水電站智能化改造方案研究

王建平

摘要：水電站作為電網重要構成部分，按照國家建設智能電網的要求，水電站智能化發展是必然的趨勢，也是建設智能電網的現實需求。目前，國家電網為積極探索建設智能電網的路徑，在發電、輸電以及變電等多個環節都進行了大量的研究以及試點工作，制定了關于智能發電站的相關技術標準，關于智能化水電站的建設基本形成了共識。本文簡要闡述智能化水電站的特點，分析水電站智能化改造的基本原則，并具體研究水電站智能化改造方案。

關鍵詞：智能化;改造方案;水電站;基本原則;特點

根據我國“十二五”規劃的要求，要加快推進智能電網的建設，水電站作為電網的關鍵構成，建設智能化水電站不僅可以提升水電站各方面的性能以及運行管理水平，同時也能提升電網與發電站的協調能力。目前，隨著我國電力體制改革的不斷深化，電力行業市場化、管控一體化、自動化，同時業務流程也進行了重組，這些變化要求發電企業必須要由計劃生產向市場化生產過度，因此，信息化、智能化發展成為了發電企業實現突破的必由之路。目前，關于智能水電站尚未有明確的定義，但是也基本形成了統一的認知，即智能化水電站硬件由智能化一次設備和數字化二次設備組成，以 IEC61850標準為軟件通信協議，搭建覆蓋水電站各個環節的信息平臺，進而實現設備間的信息共享以及智能化操作。

1.水電站智能化改造的基本原則

智能水電站智能化改造的基本原則：（1）主控層和過程層需要獨立組網，其中主控層選擇 100M以太網，通過光纖與各個交換機進行級聯;過程層選擇 100M以太網共享 GOOSE與 SMV信息。（2）測控裝置的開出信息、邏輯互鎖信息、斷路器及機組的 I/O信息和告警信息W及保護間的閉鎖、啟動信息通過 GOOSE網絡進行傳輸。（3）變壓器非電量保護選擇電纜直接跳閘的方式。（4）SMV以點對點的方式接入二次設備和測控裝置，同時接入 GOOSE網與 SMV網，二者選擇獨立組網。

水電站智能化改造網絡通信方面需要遵循以下幾方面原則：（1）單元層和過程層的合并單元通信協議選擇 IEC61850-9-2;（2）主控層和單元層通信協議選擇 IEC61850-8-1;（3）單元層和過程層的智能終端通信協議選擇 GOOSE通信協議;（4）主控層選擇 SNTP網絡對時，過程層與單元層選擇 IEC61850網絡對時。

2.水電站智能化改造方案

水電站智能化改造可以顯著提升設備的可控性、可調性以及可靠性，昀大限度避免人為因素的影響，可以實現水電站的安全生產，關于水電站智能化改造，重點需要考慮以下幾點：

2.1過程層設計

智能水電站的突出優勢就在于可以實行數據的實時傳輸，同時可靠性也更高，為了實現這一目標，智能終端與合并單元布置方式以及配置方案需要注意以下幾點：（1）合并單元的采樣值應以點對點的方式進行傳輸，并且要通過網絡接口與過程層連接，選擇 IEC61850通信協議。（2）系統智能終端以點對點的方式接受系統各個二次設備、保護裝置傳輸的跳閘或者開出命令，并且通過網絡接口與過程層連接，以便為單元層的設備傳輸跳閘或者開出命令以及報警信息，同時也可以接收到測控裝置發出的指令。（3）智能終端與合并單元應按需配置，若采集的信息重要程度較高，應配置雙重化合并單元;具備雙跳閘線圈設備以及重要 I/O信息則需要配置雙重化智能終端[4]。（4）SMV和 GOOSE采用獨立組網;（5）機組智能終端、合并單元、開關站智能終端以及合并單元均采用就地安裝。

