新能源電站智能運(yùn)維技術(shù)研究

上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 劉 波

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力能源需求不斷增加，傳統(tǒng)的火力發(fā)電因環(huán)境污染較為嚴(yán)重，在電力行業(yè)中占比逐漸減少，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電模式得到了較快發(fā)展，新能源從補(bǔ)充能源向主流能源快速轉(zhuǎn)型，在建和已運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站遍布世界各地，已逐步形成了一定規(guī)模、體系相對(duì)完整的新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)。

新能源發(fā)電項(xiàng)目選址偏遠(yuǎn)、地理位置分散、不便于運(yùn)行維護(hù)，而且隨著行業(yè)的發(fā)展，陸上好的集中式電站資源已基本被利用殆盡，行業(yè)已開始向海上風(fēng)電、分散式、儲(chǔ)能等方向發(fā)展，運(yùn)維人才需求在不斷增長(zhǎng)，企業(yè)成本也在不斷增加，然而電價(jià)卻比原來(lái)有明顯下降。人才的短缺和電價(jià)的下跌給各運(yùn)營(yíng)單位帶來(lái)很大的壓力，同時(shí)有些電站已運(yùn)行多年，設(shè)備老舊、故障率偏高導(dǎo)致運(yùn)維成本也在逐漸增長(zhǎng)。為節(jié)約企業(yè)成本，提高運(yùn)維效率和設(shè)備利用率，傳統(tǒng)的運(yùn)行管理模式已無(wú)法滿足運(yùn)營(yíng)單位的需求，新的運(yùn)維模式勢(shì)在必行。智能運(yùn)維技術(shù)集合現(xiàn)代科技、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)于一體，近年來(lái)在新能源發(fā)電領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用并不斷升級(jí)完善。

1 電站的集中控制

1.1 集中控制的必要性

新能源電站一般建立在位置偏遠(yuǎn)的山區(qū)、戈壁、海上等人煙稀少地方，地理位置分散、分布區(qū)域廣，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件復(fù)雜，周圍環(huán)境相對(duì)惡劣。現(xiàn)有運(yùn)維模式較多的是駐廠維護(hù)，運(yùn)維人員的生活環(huán)境比較艱苦且人才需要較多。隨著項(xiàng)目的不斷增加人員需求也成比例上漲，人才短缺、經(jīng)濟(jì)成本增大等問題日益凸顯，且由于運(yùn)行條件復(fù)雜，運(yùn)行檢修人員不能及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，尤其是海上風(fēng)電，經(jīng)常因海況問題人員不能及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法及時(shí)檢修和維護(hù)，影響設(shè)備控制，控制不當(dāng)隨時(shí)可能造成系統(tǒng)癱瘓、部件損壞等安全隱患問題。實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是新能源行業(yè)亟需解決的問題，對(duì)新能源發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，建立統(tǒng)一的智能集中監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行、便于管理、降低成本的最佳解決方案。集控中心建設(shè)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各風(fēng)電場(chǎng)及光伏發(fā)電站的集中控制和優(yōu)化、提供完整的系統(tǒng)運(yùn)行信息、控制手段和分析決策，以保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行、減少人員投入、提高設(shè)備可利用率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，具備了與風(fēng)電場(chǎng)主控室監(jiān)控系統(tǒng)相同的功能[1]。

1.2 硬件配套

集中控制中心設(shè)備首先得滿足現(xiàn)代化的管理要求：滿足電網(wǎng)的生產(chǎn)管理要求?？墒惯\(yùn)行人員對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和控制，及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和異常情況，從而制定合理的檢修計(jì)劃和運(yùn)行方式，以保證電網(wǎng)的質(zhì)量和安全性，同時(shí)可提高設(shè)備的可利用率；滿足新能源發(fā)電技術(shù)進(jìn)步的要求。積累其運(yùn)行的水平、發(fā)電的狀態(tài)對(duì)設(shè)備影響及各項(xiàng)原始的數(shù)據(jù)，及時(shí)制定技改或升級(jí)計(jì)劃，為設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支撐；滿足新能源發(fā)電技術(shù)的安全生產(chǎn)管理要求。如發(fā)生安全生產(chǎn)問題，須確定引起事故發(fā)生的原因及其地點(diǎn)，從而及時(shí)快速的啟動(dòng)預(yù)案切除故障點(diǎn)，以減少事故的損失；滿足對(duì)于負(fù)荷預(yù)測(cè)的要求。合理的安排發(fā)電廠發(fā)電計(jì)劃，降低電能生產(chǎn)費(fèi)用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度。利用系統(tǒng)的電壓控制功能和綜合功能來(lái)改善整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功分布，從而提高電壓的質(zhì)量；滿足對(duì)于場(chǎng)站監(jiān)控的要求。根據(jù)場(chǎng)站設(shè)計(jì)合理安裝布局監(jiān)控設(shè)備，保證隨時(shí)可以監(jiān)視場(chǎng)站設(shè)備和設(shè)備周邊環(huán)境安全，及時(shí)掌握環(huán)境狀態(tài)，制定相應(yīng)措施，保護(hù)相關(guān)設(shè)備和人員的安全。

