的基礎上，提升保護性能。另外，它采用特有的雙電源CPU處理技術，結構先進，性能優良，調試和維護人性化，運行可靠安全。

2.2 勵磁系統方面

在勵磁系統方面，知名廠商有：國電南瑞電控分公司、廣州擎天實業有限公司。本方案建議采用廣州擎天實業有限公司 EXC9000型靜態勵磁系統，其的主要特點是功能軟件化、系統數字化。數字化不僅體現在調節器，也體現在功率柜和滅磁柜。勵磁系統的各部分均實現智能檢測、智能顯示、智能控制、信息智能傳輸和智能測試，極大提高了裝置的可靠性和工藝水平。其中增加了DSP數字信號處理技術、可控硅整流橋智能均流技術、低殘壓快速起勵等技術，現場總線技術也被利用于勵磁系統的各部分進行控制和信息交換使勵磁裝置成為一個有機完整的整體。

2.3 電氣調速方面

在電氣調速方面，針對徑流式貫流式機組，建議采用北京中水科的數字開關閥+邏輯插裝閥結構的調速器系統，全容錯直接數字控制的微機調速器，其結構原理突破了經典調速器百年的框框，在國際首次提出并實現了由數字閥和邏輯插裝控制閥為核心的，全新的全容錯直接數字控制的水輪機調速器機械液壓系統。由邏輯插裝閥組件實現主配壓閥的功能，無需“中間裝置”，而作為先導級的控制元件則由高速開關閥閥組實現，在可靠性、速動性、可控性、維護性、靈活多變的集成化等方面具有突破性進展，石先樂全數字化調速器，徹底解決了長期困擾貫流式機組水電廠的調速器拒動、發卡、漏油等問題，具有顯著的節能、降耗、增壽、環保等特點。

2.4 計算機監控系統方面

在計算機系統方面，為便于實施全廠的遠方控制和監視，建議采用SD8000E計算機監控系統作為電廠計算機監控系統，該系統采用開放分層分布式系統結構，可分為控制層、生產信息查詢層和接入層。采用符合國際開放系統標準的開放式環境下全分布計算機監控系統，保證系統選用不同計算機時的互操作性、系統擴展性和設備更新時的可移植性。既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護已有的資源和投資。分布式數據庫及軟件模塊化、結構化設計，使系統能適應功能的增加和規模的擴充，并能自診斷。實時性好、抗干擾能力強。人機接口界面友好，操作方便。集控中心設置一套計算機監控系統，考慮到計算機及其網絡技術發展迅速，計算機軟、硬件更新換代周期很短，對于計算機監控系統的總體方案設計、網絡結構、相應的功能及系統配置該系統按“無人值班”（少人值守）的原則進行設計和配置，通過開放、模塊化的結構設計，實現對水電廠生產過程的監視、數據采集、控制和調節。計算機監控系統應嚴格執行國家經貿委[2002]第30號令《電網和電廠計算機監控系統及調度數據網絡安全防護規定》、[2004]電監會5號令《電力二次系統安全防護規定》及電監安全[2006]34號文“關于印發《電力二次系統安全防護總體方案》等安全防護方案的通知”的要求，進行安全防護。

3 基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化方案內容

基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化方案需要從縱向需求貫通以及橫向專業融合這兩個方面進行考慮。

3.1 縱向需求貫通

新型的電氣二次一體化應用了全新的數字化信息技術，將全水電廠中各部門信息數據進行匯總，比傳統結構的過程層提供的數據更為豐富。例如，將水電廠的電氣管理體系、微機監督控制體系數據進行有效整合，擴大方案一次設施擁有數據總量，為設備狀態監測，故障的處理提供了依據。總調度人員收到水電站電量消耗信息、機組運行信息，及時掌握了不同發電設施的工作狀態，通過數據分享實現了協調和融合，提升安全發電能力。保證全站的可靠運行。具體如圖2所示。

3.2 橫向專業融合

在IEC標準下，通過二次系統一體化的架構在間隔層采集到數據，將其轉化為符合標準協議數字信號，傳輸到裝置不同的專業設備，對保護、穩控、準同期、快切、測控、計量、設備狀態監測等二次裝置進行優化整合，這些信號配置方法簡單明了，提高施工效率。另外，在站控層，可將綜合日常數據進行記錄保存，分析大量數據，在必要時提供畫面監視，事故報警記錄及制作報表統計等功能，有利于計劃安排日常運行。此外，更齊全的信息有利于優化SIS優化軟件實施，分析不同廠商設備，降低設備成本，優化系統運行，改善發電廠經濟效益，降低成本。

4 結束語

總而言之，隨著我國數字信息化技術的不斷完善和應用，各個行業都在積極引進數字化技術。基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化是保障發電站的穩定運行和可持續發展的堅實基礎，通過調整整個電氣二次系統的分布，達到提高系統效率、解決投入成本，最終達到提高發電廠經濟效益和市場競爭力的目的。但需要引起注意的是，要結合各電廠的實際情況，合理進行基于數字化技術的發電廠電氣二次一體化方案的制定，并將其落實到實處，才能真正發揮其優勢。

參考文獻

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作者單位

福建閩興水電有限公司 福建省南平市 353000