自動化技術在智能變電站中的應用分析

李海超

(蘭州倚能電力設計咨詢有限公司,甘肅蘭州 730000)

0 引言

就現階段而言,在西電東送工程建設取得重大進展,全國電力連接入網,能源需求和能源結構發生重大變化的背景下,我國對電力網絡系統的要求越來越高。西電東送和全國電力連接入網,要求我國電力網絡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,新能源的廣泛應用和工業建設的轉型升級等變化,都給電力系統帶來了越來越多的負荷,這就要求電力系統的能力和效率要隨著需求的提高而提高。此外,清潔能源的廣泛應用,在電力的供給側也產生了巨大的變化,電力網絡的建設必須要適應從傳統能源向新型清潔能源轉變的結構性變化。

就整個電力系統而言,變電站是連接整個電力網絡的樞紐節點,為了使整個電力系統適應新的需求,變電站的發展革新就成了其中的關鍵一環。自動化技術、計算機技術和網絡信息技術都在飛速發展,這些技術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變電站不同,它運用高度集成化的設備,運用先進的自動化、信息化技術,可以實現將一個區域內的變電站互相連接,信息互聯從而達到站域交互。就單個變電站而言,可以實現自動監測、數據收集、信息傳遞和一定程度上的數據處理能力。智能變電站因為具備這些傳統變電站所不具備的優勢和功能,因此,它可以大幅度提高變電站的運行效率,節約成本,提高變電站系統的安全性和可靠性。

自動化技術在智能變電站中有很多面的應用,其中,最主要的是實時響應設備的運用,信息采集傳輸技術、信息處理技術、變電站配套設施的自動化信息化技術。

1 設計與建設

應用自動化技術的智能變電站在建設過程就有別于傳統變電站。在總體框架的設計上,智能化變電站具備三層結構。一是間隔層,間隔層要實現數據的采集,同時,間隔層還應當具備一定程度的保護相關電力設備安全工作的作用。第二則是網絡層,網絡層起到的作用主要是數據信息的傳遞,其主要的特點就是傳輸速率高。最后是站控層,站控層負責控制整個變電站的運轉運作,間隔層和網絡層這兩層結構都是服務于站控層,并受站控層控制的。

在設備上,為了實現自動化和智能化,變電站必須采用傳統變電站所不具備的設備。在間隔層中,應當具備監控變電站運作狀態和采集這些數據的設備,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、服務器、監控設備和信息處理設備,網絡層的新設備則有交換機、光纜接口等[1]。

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

在施工過程中,智能變電站的建設也有別于傳統變電站。由于智能化變電站的高度集成化,以及許多新技術本身的特點,智能化變電站和很多自動化設備都是在工廠中預制的,很多結構和設備被整合成在一個功能模塊。現場的施工則是對這些功能模塊進行組裝,這就降低了現場施工的成本。除了變電站本身,其相關配套設施也可以運用自動化技術,比如對變電站的保護、對其周邊環境的監控、對危險信號的預警等。

2 自動化技術的優勢

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

在變電站的建設過程中,因為其模塊化的建設方式,工期相對于傳統變電站而言更短。雖然自動化技術的要求會使得變電站中增加新的設備,但是工廠的大規模生產可以降低設備的單位成本。也就是說,雖然自動化設備增加了成本,但是單位設備的成本下降了,再加上模塊化的建設會使得其他設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,建設自動化變電站和傳統變電站相比,實現了更多功能的同時,成本上也具有優勢。

從后期的運行維護看,自動化變電站的成本優勢更為明顯。自動化技術和信息技術使得變電站之間實現了站域互通,在運行過程中變電站從孤立走向了互聯,運行維護自然也向互聯方向發展。這樣一來,技術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,自動化技術可以替代傳統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備的定期維護。維護的時間間隔越短,設備運行越可靠,狀態越良好。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。自動化設備就很好地解決了這個問題,自動化變電站可以實現實時監控,可以將監控到的數據快速傳遞到站控層,幫助技術人員判斷變電站的狀態。依靠對于數據的分析和處理,很多情況下,系統可以自動地分析變電站當前狀態,直接輸出結果。如果變電站出現的故障是小微故障,自動化技術甚至可以通過對相關設備的調節,去修復這一故障。也就是說,自動化設備可以保障變電站本身始終處于最佳的運行狀態,一旦出現問題,就可以通過實時的信息傳遞技術,盡快對出現問題的結構部件進行維修或更換。

