基于自動化技術的水電廠電氣二次設備狀態檢修

云南滇能祿勸電磷開發有限公司 楊金華

在當今能源產業現代化轉型的關鍵時期，能源生產與經營單位應緊跟“3060雙碳目標”，深化對水力、風力、太陽能等清潔能源的利用，針對性的提升清潔能源的電力生產效率，不斷推進智慧電網的整體建設進程，全面貫徹可持續、循環性經濟發展戰略。

新形勢下，水電廠在電氣設備的運維管理過程中，應積極引進自動化、智能化控制技術，對繼電保護、絕緣設備、二次回路接線、互感器、通信通道、主控制系統等環節的運行狀態進行動態、全面的監測，基于狀態檢測的相關數據，科學制定檢修計劃，嚴格排查故障風險，為水電廠電力生產系統的穩定運維提供保障。

在智能化、智慧化電力生產與供應網絡廣泛建設的環境中，電氣系統的管理需要根據電力系統電源側、電網側的建設形式，合理運用大數據、云計算、物聯網技術，實現設備狀態的動態監測、自動控制、智能化管理目標。

現階段，水電站按照電力生產規模的不同，二次設備的裝設數量、類型存在較大的差異，在具體的設備管理工作中，需要維檢部門按照電網要求及水電廠對設備全生命周期管理和智能化檢修手段要求，對電氣二次設備檢修自動化技術進行不斷提升和完善，設定不同類型二次設備的自動檢測與檢修功能，并建立起標準化設備狀態報警診斷及評估體系，從根本上提升二次設備檢修管理與故障發現及處理的實效性。

1 電氣系統二次設備檢修管理的現狀與狀態檢修的應用優勢

1.1 電氣系統二次設備檢修管理的現狀

狀態檢修將電氣系統工況作為監督與控制的對象，自動辨別故障隱患，對異常位置進行判斷，并在故障數據的支持下智能評估故障等級，以確定檢修方案與檢修工期。自動化、智能化技術在電氣運行管理領域的深入應用，促進了當前電氣二次設備的創新性、多元化應用，設備拓撲結構呈現復雜化、多功能發展趨勢，傳統以人工檢修為主的設備管理模式已經無法完全滿足水電廠生產的要求。在自動化電網狀態監測系統中，電力監控系統能夠對一次、二次設備系統的運行狀態與業務數據進行監測控制(硬件與軟件同時監視)[1]，有效解決了原有檢修模式反饋不及時、計劃檢修方案不合理等方面的問題。

1.2 狀態檢修的應用優勢

狀態檢修相較于原有的計劃檢查、故障排查等檢修模式，具有高效、動態、準確、經濟等技術優勢，可以通過對設備運維狀態進行動態化、實時性的監測，及時排查故障異常問題。同時，還能夠準確監測設備各項技術參數變化、對電氣一、二次設備運行模式做出調整，確保電力系統運行的可靠性與穩定性。現階段，電氣二次設備的狀態監測與檢修技術應用的智能化、自動化水平不斷提升，基于智能電網搭設與運維的具體狀況，逐步引進了人工智能、數字保護、在線監測、大數據分析、云計算等現代技術，強化了水電站對電氣系統整體運維狀態的控制。

2 電氣二次設備管理中狀態檢修系統的構成與應用路徑

二次設備的構成與以此電氣設備存在一定的區別，采用狀態檢修對設備進行監測、控制、調整等操作時，需要根據設備結構、性能、運維特點，做好系統的搭建工作。

2.1 電氣二次設備狀態檢修的構成

現階段，隨著電力系統網絡化、智能化建設水平的不斷提高，水電廠電力生產的安全要求、效率管理也隨之提升，拓撲結構設置更復雜。狀態檢修的構成主要分為三部分：第一，電氣機組的二次運行裝置，包括通信交換機、連接線路、串口、傳感設備等，主要功能是收集設備運行過程中的各項數據，及時上傳到主控系統，屬于相互獨立的數據傳輸通道；第二，根據通信要求及實際生產情況搭建網絡系統，修改各項通信配置；第三，按照水電站的生產特點，設計主站系統、分布式控制系統，確保狀態管理系統可以利用軟件系統對其進行結構化和模塊化整合，合理增強系統的兼容、拓展能力，提高設備操作的靈活性、時效性。

