自动化技术在智能变电站中的应用分析

李海超

(兰州倚能电力设计咨询有限公司,甘肃兰州 730000)

0 引言

就现阶段而言,在西电东送工程建设取得重大进展,全国电力连接入网,能源需求和能源结构发生重大变化的背景下,我国对电力网络系统的要求越来越高。西电东送和全国电力连接入网,要求我国电力网络必须具备长距离输电的能力,人民群众对幸福生活的需求日益增长,所需要消耗的电力也随之增长,新能源的广泛应用和工业建设的转型升级等变化,都给电力系统带来了越来越多的负荷,这就要求电力系统的能力和效率要随着需求的提高而提高。此外,清洁能源的广泛应用,在电力的供给侧也产生了巨大的变化,电力网络的建设必须要适应从传统能源向新型清洁能源转变的结构性变化。

就整个电力系统而言,变电站是连接整个电力网络的枢纽节点,为了使整个电力系统适应新的需求,变电站的发展革新就成了其中的关键一环。自动化技术、计算机技术和网络信息技术都在飞速发展,这些技术都有运用到变电站中的可能性,并且可以极大提高变电站的综合能力。

智能化变电站和传统变电站不同,它运用高度集成化的设备,运用先进的自动化、信息化技术,可以实现将一个区域内的变电站互相连接,信息互联从而达到站域交互。就单个变电站而言,可以实现自动监测、数据收集、信息传递和一定程度上的数据处理能力。智能变电站因为具备这些传统变电站所不具备的优势和功能,因此,它可以大幅度提高变电站的运行效率,节约成本,提高变电站系统的安全性和可靠性。

自动化技术在智能变电站中有很多面的应用,其中,最主要的是实时响应设备的运用,信息采集传输技术、信息处理技术、变电站配套设施的自动化信息化技术。

1 设计与建设

应用自动化技术的智能变电站在建设过程就有别于传统变电站。在总体框架的设计上,智能化变电站具备三层结构。一是间隔层,间隔层要实现数据的采集,同时,间隔层还应当具备一定程度的保护相关电力设备安全工作的作用。第二则是网络层,网络层起到的作用主要是数据信息的传递,其主要的特点就是传输速率高。最后是站控层,站控层负责控制整个变电站的运转运作,间隔层和网络层这两层结构都是服务于站控层,并受站控层控制的。

在设备上,为了实现自动化和智能化,变电站必须采用传统变电站所不具备的设备。在间隔层中,应当具备监控变电站运作状态和采集这些数据的设备,电能采集装置,以及对于整个变电站和一些特定工况下的保护装置也是必不可少的。站控层包含变电站的控制、服务器、监控设备和信息处理设备,网络层的新设备则有交换机、光缆接口等[1]。

自动化和智能化的实现都要依靠计算机技术和信息技术,这些技术除了必要的硬件设备以外,设计合理、运行流畅的软件也是必不可少的。做好软件设计,对智能化变电站真正实现自动化而言是至关重要的。

在施工过程中,智能变电站的建设也有别于传统变电站。由于智能化变电站的高度集成化,以及许多新技术本身的特点,智能化变电站和很多自动化设备都是在工厂中预制的,很多结构和设备被整合成在一个功能模块。现场的施工则是对这些功能模块进行组装,这就降低了现场施工的成本。除了变电站本身,其相关配套设施也可以运用自动化技术,比如对变电站的保护、对其周边环境的监控、对危险信号的预警等。

2 自动化技术的优势

自动化技术应用于智能变电站有三个最主要的优势,成本优势、安全优势和效率优势。这些优势又在先期建设和后期运行的各个方面中都有所展现。因此,自动化技术的应用对变电站和整个电力系统而言,是一种全方位的提高。

在变电站的建设过程中,因为其模块化的建设方式,工期相对于传统变电站而言更短。虽然自动化技术的要求会使得变电站中增加新的设备,但是工厂的大规模生产可以降低设备的单位成本。也就是说,虽然自动化设备增加了成本,但是单位设备的成本下降了,再加上模块化的建设会使得其他设备的成本也有所下降,施工难度和施工时间也都可以降低。从总体上来看,建设自动化变电站和传统变电站相比,实现了更多功能的同时,成本上也具有优势。

从后期的运行维护看,自动化变电站的成本优势更为明显。自动化技术和信息技术使得变电站之间实现了站域互通,在运行过程中变电站从孤立走向了互联,运行维护自然也向互联方向发展。这样一来,技术人员可以控制的变电站就相对增加了,单位成本自然也就下降。在维护维修上,自动化技术可以替代传统变电站中很多工作人员的工作,单个变电站所需要的运行维护人员也就减少了,人员成本和设备成本自然也就降低。

从安全性上看,保障变电站安全运行最重要的因素是对设备的定期维护。维护的时间间隔越短,设备运行越可靠,状态越良好。但是这个间隔的期限越短,所需要的人力、物力也就越多,并且会有大量无效的检查。自动化设备就很好地解决了这个问题,自动化变电站可以实现实时监控,可以将监控到的数据快速传递到站控层,帮助技术人员判断变电站的状态。依靠对于数据的分析和处理,很多情况下,系统可以自动地分析变电站当前状态,直接输出结果。如果变电站出现的故障是小微故障,自动化技术甚至可以通过对相关设备的调节,去修复这一故障。也就是说,自动化设备可以保障变电站本身始终处于最佳的运行状态,一旦出现问题,就可以通过实时的信息传递技术,尽快对出现问题的结构部件进行维修或更换。

