智能化水电站技术应用

国网甘肃省电力公司刘家峡水电厂 崇育斌 王小星

1 智能化水电站改造技术应用

1.1 一次设备智能化技术运用改造

1.1.1 整体改造技术运用

水电站是我国水力发电的重要领域，是强化电力供应的重要形式，目前水电站通常分为巨大、大型、中型以及小型几种，具体等级分配是按照容量确认。在实现水电站智能化优化的过程中，须针对不同的结构开展升级，借助智能化技术的使用，提高系统运行的质量和效率。本文研究的水电站结构见表1，在技术改造过程中为解决智能效果不足问题，采用结构优化方案全方位增强智能效果。

表1 水电站结构示意

通常情况下，在水电站日常运行的过程中，技术人员需要按照以下公式完成处理以及水能计算：N=9.81ηQ电H净（kW），其中：Q电是指流量，单位为m³/s；H净是指水头，单位为m；η是指水电站发电机的效率系数。而在智能技术运用下，此项数据计算可借助大数据等技术完成高效运算，减少技术人员人工数据处理的难度以及工作量。

为有效提高水电站运行效率，智能化优化的过程中需要针对多个系统完成可视化、智能化升级。在智能化改造升级过程中，本案例借助计算机设备完成智能化水电站系统搭设，以此形成智能监测体系，全方位地监测水电站运行数据与信息，帮助技术人员判断系统运行状态，并完成信息数据以及控制指令的传达[1]。

本案例设计和应用的智能化水电站监测系统，具备自动监测、自动识别、自动分析功能。站内每个技术人员均下载手机App，之后便可以借助系统软件完成视频监控。在水电站运行期间，技术人员借助多种传感器以及智能终端的运用帮助工作人员随时随地掌握水电站的运行状况。在水电站运营调控期间，技术人员借助手机终端与外部智能传感器相关联，之后接收信息并下达管控指令，这便是本案例智能化水电站技术应用的主要方案构想。

此外，本项目改造应用自适应优化调度模型，将其作为强化水电站运行经济效益的重要形式。在智能化技术运用中，水电站根据现场任务状况以及约束条件的设置完成算法计算，并结合最终的数据状况开展自动化适应调整，为后续的智能化决策奠定基础，保障水电站经济效益。在系统运行的过程中，技术人员借助智能化系统完成模型参数的设定之后通过系统形成调度方案。

本项目的主变改造是指，对原有系统中能够继续运用的主变系统借助外置传感器，以及智能设备的安装实现智能化升级。一般来讲，此过程需要增设IED监测装置以及智能化终端等零件。在本项目改造的过程中，技术人员将以上零件装置配置在智能化组件区域，之后运用智能单元强化系统运行。水电站运行期间，信息数据可直接上传至GOOSE网络中，之后借助网络监测系统传递至控制层的MMS网络。在信息数据传递的过程中状态监测传感器会结合数据状况完成参量配置。

与此同时，智能设备运用下，通信过程主要是运用光纤与以太网开展，而非电量保护则是按照DL/T500完成信号监测，以此强化水电站智能化水准。在改造内容上，主要针对套管等完成监测，借助传感器等展开在线继电器压力检测以及油质分析等内容[2]。

1.1.2 升压站断路器、隔离开关技术运用

传统的水电站内部含有大量的开关装置设备，虽然使用寿命较长但是若是不能够实现智能化改造，则也会制约水电站的长远建设。本案例在智能化水电站建设中，设计方案包括两种形式，即“智能化设备+GOOSE网络”与“GIS装置+GOOSE网络”。其中，前者是指通过就地增设智能终端的形式，完成GOOSE光纤网络运行。与此同时，在智能化装置运用下，闭锁告警功能可实时掌握湿度、温度等信息，以此满足自动化管控。GIS模式的运用则是指在原有结构上增设智能设备以及智能传感器，以此实现系统可视化管控。本案例涉及的智能组件涵盖智能管控设备以及合并单元等，其中前者与GIS智能管控柜相连接，后者则是可以单独设置，以此接收数据，并完成加工分析，确保其符合标准。

1.1.3 一次设备状态监测智能化系统运用

一次设备属于系统重要结构，在智能化技术运用的过程中，主要是为了确保数据信息能够满足智能化采集。本案例建设使用的智能设备包括IED装置，该装置可以在互联网技术的运用下，实现智能化数据收集以及分析处理，实时分析油中气的成分以及油位等数据参数，并在光纤的使用下完成IED系统信息互通，为技术人员掌握设备运行参数创造良好的条件。

1.1.4 主变压器智能技术优化

本改造项目水电站内部的每一台变压器装置内部均设有非电量保护装置，可实现系统的自动保护。此功能主要借助智能单元实现，智能单元内部包含完整的智能交互信息程序，可随时为技术人员提供数据信息，并结合实际完成非电量保护。与此同时，本系统借助GOOSE网络完成非电量保护跳闸操作，以此强化系统智能化管控的整体水平。总而言之，项目改造完成之后，水电站的智能管控水平进一步提升，可满足数据广泛收集、分析、处理、传递的需求，为水电站长远发展奠定基础。

1.2 微机保护智能化技术运用

1.2.1 设备智能化

传统水电站中，主要是运用LCU以及PLC智能设备完成数据采集与传递，而本项目基于智能化升级背景完成改造，则可以实现多区域的智能管控。这是因为在互联网技术运用下，不同的厂家均使用统一的开放协议内容，因此单元层设备装置可直接将信息传递至主控层的设备中，以此降低传统LCU装置数据收集的难度和压力。在原有装置机组中，PLC种类运用形式较多，可满足水位、压力监测系统装置启停控制需求，因此在后续智能化过程中，可在其基础上加大智能装置运用，例如新型传感器等，在实现系统运用目标的同时减少此过程的能源损耗。