新能源場(chǎng)站在建設(shè)時(shí)需將每個(gè)設(shè)備都接入監(jiān)控系統(tǒng)，如風(fēng)電場(chǎng)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的齒輪箱、發(fā)電機(jī)等主要部件，光伏電站的每個(gè)匯流箱、組串等，這樣方便集控中心對(duì)每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛在隱患、及時(shí)處理，避免給設(shè)備造成不必要的安全隱患。新能源電站與集控中心之間通過(guò)光纖進(jìn)行通訊，這樣可提高傳輸速率，保證監(jiān)控的及時(shí)性和穩(wěn)定性，同時(shí)集控中心通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)升壓站、電站發(fā)電設(shè)備，廠區(qū)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)督、監(jiān)視，為運(yùn)行檢修人員提供可靠的環(huán)境信息，保證人員安全。

對(duì)于海上風(fēng)力發(fā)電廠，因運(yùn)行環(huán)境更加惡劣，且檢修人員需根據(jù)海況和天氣情況才能安排檢修工作，故集控中心建立海況預(yù)測(cè)和分析系統(tǒng)，及時(shí)掌握海況信息，合理布局設(shè)備檢修和維護(hù)人員，保證設(shè)備的可利用率和檢修工作效率以及檢修人員的人身安全，同時(shí)需與海上升壓站間建設(shè)備用衛(wèi)星通訊設(shè)施，防止光纖通訊設(shè)備異常時(shí)，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行必要的控制，如人員發(fā)生異常情況時(shí)也可及時(shí)向集控中心匯報(bào)，及時(shí)安排相關(guān)救援工作，具體通訊方式為：升壓站通過(guò)光纖通訊、視頻監(jiān)控分別與新能源電站發(fā)電設(shè)備和集控中心進(jìn)行雙向聯(lián)系，并通過(guò)衛(wèi)星通訊與集控中心雙向聯(lián)系。

1.3 智能化的應(yīng)用

集控中心除具備電力SCADA的數(shù)據(jù)采集、補(bǔ)采、數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)、事件告警、控制調(diào)節(jié)等功能外，針對(duì)發(fā)電設(shè)備眾多、電站分布廣、管理分散的特點(diǎn)，應(yīng)建立設(shè)備集控模型、分布式實(shí)時(shí)庫(kù)、圖模一體化、統(tǒng)一編碼等技術(shù)，從根本上解決電站遠(yuǎn)程集控中遇到的各種問題，既保證監(jiān)控的實(shí)時(shí)性，又實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中管理，實(shí)現(xiàn)電站無(wú)人值守、少人值班目標(biāo)。

建立發(fā)電領(lǐng)域三級(jí)（總部、區(qū)域、電站）生產(chǎn)運(yùn)維管理系統(tǒng)。以“互聯(lián)網(wǎng)+”理念深挖電站生產(chǎn)管理流程，通過(guò)智能化信息采集、大數(shù)據(jù)分析處理、云平臺(tái)技術(shù)，為發(fā)電企業(yè)量身打造最適合的運(yùn)營(yíng)分析、投資決策、生產(chǎn)管理平臺(tái)。系統(tǒng)可涵蓋數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行管理、運(yùn)營(yíng)管理、區(qū)域運(yùn)維、故障診斷、預(yù)警告警、數(shù)據(jù)分析、對(duì)標(biāo)分析、量化考核、設(shè)備管理、物資管理、運(yùn)行評(píng)價(jià)等全方位的功能，同時(shí)系統(tǒng)還可提供引入移動(dòng)運(yùn)維移動(dòng)管理的理念，通過(guò)便捷的移動(dòng)APP，實(shí)現(xiàn)真正的隨時(shí)隨地、全天候移動(dòng)運(yùn)維管理。

