水電站電氣一次設備智能化技術研究

劉志欣 哈爾濱電機廠有限責任公司

一、前言

當前無論各行各業都普遍開始融入智能化技術手段，而所謂的智能化技術也就是將先進的計算機技術高度模擬人類行為的一種技術手段，這種智能化技術實現了將科學性和人類主觀能動性的有效結合。我們傳統的人工智能技術領域僅僅在文字、語言和圖像識別、仿生機器等領域進行了推廣，而到了今天，水電站領域也開始大量的推廣應用智能化技術，采用先進的計算機數字化信息技術、網絡技術來監測整個水電站的水輪機和其他設備的實時運行狀態，確保自動完成信息監控、采集和計量調節等功能。一般水電站的規模和機電設備的性能也決定了智能化水電站的智能化程度，國內也對該技術進行了深入的研究，相繼在一些大中型水電站投入智能化系統，為我國智能化電力系統的建設提供強有力的保障

二、智能化水電站的特點

（一）電氣一次設備智能化

水電站系統中最重要的組成系統當屬高壓一次設備，如果我們能在水電站系統中引入智能化技術，就可以利用傳感器實時監測關鍵設備的運行，然后通過微處理器監測和控制電氣一次設備的信號回路，進而實現整個過程的自動化監控，進而與電氣二次設備融合。這種技術的最大優勢就是極大程度地簡化了傳統監控系統的連接結構，實現了變壓器、斷路器和互感器等一次設備的一體化結構。

（二）電氣二次設備的信息共享化

一般水電站的電氣二次設備就包括了防誤閉鎖裝置、測量裝置、遠動裝置、同期操作裝置、繼電保護裝置、故障錄波裝置等。而隨著行業技術尤其是智能化技術的逐漸發展和引入，這些電氣二次裝備也逐漸向模塊化和標準化過渡，能方便有效的與智能水電站系統內的計算機之間建立高度通信連接，共享所有信息數據，將最大程度的縮減電氣二次設備中所需的I/O現場接口用量。

（三）運行管理系統實現自動化

水電站的建立和運行一旦實現融入智能化技術，就可以對電力生產的實時運行數據進行監測和自動處理，有效記錄水電站當前的運行狀態數據。一旦水電站運行過程中的任何環節出現了故障，整套運行管理系統能及時監測和查找故障地點和導致故障的原因，并出具詳細的故障分析報告，而且還能通過中央處理器快速制定解決故障措施。這套自動化程序有效保證了整個水電站系統的平穩運行，也極大程度地減少了檢修人員的工作量，降低了水電站運行成本。

三、智能化水電站的結構組成

我們在物理結構上一般將智能化水電站分為智能化一次設備和網絡信息共享化的二次設備，隨著智能化技術的深入應用，基本上所有的高壓一次設備都會采用一體化的結構設計，有些甚至能將部分二次設備的功能給融合進來。傳統的設備體積偏大、功能又比較單一，使得布局看起來凌亂無章，而智能化技術能讓一次設備逐漸向小型化、緊湊化和多功能化的方向發展，有利于施工人員的高效安裝。

而從邏輯結構上我們又將智能化水電站的整套系統按照層次分為過程層、間隔層和站控層。

過程層：作為一次設備和二次設備的結合面，過程層主要發揮的作用一是對水電站電力系統設備的運行和自身管理系統進行檢測，二是利用驅動執行來自站控層的指令。還有一個功能就是它配備了雙供電源，當中間層和站控層出現問題需要退出運行系統的時候，過程層能作為獨立個體來運行。

間隔層：如其字面含義一樣，它主要是起到連接作用，將過程層和站控層的通信連接并控制好相應的數據統計、計算和發布命令。這就要求間隔層必須具備全雙工通信能力，確保其通信信道的容量，才能高效完成過程層和站控層雙向通信功能。

站控層：它主要是針對過程層發揮功效，通過建立起的實時數據庫來協調管理過程層的工作，實時收集過程層傳輸來的數據信息然后將其自動保存到自身建立起的數據信息庫，再將有用信息傳至調控中心，操作員通過調控中心設置監控狀態和故障處理等工作，調控中心緊接著發出控制命令再傳輸給間隔層和過程層來執行命令。這就要求站控層具備水電站內人機交互功能，在線監測和維護間隔層和過程層的功能。當站控層發生故障時還需要向過程層發出信號，使其開始獨立運行，防止其他設備的監控中斷。

四、水電站電氣一次設備智能化策略

要讓整個水電站實現智能化，關鍵還是在于讓電氣一次設備實現全面智能化，而為了讓電氣一次設備實現全面智能化，就必須落實到各種組件和融合工作的智能化。所以我們一般定義下的智能組件就是由智能終端、合并單元和狀態監測三部分組成，它們三個實現了可靠性強、抗干擾能力強、使用壽命長和監測靈敏度高等優點。

智能終端：智能終端常常采用電纜或是光纜跟一次設備連接，這樣能有效接收來自斷路器、電壓傳感器等一次設備發出的位置狀態和信息。當一次設備發出故障信息后，智能終端能夠及時做出反應向電氣一次設備傳遞跳閘指令，以避免因為故障而對其他設備進一步的損害，同時再進一步對一次設備進行調整維修。這一套程序需要智能終端支持三相跳閘、指令連鎖、分項跳閘等GOOSE命令以及遙控分合命令，以達到對電氣一次設備的保護目的。

合并單元：合并集成電路芯片和各種互感器組成了合并單元，它所發揮的作用就是利用互感器來實時接收水電站整個電力系統的電流電壓瞬時值，通過分析和處理來保證所獲得的電流電壓值的有效性，再進一步轉送到測控裝置來監測和保護電力系統。此外合并單元還要保留足夠的數據輸出口，與其他智能組件建立通信通道，在必要的時候外接自動化裝置來進一步催化其他功能。

狀態監測：狀態監測裝置需要最基本的數據接收和發送功能，信息采集和處理功能以及控制發布指令的功能。它主要負責監測避雷器狀態、機構狀態和局部放電。在安裝時可以將狀態監測外置或內置在設備上。需要工作人員注意的是選擇傳感器時應該盡量選擇體積小、壽命長、靈敏度等都高于設備的傳感器。

五、結語

縱觀當前智能化技術的發展趨勢，我們不難判斷出未來電力行業會積極將智能化技術融入到水電站的建設工程中，尤其隨著相關技術的加強，水電站系統內各種組件都會越來越智能化，發揮的作用也越來越大，智能化程度也會越來越高。以現階段來看，在改造水電站融入智能化技術時，應該根據水電站實際情況來配備功能匹配的電氣一次設備，才能最大程度地減少信息傳輸錯誤率、故障發生率，有效提高經濟性、可靠性和安全性，改善當前勞動力投入大、生產率低的現狀，促使智能化技術在電力行業的應用前景越來越廣闊。