2.2單元層設計

采用 IEC61850標準建設的水電站，其主控層的網絡均采用開放協議，而各廠家產品對外通信也采用的是統一的通信協議，這樣單元層控制設備就可以直接與主控層連接，可以直接將信息傳輸至主控層，比如工作站、主計算機等。而傳統的方式則是通過二次設備統一進行采集數據，然后將信息統一上傳至主控層，智能化改造可以顯著降低二次設備數據采集量。就目前而言，水電站控制系統仍以 PLC控制為主，鑒于 PLC產品在水電站控制系統當中應用的時間較長，已經積累了一定的經驗，在加上目前尚未出現符合 IEC61850標準的相關產品，因此，在智能化改造中，仍需使用 PLC產品，主要是采集瓦溫、油位、水位、機組油溫、壓力以及流量等信息[5]。針對這種情況，在智能化改造中，可以采用 PLC+智能化裝置的方式對水電站控制系統進行改造，進而實現水電站的智能化運行。

2.3主變壓器改造方案

傳統水電站主變壓器主要采用的是非電量保護模式，在智能化改造中，主變壓器應當配置單套非電量保護以及雙套繼電保護設備，形成雙重保護，同時還是實現對主變壓器的測控。主變壓器的智能化改造要是其具備信息交互共享功能，提供啟動和閉鎖冷卻、調壓系統的接入點，具備非電量保護功能。

2.4開關站改造方案

開關站需要配置雙套合并單元，并且合并單元要實現與站內主接線、母線保護裝置、測控裝置、線路保護裝置、故障錄波以及計量裝置的點對點接入?？紤]到改造的便捷性以及成本費用問題，合并單元選擇現地布置。

2.5廠用電配置方案

選用常規的互感器，將輸出信號接入電度表以及測控保護裝置，額外不再配置過程層網絡。0.4kV系統聯絡、進線等采用支持 IEC61850協議的測控保護裝置，就地采集開關以及刀閘的位置信息并完成保護以及控制出口。6.3kV間隔單套配置裝置支持 IEC61850標準的保護測控一體化裝置，就地采集開關以及刀閘的位置信息并完成保護以及控制出口。

2.6微機保護改造方案

對傳統水電站當中原有保護設備進行更換升級，其中不支持 IEC61850標準的設備全部進行更換;支持 IEC64850標準但采用的是其他通信規約的設備進行改造升級。更換升級完成后將所有微機保護裝置接入監控平臺，進而搭建完善的故障信息分析、智能告警以及分析決策智能化系統。同時還要利用智能化調度系統實現與繼電保護主站的連接，從而是系統具備保護軟件板的遠程投退、定值區切換、遠程提取保護動作報告等功能。

2.7公用設備改造方案

針對水電站內的部分獨立運行系統，如空壓機、滲漏排水等，采用智能化 PLC進行控制，按照常規接線要求實現監控功能，將采集的信息直接傳輸到主控層即可。

2.8計量設備改造方案

若水電站智能化改造不涉及更換電壓、電流互感器，建議對現有的計量設備不做改動，保持原本狀態即可。若后續需要改造計量裝置，則參照IEC61850標準選擇計量設備，實現網絡方式或者點對點采集電壓、電流信息。

結語

綜上所述，水電作為一種清潔能源，目前在我國能源結構當中的地位越來越重要，為進一步提升水電站運行效益，進行智能化改造是必然的趨勢，對于提升水電站運營水平以及水電行業的發展具有重要意義。

參考文獻

[1]李崇智，翟光耀.對港二期電站水輪機增效擴容改造研究與實踐[J]. 中國農村水利水電，2018，428（06）：182-184.

[2]孫奧博，趙志鵬，于海東.淺談水電站智能化改造技術[J].工程技術（文摘版）·建筑，2014：00232-00232.

[3]羅賢章.分析小型水電站無人值班工作進行中的經驗及問題[J].經營管理者，2012（14）：379-379.

[4]聶守洋.基于水能復核的水庫式水電站技術改造裝機方案研究[J].河南科技，2018，651（17）：81-83.

[5]魏學鋒，孫茂軍，王宏程，等. 溪洛渡電站東電機組補氣閥技術改造方案研究[J]. 人民長江，2016，47（007）：106-108.