2.2 電氣系統狀態檢修的技術應用路徑

2.2.1 數據采集與處理

基于自動化控制系統的狀態監測與檢修機制，可以全面、及時的采集二次設備的運行數據，為控制決策、維修管理提供幫助。數據的采集與整合作為狀態檢修的基礎功能，主要是通過搭設網絡化的監控系統，合理布設分機與終端設備，根據分機各節點的傳感裝置，獲取相關運行數據。對狀態數據的處理則是通過監控與操作界面，按照大數據分析的結果，下達相應的操作指令，對系統中各項運行數值進行計算、核對與校驗。

通過終端機能夠對設備的實際運行狀態進行查詢，對采樣值進行保護管理，比如：電流、電壓、相位角等方面[2]。并運用自動檢測與智能報警程序，反饋設備異常問題，為主控制系統的操作決策提供參考信息。與此同時，設備運行過程中，工作狀態的不斷變化會產生海量的數據信息，依靠傳統的信息分析與處理方法，往往無法保證各項信息數據的處理效率與準確性。

2.2.2 在故障排查與檢修方案制定環節的應用

電氣二次系統運維管理中狀態檢修還可以為故障排查與檢修方案制定提供相應的支持，包括設備故障的原因與位置確定、異常表現分析的診斷、歷史檢修數據收集、檢修方案可行性分析等功能。

一方面，可以對電氣設備的故障異常進行診斷。診斷的內容包括對報警信息的分析、對設備工作狀態的動態評價以及對故障異常的排查。其中，對報警信息的分析與評價是指借助大數據、云計算等智能電氣系統管理平臺的服務功能，根據傳感設備收集的信息分析，向主站反饋異常信息。設備工作狀態的監測與評價需要依照水電站的系統運行評價標準，對設備整體工作狀態與各項性能參數進行計算與評估，通過監控系統工程師站對二次設備裝置傳輸控制命令，進而對報警信息進行獲取和明確。而設備故障異常的排查主要是指以自動化檢測為主，輔助人工檢查，及時確定異常位置，采用針對性的處理策略，控制故障影響。

另一方面，狀態檢修為系統維護與檢測措施的制定提供支持。在自動化系統運維控制系統中，對各項歷史故障數據、檢修方案、設備信息、安裝技術等信息記錄較為全面，根據全面、客觀的數據資料，進行檢修措施的制定，可以有效縮短方案制定實踐，提升計劃檢修、狀態檢修的實效性與針對性。如，在二次回路保護、檢查與維修方案的制定過程中，可以將各項保護措施分類匯總，記錄到臨檢單中，借助生產管理系統傳遞到相關管理部門，經相關部門、班組層層反饋后，開展實際的檢修工作。

3 二次電氣設備的運維狀態檢修策略

3.1 斷路器與互感器的在線監測管理

在制定斷路器檢修方案時，應在自動化控制平臺上設置設備機電狀態保護、監測與檢修功能模塊，對斷路器裝設、運行的全過程進行動態監測，以確保跳合閘回路能夠根據平臺下達的指令進行有效操作，控制回路的分合速度。在斷路器設備管理過程中，為保證狀態監測反饋的及時性、控制操作的動態性，需要逐步完善配套的狀態評估機制，規范設備控制與操作流程。

二次電氣設備的互感器主要監測對象是二次電壓回路，分為單相、兩相與正常負荷下的三相回路監測，通過對監測數據中電力運轉各項參數、線路故障相關信息的分析，對電力回路運行過程進行監測。監測電力回路具有十分重要的作用，檢測原理為在不發生零序電壓的情況下，監測過程中發現了零序電流的存在，說明電流回路異常[3]。

