基于自动化技术的水电厂电气二次设备状态检修

云南滇能禄劝电磷开发有限公司 杨金华

在当今能源产业现代化转型的关键时期，能源生产与经营单位应紧跟“3060双碳目标”，深化对水力、风力、太阳能等清洁能源的利用，针对性的提升清洁能源的电力生产效率，不断推进智慧电网的整体建设进程，全面贯彻可持续、循环性经济发展战略。

新形势下，水电厂在电气设备的运维管理过程中，应积极引进自动化、智能化控制技术，对继电保护、绝缘设备、二次回路接线、互感器、通信通道、主控制系统等环节的运行状态进行动态、全面的监测，基于状态检测的相关数据，科学制定检修计划，严格排查故障风险，为水电厂电力生产系统的稳定运维提供保障。

在智能化、智慧化电力生产与供应网络广泛建设的环境中，电气系统的管理需要根据电力系统电源侧、电网侧的建设形式，合理运用大数据、云计算、物联网技术，实现设备状态的动态监测、自动控制、智能化管理目标。

现阶段，水电站按照电力生产规模的不同，二次设备的装设数量、类型存在较大的差异，在具体的设备管理工作中，需要维检部门按照电网要求及水电厂对设备全生命周期管理和智能化检修手段要求，对电气二次设备检修自动化技术进行不断提升和完善，设定不同类型二次设备的自动检测与检修功能，并建立起标准化设备状态报警诊断及评估体系，从根本上提升二次设备检修管理与故障发现及处理的实效性。

1 电气系统二次设备检修管理的现状与状态检修的应用优势

1.1 电气系统二次设备检修管理的现状

状态检修将电气系统工况作为监督与控制的对象，自动辨别故障隐患，对异常位置进行判断，并在故障数据的支持下智能评估故障等级，以确定检修方案与检修工期。自动化、智能化技术在电气运行管理领域的深入应用，促进了当前电气二次设备的创新性、多元化应用，设备拓扑结构呈现复杂化、多功能发展趋势，传统以人工检修为主的设备管理模式已经无法完全满足水电厂生产的要求。在自动化电网状态监测系统中，电力监控系统能够对一次、二次设备系统的运行状态与业务数据进行监测控制(硬件与软件同时监视)[1]，有效解决了原有检修模式反馈不及时、计划检修方案不合理等方面的问题。

1.2 状态检修的应用优势

状态检修相较于原有的计划检查、故障排查等检修模式，具有高效、动态、准确、经济等技术优势，可以通过对设备运维状态进行动态化、实时性的监测，及时排查故障异常问题。同时，还能够准确监测设备各项技术参数变化、对电气一、二次设备运行模式做出调整，确保电力系统运行的可靠性与稳定性。现阶段，电气二次设备的状态监测与检修技术应用的智能化、自动化水平不断提升，基于智能电网搭设与运维的具体状况，逐步引进了人工智能、数字保护、在线监测、大数据分析、云计算等现代技术，强化了水电站对电气系统整体运维状态的控制。

2 电气二次设备管理中状态检修系统的构成与应用路径

二次设备的构成与以此电气设备存在一定的区别，采用状态检修对设备进行监测、控制、调整等操作时，需要根据设备结构、性能、运维特点，做好系统的搭建工作。

2.1 电气二次设备状态检修的构成

现阶段，随着电力系统网络化、智能化建设水平的不断提高，水电厂电力生产的安全要求、效率管理也随之提升，拓扑结构设置更复杂。状态检修的构成主要分为三部分：第一，电气机组的二次运行装置，包括通信交换机、连接线路、串口、传感设备等，主要功能是收集设备运行过程中的各项数据，及时上传到主控系统，属于相互独立的数据传输通道；第二，根据通信要求及实际生产情况搭建网络系统，修改各项通信配置；第三，按照水电站的生产特点，设计主站系统、分布式控制系统，确保状态管理系统可以利用软件系统对其进行结构化和模块化整合，合理增强系统的兼容、拓展能力，提高设备操作的灵活性、时效性。

2.2 电气系统状态检修的技术应用路径

2.2.1 数据采集与处理

基于自动化控制系统的状态监测与检修机制，可以全面、及时的采集二次设备的运行数据，为控制决策、维修管理提供帮助。数据的采集与整合作为状态检修的基础功能，主要是通过搭设网络化的监控系统，合理布设分机与终端设备，根据分机各节点的传感装置，获取相关运行数据。对状态数据的处理则是通过监控与操作界面，按照大数据分析的结果，下达相应的操作指令，对系统中各项运行数值进行计算、核对与校验。

通过终端机能够对设备的实际运行状态进行查询，对采样值进行保护管理，比如：电流、电压、相位角等方面[2]。并运用自动检测与智能报警程序，反馈设备异常问题，为主控制系统的操作决策提供参考信息。与此同时，设备运行过程中，工作状态的不断变化会产生海量的数据信息，依靠传统的信息分析与处理方法，往往无法保证各项信息数据的处理效率与准确性。

2.2.2 在故障排查与检修方案制定环节的应用

电气二次系统运维管理中状态检修还可以为故障排查与检修方案制定提供相应的支持，包括设备故障的原因与位置确定、异常表现分析的诊断、历史检修数据收集、检修方案可行性分析等功能。

一方面，可以对电气设备的故障异常进行诊断。诊断的内容包括对报警信息的分析、对设备工作状态的动态评价以及对故障异常的排查。其中，对报警信息的分析与评价是指借助大数据、云计算等智能电气系统管理平台的服务功能，根据传感设备收集的信息分析，向主站反馈异常信息。设备工作状态的监测与评价需要依照水电站的系统运行评价标准，对设备整体工作状态与各项性能参数进行计算与评估，通过监控系统工程师站对二次设备装置传输控制命令，进而对报警信息进行获取和明确。而设备故障异常的排查主要是指以自动化检测为主，辅助人工检查，及时确定异常位置，采用针对性的处理策略，控制故障影响。

