基于数字化技术的发电厂电气二次一体化方案

基于数字化技术的发电厂电气二次一体化方案

夏鉴辉

广东京建工程技术有限公司

摘要：目前，大部分的发电厂已经将电气二次一体化和数字化技术相融合，不仅可以达到节约电缆投资的目的，同时也可以大幅度提升电气二次设备自动化水平。本文主要根据所提出的数字化发电厂二次一体化方案，阐述方案的核心技术方案、内容以及目标。

关键词：数字化技术；电气二次系统；电气二次一体化

引言：电气二次系统由多个子系统组成，但是由于受到通信传输机制、内部数据建模差异影响，导致不同系统之间无法达到有效的信息共享。针对此类问题，需要借助数字化技术实行电气二次设备一体化方案，达到发电厂提质增效的目的，同时也可以加快其发展步伐。

一、基于数字化技术的二次一体化方案技术基础

目前，水电导则标准以及分布式能源信息模型标准的数字化技术、风电场监控系统通信标准等被应用在电力行业自动化全体领域；数字化改造电气二次系统一体化方案，也需要研发相应的数字化产品，为其方案的改造奠定良好的基础。通过采用统一的一体化标准，可有效融合数字化技术以及电气二次系统，优化改革发电厂电气二次装置在线监测、智能操作、数据通信等在内的电气保护一体化方案内容^[1]。

二、基于数字化技术的电气二次一体化方案的技术特征和目标

（一）技术特征

在二次一体化方案中，整合一体化设计及数字技术，赋予二次设备以下相关特征：运用先进的电子式互感器取代传统互感器，通过数字化的方式采集有效电量；数字化收集断路器、变压器等电气设备信息；增添性能诊断、状态监听功能，同时也能智能操控断路器等单体控制设备；实现监控装置、主变压器保护发电机等成套电气设备的数字化功能；采用分层式布置构造，稳定性能同时，规避信息隔绝问题，形成统一的数据信息管理系统；通信的快速便捷性，连接子系统以及电气设备，从而形成一体化系统。

（二）设计目标

基于数字化技术，设计电气二次系统一体化，其设计目标主要有以下几点：第一，融合系统中的相关专业，共享不同控制系统数据信息；第二，简化二次接线，优化电气装置；第三，为规避事故的发生需对电气设施自我检验机制、互相检验制度、事故报警制度进行调整和完善，减少维护次数，降低企业生产压力；第四，将不同专业的电气设施融为一体，通过创新以及磨合，赋予其新的功能，从而为发电厂的安全保驾护航^[2]。

发电厂二次一体化结构示意图

三、数字化电气二次一体化方案具体内容

（一）横向的多专业数据融合

融入数字化技术与发电厂电气二次一体化，不仅实现了不同电气设备之间的信息共享，同时也将监控机电保护等不同专业的电气设备进行有效整合，实现发电厂二次专业横向融合发展。其中横向多专业数据融合，指的是通过IEC6180标准，促使电气专业数据分别朝着过程层、间隔层、站控层方向进行横向融合。

1.过程层

在过程层中，主要运用电子式互感器实现信息的采集，通过IEC61850-9-2标准协议，实现数字信号的转换。同时借助IEC5004-8协议，采用点或组网方式将数字信号传输制电气保护、电能测量等相关电气设备。统一数据源，保障发电的稳定性，规避装备数量以及功率损耗所带来的限制影响，达到不同电气装置信息的合理分配以及交互、共享的目的^[3]。

除此之外，过程层中不同协议所产生的模拟采样信号、开关量信号等数字采样信号，最后会被汇总成一致的标准数字信号。GOOSEE以及SMV会通过以太网将信号传输至不同类型间隔层专业电气设备，这样不仅可以统一专业数据源，同时也能够节省电缆资源的投资费用，杜绝浪费。

2.间隔层

间隔层的主要作用是可以借助标准数据模型，间隔优化整合保护计量设备、状态监测等不同二次装置保护功能，合理的分配相关输入输出模块，统一整合所有数据模型。其中，将信息切换到高速性，需要根据配置的不同，通过不同的网络信号完成。通过间隔层不仅可以灵活配置信号，同时也可以大幅提升运行效率。 此外，间隔层的主要功能有以下几点：第一，在间隔层中可以实现信号的就地采集、传输以及关于保护的集中计算。信号采集主要使用的是采样模块差动保护，传输主要借助SMV标准；第二，母线电压互感器保护装置通过GOOSE网络，将动作信号发送至各装置出口，以此来判断低电压保护动作；第三，快切装置不仅可以接收来自常用电源位置的模拟量信号，同时也能够控制系统不同开关的开启和关闭状态，此做法不仅可以统一系统，同时也可以缩减传感器使用数量，节省电缆使用量；第四，优化系统功能，从而有效合并计量以及测量功能^[4]。

3.站控层

专业功能的融合、数据信息的综合共享是对二次一体化系统站控层进行数字化改造所产生的独特功能。借助现代大数据背景，在站控层中形成一整套电气二次系统，统一数据访问平台。该平台主要将相应的数据访问服务提供给不同的受控层级，从而实现画面监视、报警、统计、控制、查询等基础的电厂必备功能。除此之外，站控层可以对所搜集到的数据进行融合分析，挖掘数据潜在信息，从而以数据作为参数，对比不同厂家生产的电气设备性能，并根据性能分析提供最优化方案。

（二）纵向系统信息贯通

不断融合的专业横向数据，促使厂站端一体系统以及不同的管理系统之间实现了数据的流动、互通。基于数字化技术的二次一体化设计，统一不同系统的通讯标准，融合信息监控、电网调度等多系统信息，实现资源的充分利用，提升发电厂安全运行管理水平，从而降低运行成本。

目前，在实施二次一体化之后，电网调度系统不仅能够接收升压站的信息同时，也可以对电厂用电信息、火电厂回路信息等多种设备的信息进行接收和传输，方便调度部门透明化了解电气设备运行概况。

风机生产类型的不同，会造成监控系统和升压站监控系统匹配失败的现象。与此同时，受距离的影响还会阻碍统一调度风电场群现象。但是通过二次系统一体化方案的实施，将风电站和风电场群融为一体，通过统一的协议数据源、模型管理风电场、风机监控、分功率等功能，在统一功能服务和数据访问的帮助下，集中管理风电场群集控系统^[5]。

四、结论

综上所述，对我国电气二次一体化方案进行数字化改造，借助新的统一标准发展数字化理念发电生产过程，不仅能够满足运行安全性以及设计规范性，同时也能够统一的管理发电设施，突破现有的发电效率。

参考文献：

[1]朱溪，郑哲.基于数字化技术的发电厂电气二次一体化方案[J].电子技术与软件工程，2015（04）:30.

[2]王海.数字化技术应用的发电厂电气二次一体化设计探讨[J].中国科技博览，2015（48）:366.

[3]朱萍.基于数字化技术的发电厂电气二次一体化研究[J].中国新技术新产

品，2017(20): 80-81.

[4]严伟，王淑超，侯炜等.基于数字化技术.的发电厂电气二次一体化方案[J]. 电力系统自动化, 2012, 36(16): 93-97, 131.

[5]刘海洋，基于数字化技术的发电厂电气二.次一体化方案研究[J].中国高新技术企业, 2014(02): 124-125.

作者简介：夏鉴辉，1981年9月，汉族，籍贯；广东省佛山市，工程师，大专学历，主要从事发电厂一二次维修工作