1.2.2 开关站220kV系统过程层智能化改造

为有效强化系统保护水准，技术人员对220kV的系统过程层完成智能化优化。一般来讲，220kV为常规互感器，内部设有合并单元，线路高抗性能较好。在智能优化过程中，技术人员对线路保护设备以及测量装置、滤波装置等开展了交流采样工作，并运用现场布置等形式，开展合并单元优化。在实际工作中，技术人员在220kV断路器中增设了跳闸线圈，因此断路器设备内部还可以直接与智能终端完成连接，以此强化智能跳闸。其中，智能终端的安装主要是就地处理，在接口设计方面包括点对点以及智能化GOOSE两种形式，在装置安装的过程中满足母线保护等实际需要。

1.2.3 调速系统智能化技术运用

调速系统主要是在主控层与过程层之间，按照DL/T860标准完成模型搭建，之后技术人员通过机组连接完成通信。在本案例中，工作人员主要使用电压电流冗余型水轮机调节器，其内部含有两套控制器，可直接与压油智能化接口以及其他A/B液接口相关联，实现系统运行自动化监测需要[3]。

1.2.4 励磁系统智能化技术应用

励磁系统是在主控层与过程层之间，要求在智能化的过程中必须满足网络系统设计标准。因此，在智能化设计中运用冗余型调节器装置，将其与过程层的智能断路器相连接，以此管控温度以及反馈量等数据信息。在调节器运行的过程中，智能接口与GOOSE相连接直接完成信息数据的接收，帮助技术人员掌握发电机等运行状况。

与此同时，智能化励磁系统运行具备自我判断等功能，可系统化地监测某一时期系统状态，并针对性地完成启动操作。为确保监控系统能够实时完成数据收集，调节器在使用的过程中还会借助网络信号将信息传递至智能控制单元中的设备，之后同时接收上级控制指令，进而强化系统智能管控。结合目前情况来看，本案例中的智能化励磁系统在运用的过程中，可借助智能终端强化机组启动管控以及无功调节，帮助各单元层完成信息数据的互通。

1.2.5 故障录波智能化改造

结合现阶段的IES61850水电站管控标准，要求应将录波设备安装在单元层中，以此实现机组运行交直流电压量、电流数据等信息的监管。一般来讲，智能化技术运用中可使用装置触电智能监测等形式完成数据分析，且故障录波系统通常是以直接接入的形式完成处理。从整体来看，本案例中水电站设备运行的交流电压量，被运用在记录中性点电压中；开关量则是记录继电保护设备的跳闸触点以及其他装置的触点。

2 水电站通信系统智能化改造技术应用

2.1 主控层智能化

主控层网络是指主机设备与IED之间的以太网形式。在本案例中，以太网运用ACSI以及SCSM技术形式处理原有水电站运行过程中稳定性与网络技术运用之间的问题。在传统水电站运行过程中，一旦对SCSM技术加以优化，则必须同时优化ACSI才能够满足使用需求，而本项目智能化改造建设使用MMS协议，其支持的通信网络种类较多，可同时满足以太网以及TCP/IP等运用需求，因此主控层使用更加具备灵活性。

2.2 过程层智能化

过程层网络是指单元层与过程层之间实现数据通信的以太网形式，内部通信种类较多，其中最为关键的便是SMN以及GOOSE网络形式，目前SNTP等网络形式也可以辅助系统完成信息数据传递。

相比于其他网络，过程层对数据信息传递的时效性标准要求更高，因此在智能化技术运用的过程中，技术人员开始大量使用SMV以及GOOSE网络。在技术运用下，信息数据传递的通信协议只运用了国际标准ISO中的4层，直接实现数据链路层的传递，降低了此过程中数据打包以及传递运输的时间成本，能够有效提升信息传递的时效性。

结合目前情况来看，网络结构主要包括总线、星形以及环形几种，其中后者冗余性较高，具备较强的安全性，然而在使用的过程中一旦出现故障，或者连线终端便需要重新生成RSTP协议并进行信息修复，此过程时间成本较高，难以满足延时在4ms以内的标准要求，因此在后续智能化技术运用的过程中，应该升级结构内容，运用双星型冗余结构应对以上问题。

在本案例中，为保障数据传递的精准度，使数据传递信息能够满足配置需求，技术人员在开展过程控制层智能化的过程中按照以下要求开展：合并单元运用点对点的方式完成采样值确认，之后按照标准要求提供通信协议；智能重点设备运用点对点的方式接受LCU设备的开关跳闸指令要求，并提供光纤接口，使其能够与过程层网络相关联，为后续提供I/O信息奠定基础；合并单元应单独处理，需结合采样信息完成单元设置，若是重要I/O信息则要设有双重化的智能设备终端。在设备安装的过程中，应确保冗余设备的独立性。从安装的角度来看，智能优化的过程中合并单元以及终端设备就地处理，开关站的终端设备也是直接安装[4]。

综上所述，传统水电站在运行的过程中经常会受到外在因素的影响出现诸多不足，而在智能化改造的背景下，则可强化电能质量，优化输电的稳定与安全，为水电站创元可持续建设奠定基础。在具体工作中，要求技术人员须针对一次设备，以及微机系统装置开展智能化优化与升级，并借助互联网开展主控层与过程层智能完善，以此确保水电站建设能够满足智能化时代发展需要，为社会进步与经济发展提供能源支持。