另一方面，状态检修为系统维护与检测措施的制定提供支持。在自动化系统运维控制系统中，对各项历史故障数据、检修方案、设备信息、安装技术等信息记录较为全面，根据全面、客观的数据资料，进行检修措施的制定，可以有效缩短方案制定实践，提升计划检修、状态检修的实效性与针对性。如，在二次回路保护、检查与维修方案的制定过程中，可以将各项保护措施分类汇总，记录到临检单中，借助生产管理系统传递到相关管理部门，经相关部门、班组层层反馈后，开展实际的检修工作。

3 二次电气设备的运维状态检修策略

3.1 断路器与互感器的在线监测管理

在制定断路器检修方案时，应在自动化控制平台上设置设备机电状态保护、监测与检修功能模块，对断路器装设、运行的全过程进行动态监测，以确保跳合闸回路能够根据平台下达的指令进行有效操作，控制回路的分合速度。在断路器设备管理过程中，为保证状态监测反馈的及时性、控制操作的动态性，需要逐步完善配套的状态评估机制，规范设备控制与操作流程。

二次电气设备的互感器主要监测对象是二次电压回路，分为单相、两相与正常负荷下的三相回路监测，通过对监测数据中电力运转各项参数、线路故障相关信息的分析，对电力回路运行过程进行监测。监测电力回路具有十分重要的作用，检测原理为在不发生零序电压的情况下，监测过程中发现了零序电流的存在，说明电流回路异常[3]。

3.2 二次回路的保护措施

互联网、大数据、物联网等现代技术的广泛普及应用环境下，智能电网中各项运行设备的性能被逐步优化，随之而来的电气系统的构成、技术应用、检修管理等工作难度大幅度提升。水电厂在基于自动化管理平台，对设备状态进行监测、检修管理时，应合理运用智能识别、大数据分析、云计算等功能，做好二次回路的继电保护工作。

二次电气设备的二次回路设计与铺设方案是根据水电厂水能利用形式、电力生产规模、经济成本等条件制定的，对二次回路的运维状态检修包括信号回路、操作回路、逻辑系统等内容。不同的二次设备元件检测与维修方法存在较大的差异，具体可以分为绝缘监测、保险熔断、断线监测等方式，为保证不同检修、监测、养护与诊断等环节的工作实效性，在常规监测、故障异常诊断前，需要对相关数据进行具体分析，制定针对性的检修对策，并及时对数据进行记录，为后续维护及检修提供可靠的参考。

3.3 二次设备的绝缘监视

二次回路的线路铺设范围广，处于复杂的环境中，电缆的绝缘层在长期高负荷使用过程中，防护性能退化速度较快。在状态监测环节，通过专业检测装置，结合电缆使用周期，对线路的绝缘性能进行评价，可有效检测出性能不符合使用标准的电缆，并通过替换、维修处理，最大限度的排除故障隐患。

3.4 通信通道信号传输状态监测

水电站中各项电气设备对运行环境与维护管理的要求不同，为保证智能系统中直流屏、控制屏、智能电能表等设备的可靠、稳定运行，需要加强对通信通道信号传输网络的状态监测，保证自动化主站系统与分站能够及时接收到遥测、遥控、故障报警等多方面的信号信息。具体的通信方式包括：简单串行通信（如RS-232，RS-422，RS-485）、现场总线方式(CAN，longwords等)、以太网通信（电缆、光纤）[4]。

3.5 设备工况的在线监测

目前，二次电气系统中，工况监测与检修管理的内容包括对设备硬件、软件程序资源分布情况的监测，通过工况监测可以及时反映计算机CPU的使用率、磁盘空间以及内存容量等。当计算机的使用率超出标准，在线监测系统就会向主控系统发出警报信息。在过去，对二次电气系统的管理主要以保证其运维的可靠性为主，在自动化状态监测系统中，不仅对设备运行的稳定性提出了更高的要求，同时需要从系统设计环节出发，优化各项维护资源的配置效率，确保二次设备能够维持高效运行的状态。

3.6 系统软件的更新升级

为确保二次设备操控的灵活性与及时性，在智能电气管理系统的建设与完善过程中，需要技术管理部门结合先进信息技术研究成果，及时对软件程序进行更新升级，确保系统软件的运行效率。一旦出现运行问题，需要及时由供应商进行维修。

3.7 故障诊断与检修

当前，电气运维系统的二次状态检修通常是采用计划检修与故障检修结合的方式，根据状态监测、定期监测的情况反馈，制定对应的检修计划，在故障发生的第一时间启动应急方案。为保证电气系统整体运维的安全性与可靠性，系统监管部门应根据水电厂设备状态的动态监测参数，积极运用智能电网综合管控平台，优化检修方案，制定针对性的故障排查与处理对策，最大限度的降低电气设备的故障影响。

综上，在水电厂电力网络体系的建设与管理过程中，电气系统二次设备的运维状态受技术应用、管理要求、检修技术、养护方式、使用周期等多方面因素的影响，容易出现故障风险，不仅会影响到设备运维的安全性与效率性，严重情况下还会导致安全事故的发生。为进一步提升电气设备的整体运行质量，设备管理部门应结合自动化技术在电力生产领域的先进应用成果，做好二次回路、继电保护、通信通道、绝缘监视等环节的状态监测工作，通过开展电气二次设备状态检修，全面提升水电厂电力生产与安全管理的整体水平。