建立無(wú)人機(jī)智能巡檢診斷系統(tǒng)，基于可搭載熱紅外成像相機(jī)和可見光成像相機(jī)的無(wú)人機(jī)，采集發(fā)電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，針對(duì)電站幅員遼闊、地形起伏等特點(diǎn)，利用圖像處理技術(shù)和故障檢測(cè)技術(shù)及最新的圖像處理算法，結(jié)合攝影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)探測(cè)灰塵、污垢、裂痕、遮擋、發(fā)熱等異常情況，通報(bào)異常詳情及精確位置信息，使電站高效的、智能化的完成巡檢工作。

安全生產(chǎn)智能巡檢管理系統(tǒng)，為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員提供智能檢測(cè)、故障診斷、巡檢防誤、操作指導(dǎo)、應(yīng)急指揮、巡檢記錄、路徑導(dǎo)航、虛擬監(jiān)護(hù)和安全預(yù)警等功能，提高對(duì)新能源電站的感知能力、分析能力、行動(dòng)能力、處理能力和安全防護(hù)能力，打造出新能源發(fā)電行業(yè)的“特種兵”；為中控室和集控中心的管理人員提供遠(yuǎn)程監(jiān)督、巡檢管理、專家指導(dǎo)等功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)互動(dòng)、高度集成的一體化運(yùn)維巡檢，提高新能源電站運(yùn)行管理水平。

2 電站的集中管理

2.1 物資的集中管理

隨著技術(shù)的不斷更新，企業(yè)的不斷發(fā)展，場(chǎng)站設(shè)備也呈現(xiàn)出廠家和型號(hào)的多樣化，設(shè)備運(yùn)維檢修的備品備件成本也出現(xiàn)顯著提升，如采取現(xiàn)有的場(chǎng)站管理模式，需配備相應(yīng)的備品備件儲(chǔ)存設(shè)施，配套相應(yīng)的物資采購(gòu)和管理人員，成本較高。采取設(shè)備集中管理可以解決該問題：首先，通過(guò)培訓(xùn)、考核選擇專業(yè)的管理團(tuán)隊(duì)，采購(gòu)集中物資管理設(shè)施并完善相關(guān)制度；其次，采用統(tǒng)一的命名規(guī)則，對(duì)場(chǎng)站所有設(shè)備按電站類型、設(shè)備類型、物資名稱等進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，做到位置定點(diǎn)定位管理，便于采購(gòu)和信息追蹤。物資編碼型式具體為：電站類型-設(shè)備類型-物資名稱-物資編號(hào)-存放位置。其中電站類型即表明是風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站或其他發(fā)電站；設(shè)備類型即表明是一次設(shè)備、二次設(shè)備、發(fā)電設(shè)備還是其他設(shè)備等；物資名稱即說(shuō)明備件的具體名稱是啥，如繼電器、傳感器等；物資編號(hào)即根據(jù)物資的類型、名稱等按設(shè)計(jì)順序進(jìn)行的編號(hào)，便于統(tǒng)計(jì)和查找；存放位置是物資采購(gòu)入庫(kù)后，物資管理員根據(jù)分類對(duì)物資存放地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注的一種方式，便于物資的查找和統(tǒng)計(jì)。

按以上型式管理，同一類型備品備件可供多個(gè)場(chǎng)站使用，廢棄更換的備件也可采取集中處理，節(jié)約危廢處置成本，同時(shí)也節(jié)約了人員和設(shè)備設(shè)施維護(hù)方面相關(guān)的成本支出，利用智能二維碼技術(shù)通過(guò)集中管理、集中調(diào)配物資，不僅可以提高管理效率，同時(shí)也有利于公司根據(jù)備品備件的消耗情況對(duì)場(chǎng)站設(shè)備進(jìn)行評(píng)級(jí)和分析，制定具體整改計(jì)劃和維護(hù)保養(yǎng)方案，提高設(shè)備利用率，提升場(chǎng)站發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 人才的集中管理