變電站的安全運行不單單是其自身,周邊環境對變電站的影響也是存在的。變電站一旦受到外力侵擾,導致結構遭到破壞,或者因為操作不當等其他因素導致不能正常工作,其功能和安全性都會受到嚴重的損害。自動化技術不止可以運用到變電站本身,還可以應用到周邊。自動監控,自動報警,一旦功能損壞,可以通過自動調節使損失降到最低。

從效率上看,自動化的智能變電站效率遠超傳統變電站。這主要是由于二者的結構差異和技術差距所導致的。傳統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一步提高。運用自動化技術后,這些工作都被自動化設備所替代了,其集成度高,響應時間快,結果輸出準確。這些優勢都是傳統變電站做不到的。此外,在操作維護的過程中,很多需要技術人員現場作業的工作,都可以實現遠程操作了。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勢,但是自動化變電站的工作環境也和傳統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運行了一定的時間,也有不少相關的工作制度和條例,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。

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

還有交接班制度,傳統變電站所需要的數據和狀態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,過去要交接什么內容,應當重點核對檢查哪些內容,在自動化的背景下又應當交接什么內容,重點關注哪些內容。工作內容的變化也應當在制度中體現出來。

技術驗證是保障自動化變電站安全可靠運行的重要內容。新技術、新設備的應用是自動化變電站的核心,但是這些新技術和新設備并不一定是絕對安全和可靠的。對于很多新技術和新設備,應當充分驗證其可靠性,不能盲目使用,也不能完全信任。技術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。對于新技術而言,首先要在理論上是安全的,被大家廣泛的討論和質疑之后才能將其應用到實踐中去。而且,投入運行之前,一定要經過實驗證明,在實驗室環境工作良好的情況下,再將這一技術運用到智能變電站中。經過長時間、復雜工況的實踐檢驗之后,才能證明這種新的技術在安全性上比較完善的。

建立完善的自然環境變化應對體系,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,因此對于自然環境變化的應對應當因地制宜,結合當地的實際情況。以我國東部季風區為例,溫帶季風氣候導致我國的降水主要集中在六到八月份,每年的具體時間又有變化,經常出現大規模集中降水,甚至引發洪澇災害。對于變電站而言,做好對這些災害的預防是至關重要的。就準備措施而言,應當在大規模降水來臨之前,檢測相關防汛措施,檢測變電站運行狀況。并且要準備數套具備可行性的預案應對不同程度的降水。如果洪澇災害嚴重,如何在保障變電站安全的同時維護正常的電力供應,若電力供應不得不中斷又該如何盡快恢復。這些問題在應對災害前,都應當充分考慮到。

還要加強對相關技術人員的培訓,自動化變電站應用時間還不是特別長,很多變電站處于傳統向智能過渡的階段。工作人員的工作環境和任務在短期內發生了較大的變化,雖然工作量和難度都在一定程度上因為自動化技術的應用得以降低,但是工作環境的改變還是會產生不適應、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,甚至會產生操作上的失誤,工作中的疏漏,從而造成一些安全上的隱患。

在應用自動化技術之前,就要對工作人員進行充分的培訓,讓工作人員提前熟悉工作環境,明確工作任務。在自動化技術應用之后,還應當對以前的工作人員進行一定程度指導培訓,確保工作人員在理論和實踐上都能熟悉現代化自動化的工作環境。

自動化變電站是我國未來變電站發展的主流方向,自動化智能變電站設備符合現階段我國電力網絡建設的形勢。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點,自動化智能變電站的效率關乎我國電力系統的效率,智能變電站的可靠性和安全性關乎我國電力系統的安全性和可靠性。自動化技術的應用對我國未來電力發展而言是至關重要的,但是應用自動化技術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,并且要因地制宜地制定防災制度,做好防災準備。只有這樣,自動化技術的應用才能更好地服務于我國電力系統的發展,更好地服務于其他各項事業的發展[3]。