3.2 二次回路的保護措施

互聯網、大數據、物聯網等現代技術的廣泛普及應用環境下，智能電網中各項運行設備的性能被逐步優化，隨之而來的電氣系統的構成、技術應用、檢修管理等工作難度大幅度提升。水電廠在基于自動化管理平臺，對設備狀態進行監測、檢修管理時，應合理運用智能識別、大數據分析、云計算等功能，做好二次回路的繼電保護工作。

二次電氣設備的二次回路設計與鋪設方案是根據水電廠水能利用形式、電力生產規模、經濟成本等條件制定的，對二次回路的運維狀態檢修包括信號回路、操作回路、邏輯系統等內容。不同的二次設備元件檢測與維修方法存在較大的差異，具體可以分為絕緣監測、保險熔斷、斷線監測等方式，為保證不同檢修、監測、養護與診斷等環節的工作實效性，在常規監測、故障異常診斷前，需要對相關數據進行具體分析，制定針對性的檢修對策，并及時對數據進行記錄，為后續維護及檢修提供可靠的參考。

3.3 二次設備的絕緣監視

二次回路的線路鋪設范圍廣，處于復雜的環境中，電纜的絕緣層在長期高負荷使用過程中，防護性能退化速度較快。在狀態監測環節，通過專業檢測裝置，結合電纜使用周期，對線路的絕緣性能進行評價，可有效檢測出性能不符合使用標準的電纜，并通過替換、維修處理，最大限度的排除故障隱患。

3.4 通信通道信號傳輸狀態監測

水電站中各項電氣設備對運行環境與維護管理的要求不同，為保證智能系統中直流屏、控制屏、智能電能表等設備的可靠、穩定運行，需要加強對通信通道信號傳輸網絡的狀態監測，保證自動化主站系統與分站能夠及時接收到遙測、遙控、故障報警等多方面的信號信息。具體的通信方式包括：簡單串行通信（如RS-232，RS-422，RS-485）、現場總線方式(CAN，longwords等)、以太網通信（電纜、光纖）[4]。

3.5 設備工況的在線監測

目前，二次電氣系統中，工況監測與檢修管理的內容包括對設備硬件、軟件程序資源分布情況的監測，通過工況監測可以及時反映計算機CPU的使用率、磁盤空間以及內存容量等。當計算機的使用率超出標準，在線監測系統就會向主控系統發出警報信息。在過去，對二次電氣系統的管理主要以保證其運維的可靠性為主，在自動化狀態監測系統中，不僅對設備運行的穩定性提出了更高的要求，同時需要從系統設計環節出發，優化各項維護資源的配置效率，確保二次設備能夠維持高效運行的狀態。

3.6 系統軟件的更新升級

為確保二次設備操控的靈活性與及時性，在智能電氣管理系統的建設與完善過程中，需要技術管理部門結合先進信息技術研究成果，及時對軟件程序進行更新升級，確保系統軟件的運行效率。一旦出現運行問題，需要及時由供應商進行維修。

3.7 故障診斷與檢修

當前，電氣運維系統的二次狀態檢修通常是采用計劃檢修與故障檢修結合的方式，根據狀態監測、定期監測的情況反饋，制定對應的檢修計劃，在故障發生的第一時間啟動應急方案。為保證電氣系統整體運維的安全性與可靠性，系統監管部門應根據水電廠設備狀態的動態監測參數，積極運用智能電網綜合管控平臺，優化檢修方案，制定針對性的故障排查與處理對策，最大限度的降低電氣設備的故障影響。

綜上，在水電廠電力網絡體系的建設與管理過程中，電氣系統二次設備的運維狀態受技術應用、管理要求、檢修技術、養護方式、使用周期等多方面因素的影響，容易出現故障風險，不僅會影響到設備運維的安全性與效率性，嚴重情況下還會導致安全事故的發生。為進一步提升電氣設備的整體運行質量，設備管理部門應結合自動化技術在電力生產領域的先進應用成果，做好二次回路、繼電保護、通信通道、絕緣監視等環節的狀態監測工作，通過開展電氣二次設備狀態檢修，全面提升水電廠電力生產與安全管理的整體水平。