变电站的安全运行不单单是其自身,周边环境对变电站的影响也是存在的。变电站一旦受到外力侵扰,导致结构遭到破坏,或者因为操作不当等其他因素导致不能正常工作,其功能和安全性都会受到严重的损害。自动化技术不止可以运用到变电站本身,还可以应用到周边。自动监控,自动报警,一旦功能损坏,可以通过自动调节使损失降到最低。

从效率上看,自动化的智能变电站效率远超传统变电站。这主要是由于二者的结构差异和技术差距所导致的。传统变电站在信息的收集、整理、传递上做了大量的工作,从而使得效率难以进一步提高。运用自动化技术后,这些工作都被自动化设备所替代了,其集成度高,响应时间快,结果输出准确。这些优势都是传统变电站做不到的。此外,在操作维护的过程中,很多需要技术人员现场作业的工作,都可以实现远程操作了。在自动化的条件下,变电站的工作效率自然大幅度提高。

3 变电站的安全运行

自动化变电站虽然在诸多方面都具备极大的优势,但是自动化变电站的工作环境也和传统的变电站有很大不同。只有深入了解自动化变电站的运行机制,完善制度和技术才能保证自动化变电站的可靠运行[2]。

就制度上而言,虽然自动化变电站在我国已经运行了一定的时间,也有不少相关的工作制度和条例,但是这些制度一是不够完善,二是不能适应所用自动化变电站的工作需求。制度的完善是一个过程,需要在实践中探索才能逐步完善。其中,有些制度是为了保障安全,有些制度是为了提高效率,有些制度则在安全和效率上都能起到良好作用。

很多传统变电站工作环境下的制度已经不适用于自动化变电站了,比如变电站设备的定期检修维护。检修维护的工作已经由自动化设备替代了,其频率自然降低。但是与此同时,很多智能化设备的可靠性还没有经过时间的验证,因此有必要对这些设备进行更为细致的检查。也就是说,在整体工作量减小的同时,针对某些特殊结构和特殊设备的工作量反而是增大的。这一变化的需求就应当在制度中得以体现。

还有交接班制度,传统变电站所需要的数据和状态信息和自动化变电站是有所不同的,因此在交接班的过程中,过去要交接什么内容,应当重点核对检查哪些内容,在自动化的背景下又应当交接什么内容,重点关注哪些内容。工作内容的变化也应当在制度中体现出来。

技术验证是保障自动化变电站安全可靠运行的重要内容。新技术、新设备的应用是自动化变电站的核心,但是这些新技术和新设备并不一定是绝对安全和可靠的。对于很多新技术和新设备,应当充分验证其可靠性,不能盲目使用,也不能完全信任。技术验证要从两方面着手,一是理论和实验室验证,二是实践验证。对于新技术而言,首先要在理论上是安全的,被大家广泛的讨论和质疑之后才能将其应用到实践中去。而且,投入运行之前,一定要经过实验证明,在实验室环境工作良好的情况下,再将这一技术运用到智能变电站中。经过长时间、复杂工况的实践检验之后,才能证明这种新的技术在安全性上比较完善的。

建立完善的自然环境变化应对体系,其中包括雷击、暴雨、冰雹、降雪、洪水、沙尘等诸多方面。我国幅员辽阔,各地气候差异极大,因此对于自然环境变化的应对应当因地制宜,结合当地的实际情况。以我国东部季风区为例,温带季风气候导致我国的降水主要集中在六到八月份,每年的具体时间又有变化,经常出现大规模集中降水,甚至引发洪涝灾害。对于变电站而言,做好对这些灾害的预防是至关重要的。就准备措施而言,应当在大规模降水来临之前,检测相关防汛措施,检测变电站运行状况。并且要准备数套具备可行性的预案应对不同程度的降水。如果洪涝灾害严重,如何在保障变电站安全的同时维护正常的电力供应,若电力供应不得不中断又该如何尽快恢复。这些问题在应对灾害前,都应当充分考虑到。

还要加强对相关技术人员的培训,自动化变电站应用时间还不是特别长,很多变电站处于传统向智能过渡的阶段。工作人员的工作环境和任务在短期内发生了较大的变化,虽然工作量和难度都在一定程度上因为自动化技术的应用得以降低,但是工作环境的改变还是会产生不适应、不熟悉。工作人员自身对自动化变电站不熟悉,自然就不能保证自动化变电站的高效运转,甚至会产生操作上的失误,工作中的疏漏,从而造成一些安全上的隐患。

在应用自动化技术之前,就要对工作人员进行充分的培训,让工作人员提前熟悉工作环境,明确工作任务。在自动化技术应用之后,还应当对以前的工作人员进行一定程度指导培训,确保工作人员在理论和实践上都能熟悉现代化自动化的工作环境。

自动化变电站是我国未来变电站发展的主流方向,自动化智能变电站设备符合现阶段我国电力网络建设的形势。自动化智能变电站在我国电力保障和电力安全工作中都是极为重要的一个节点,自动化智能变电站的效率关乎我国电力系统的效率,智能变电站的可靠性和安全性关乎我国电力系统的安全性和可靠性。自动化技术的应用对我国未来电力发展而言是至关重要的,但是应用自动化技术就必须要考虑到变电站工作模式的变化。从安全性、效率和可靠性等多个方面制定完善可靠的制度,运用安全、高效的技术,并且要因地制宜地制定防灾制度,做好防灾准备。只有这样,自动化技术的应用才能更好地服务于我国电力系统的发展,更好地服务于其他各项事业的发展[3]。