提升電站設(shè)備的運(yùn)行水平，不僅僅依靠年檢的預(yù)防性試驗(yàn)、設(shè)備的消缺、清掃等來(lái)減少設(shè)備發(fā)生短路、接地、異常等故障的概率，同時(shí)也離不開現(xiàn)場(chǎng)值守人員的認(rèn)真監(jiān)控及數(shù)據(jù)的判斷分析。具體如下：定期現(xiàn)場(chǎng)了解設(shè)備的運(yùn)行工況，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際機(jī)械、電氣儀表指示、數(shù)據(jù)顯示等進(jìn)行分析、比較，提出疑問，對(duì)集控后臺(tái)數(shù)據(jù)顯示的準(zhǔn)確性做到心中有數(shù)，為故障分析提供依據(jù)；故障錄波及保護(hù)裝置是電氣設(shè)備發(fā)生異常、短路、接地等故障判斷的直接依據(jù)。因此運(yùn)行值班人員應(yīng)懂得各保護(hù)含義、類型、保護(hù)范圍等以及能否正確、熟練的查看保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)，并結(jié)合故障錄波的波形、幅值等進(jìn)行故障的綜合分析；運(yùn)行值班人員應(yīng)不定期翻閱后臺(tái)各報(bào)警項(xiàng)、光字牌、曲線等，查閱設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)各報(bào)警項(xiàng)、數(shù)據(jù)范圍做到心中有數(shù)，明確出現(xiàn)該報(bào)警項(xiàng)的原因、位置，同時(shí)值班人員應(yīng)懂得如何將電氣后臺(tái)的數(shù)據(jù)、報(bào)警與保護(hù)裝置報(bào)警、故障錄波曲線相結(jié)合進(jìn)行綜合分析，做出準(zhǔn)確判斷[2]。

作為集控中心的運(yùn)行人員，必須具備扎實(shí)的專業(yè)技能和強(qiáng)大的分析判斷能力，故需通過(guò)技能培訓(xùn)、考核等方式，選擇熟悉場(chǎng)站設(shè)備、運(yùn)行管理、檢修技能等全方面的專業(yè)人員負(fù)責(zé)集控中心的運(yùn)行工作，通過(guò)集控中心監(jiān)控所有場(chǎng)站的設(shè)備運(yùn)行情況，開展日常報(bào)表、結(jié)算、綜合管理等工作，這樣可為各場(chǎng)站省去相關(guān)人員的儲(chǔ)備，減少人員需求，從而節(jié)約運(yùn)維成本，提高工作效率。集控中心所有人員應(yīng)定崗定責(zé)，完善組織機(jī)構(gòu)和管理制度，建立專業(yè)化運(yùn)行隊(duì)伍，提高日常工作效率。

新能源電站設(shè)備的檢修管理，需有專業(yè)的人才來(lái)完成，因電站中的發(fā)電設(shè)備、變電設(shè)備運(yùn)行時(shí)都存在很大電流和電壓，操作不當(dāng)不光會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致電網(wǎng)沖擊以及人員傷亡，故可靠的人才隊(duì)伍是檢修、維護(hù)工作開展的必須。人才集中管理有利于人才的培養(yǎng)和教育：首先，根據(jù)公司項(xiàng)目設(shè)備廠家、型號(hào)進(jìn)行歸類，將檢修人才按照設(shè)備廠家和類型進(jìn)行分類，定期開展相關(guān)的培訓(xùn)、實(shí)踐活動(dòng)，長(zhǎng)期檢修相關(guān)廠家、型號(hào)的設(shè)備，可在工作中學(xué)習(xí)成長(zhǎng)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高檢修質(zhì)量和效率；同時(shí)公司定期對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行歸類分析、相互學(xué)習(xí)，從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，舉一反三、共同進(jìn)步，如此長(zhǎng)期開展，將會(huì)不斷培養(yǎng)出一批批專業(yè)人才，提高設(shè)備的可利用率。

綜上，本文針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站等新能源發(fā)電站分布分散、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、運(yùn)行成本高、檢修維護(hù)不方便等問題，通過(guò)集中控制和集中管理的智能運(yùn)維技術(shù)，減少了運(yùn)行、檢修人員數(shù)量需求，提高相關(guān)人員的技能，從而保證設(shè)備運(yùn)行、檢修質(zhì)量，提高設(shè)備可利用率，為企業(yè)節(jié)能增效。