水电站智能化改造方案研究

王建平

摘要：水电站作为电网重要构成部分，按照国家建设智能电网的要求，水电站智能化发展是必然的趋势，也是建设智能电网的现实需求。目前，国家电网为积极探索建设智能电网的路径，在发电、输电以及变电等多个环节都进行了大量的研究以及试点工作，制定了关于智能发电站的相关技术标准，关于智能化水电站的建设基本形成了共识。本文简要阐述智能化水电站的特点，分析水电站智能化改造的基本原则，并具体研究水电站智能化改造方案。

关键词：智能化;改造方案;水电站;基本原则;特点

根据我国“十二五”规划的要求，要加快推进智能电网的建设，水电站作为电网的关键构成，建设智能化水电站不仅可以提升水电站各方面的性能以及运行管理水平，同时也能提升电网与发电站的协调能力。目前，随着我国电力体制改革的不断深化，电力行业市场化、管控一体化、自动化，同时业务流程也进行了重组，这些变化要求发电企业必须要由计划生产向市场化生产过度，因此，信息化、智能化发展成为了发电企业实现突破的必由之路。目前，关于智能水电站尚未有明确的定义，但是也基本形成了统一的认知，即智能化水电站硬件由智能化一次设备和数字化二次设备组成，以 IEC61850标准为软件通信协议，搭建覆盖水电站各个环节的信息平台，进而实现设备间的信息共享以及智能化操作。

1.水电站智能化改造的基本原则

智能水电站智能化改造的基本原则：（1）主控层和过程层需要独立组网，其中主控层选择 100M以太网，通过光纤与各个交换机进行级联;过程层选择 100M以太网共享 GOOSE与 SMV信息。（2）测控装置的开出信息、逻辑互锁信息、断路器及机组的 I/O信息和告警信息W及保护间的闭锁、启动信息通过 GOOSE网络进行传输。（3）变压器非电量保护选择电缆直接跳闸的方式。（4）SMV以点对点的方式接入二次设备和测控装置，同时接入 GOOSE网与 SMV网，二者选择独立组网。

水电站智能化改造网络通信方面需要遵循以下几方面原则：（1）单元层和过程层的合并单元通信协议选择 IEC61850-9-2;（2）主控层和单元层通信协议选择 IEC61850-8-1;（3）单元层和过程层的智能终端通信协议选择 GOOSE通信协议;（4）主控层选择 SNTP网络对时，过程层与单元层选择 IEC61850网络对时。

2.水电站智能化改造方案

水电站智能化改造可以显著提升设备的可控性、可调性以及可靠性，昀大限度避免人为因素的影响，可以实现水电站的安全生产，关于水电站智能化改造，重点需要考虑以下几点：

2.1过程层设计

智能水电站的突出优势就在于可以实行数据的实时传输，同时可靠性也更高，为了实现这一目标，智能终端与合并单元布置方式以及配置方案需要注意以下几点：（1）合并单元的采样值应以点对点的方式进行传输，并且要通过网络接口与过程层连接，选择 IEC61850通信协议。（2）系统智能终端以点对点的方式接受系统各个二次设备、保护装置传输的跳闸或者开出命令，并且通过网络接口与过程层连接，以便为单元层的设备传输跳闸或者开出命令以及报警信息，同时也可以接收到测控装置发出的指令。（3）智能终端与合并单元应按需配置，若采集的信息重要程度较高，应配置双重化合并单元;具备双跳闸线圈设备以及重要 I/O信息则需要配置双重化智能终端[4]。（4）SMV和 GOOSE采用独立组网;（5）机组智能终端、合并单元、开关站智能终端以及合并单元均采用就地安装。

2.2单元层设计

采用 IEC61850标准建设的水电站，其主控层的网络均采用开放协议，而各厂家产品对外通信也采用的是统一的通信协议，这样单元层控制设备就可以直接与主控层连接，可以直接将信息传输至主控层，比如工作站、主计算机等。而传统的方式则是通过二次设备统一进行采集数据，然后将信息统一上传至主控层，智能化改造可以显著降低二次设备数据采集量。就目前而言，水电站控制系统仍以 PLC控制为主，鉴于 PLC产品在水电站控制系统当中应用的时间较长，已经积累了一定的经验，在加上目前尚未出现符合 IEC61850标准的相关产品，因此，在智能化改造中，仍需使用 PLC产品，主要是采集瓦温、油位、水位、机组油温、压力以及流量等信息[5]。针对这种情况，在智能化改造中，可以采用 PLC+智能化装置的方式对水电站控制系统进行改造，进而实现水电站的智能化运行。

2.3主变压器改造方案

传统水电站主变压器主要采用的是非电量保护模式，在智能化改造中，主变压器应当配置单套非电量保护以及双套继电保护设备，形成双重保护，同时还是实现对主变压器的测控。主变压器的智能化改造要是其具备信息交互共享功能，提供启动和闭锁冷却、调压系统的接入点，具备非电量保护功能。

2.4开关站改造方案

开关站需要配置双套合并单元，并且合并单元要实现与站内主接线、母线保护装置、测控装置、线路保护装置、故障录波以及计量装置的点对点接入。考虑到改造的便捷性以及成本费用问题，合并单元选择现地布置。

2.5厂用电配置方案

选用常规的互感器，将输出信号接入电度表以及测控保护装置，额外不再配置过程层网络。0.4kV系统联络、进线等采用支持 IEC61850协议的测控保护装置，就地采集开关以及刀闸的位置信息并完成保护以及控制出口。6.3kV间隔单套配置装置支持 IEC61850标准的保护测控一体化装置，就地采集开关以及刀闸的位置信息并完成保护以及控制出口。

2.6微机保护改造方案

对传统水电站当中原有保护设备进行更换升级，其中不支持 IEC61850标准的设备全部进行更换;支持 IEC64850标准但采用的是其他通信规约的设备进行改造升级。更换升级完成后将所有微机保护装置接入监控平台，进而搭建完善的故障信息分析、智能告警以及分析决策智能化系统。同时还要利用智能化调度系统实现与继电保护主站的连接，从而是系统具备保护软件板的远程投退、定值区切换、远程提取保护动作报告等功能。

2.7公用设备改造方案

针对水电站内的部分独立运行系统，如空压机、渗漏排水等，采用智能化 PLC进行控制，按照常规接线要求实现监控功能，将采集的信息直接传输到主控层即可。

2.8计量设备改造方案

若水电站智能化改造不涉及更换电压、电流互感器，建议对现有的计量设备不做改动，保持原本状态即可。若后续需要改造计量装置，则参照IEC61850标准选择计量设备，实现网络方式或者点对点采集电压、电流信息。

结语

综上所述，水电作为一种清洁能源，目前在我国能源结构当中的地位越来越重要，为进一步提升水电站运行效益，进行智能化改造是必然的趋势，对于提升水电站运营水平以及水电行业的发展具有重要意义。

参考文献

[1]李崇智，翟光耀.对港二期电站水轮机增效扩容改造研究與实践[J]. 中国农村水利水电，2018，428（06）：182-184.

[2]孙奥博，赵志鹏，于海东.浅谈水电站智能化改造技术[J].工程技术（文摘版）·建筑，2014：00232-00232.

[3]罗贤章.分析小型水电站无人值班工作进行中的经验及问题[J].经营管理者，2012（14）：379-379.

[4]聂守洋.基于水能复核的水库式水电站技术改造装机方案研究[J].河南科技，2018，651（17）：81-83.

[5]魏学锋，孙茂军，王宏程，等. 溪洛渡电站东电机组补气阀技术改造方案研究[J]. 人民长江，2016，47（007）：106-108.