楊　林福建閩東電力股份有限公司，福建寧德　352100

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福建風(fēng)電場遠程集中控制方案研究

楊林
福建閩東電力股份有限公司，福建寧德352100

摘要本文針對風(fēng)電場“無人值班”設(shè)計方案進行研究，創(chuàng)新性的提出了基于智能巡檢系統(tǒng)的風(fēng)電場“無人值班”設(shè)計方案，同時結(jié)合風(fēng)電場集控系統(tǒng)技術(shù)特點，對風(fēng)電場集控系統(tǒng)進行了經(jīng)濟效益分析。

關(guān)鍵詞風(fēng)電場；集中控制；智能巡檢；無人值班

福建風(fēng)電場規(guī)模較小，數(shù)量多，星羅棋布于沿海、內(nèi)陸山區(qū)。若風(fēng)電場按有人值班設(shè)計，需設(shè)置較多的運行維護人員和配套設(shè)施，同時也增加了電網(wǎng)調(diào)度的工作量，最終將限制福建風(fēng)電場的大規(guī)模開發(fā)建設(shè)。

風(fēng)電場集控系統(tǒng)將能有效解決上述問題。對風(fēng)電場集控系統(tǒng)方案經(jīng)濟效益分析的結(jié)果表明，風(fēng)電場集控系統(tǒng)將能有效的實現(xiàn)風(fēng)電公司的減員增效和緩解電網(wǎng)調(diào)度工作量的目的。

1　福建風(fēng)電場現(xiàn)狀

福建風(fēng)電場發(fā)展建設(shè)的特點：

1）主要分布在沿海、內(nèi)陸的山區(qū)：地理上分散、地形條件復(fù)雜、交通不便。

2）個體風(fēng)電場規(guī)模較?。阂呀L(fēng)電場中，大部分風(fēng)電場規(guī)模集中在20MW～50MW之間，個別風(fēng)電場甚至才達到10MW級別。

3）采用就地監(jiān)控方式，在每個風(fēng)電場的升壓站設(shè)置主控室及值班宿舍、食堂等配套設(shè)施，并配備相應(yīng)的運行維護人員。

福建省風(fēng)電場大部分分布于沿海、山地等偏遠地區(qū)，所處地形地勢較為復(fù)雜，交通不夠便利，電廠運行人員長時間值守在風(fēng)電場，工作與生活條件較為艱苦；福建省風(fēng)電場受制于福建省山多沿海的地形特點，每個風(fēng)電場裝機容量均較小，而沿海風(fēng)資源的條件又導(dǎo)致大量投產(chǎn)風(fēng)電場，大量的風(fēng)電場需要配置大量的運行人員。這給各風(fēng)電公司在運營以及管理方面帶來了不同程度的挑戰(zhàn)，一定程度上降低了風(fēng)電公司的效益。

另外，電網(wǎng)調(diào)度部門需同時面對大量星羅棋布的中小規(guī)模風(fēng)電場，造成風(fēng)電場的電網(wǎng)調(diào)度管理工作繁重，也將限制風(fēng)能資源豐富的福建省風(fēng)電場大規(guī)模建設(shè)。若風(fēng)電場采取集中控制方式，將減少就地運維人員的配置，提高整體管理水平，簡化電網(wǎng)調(diào)度管理工作，達到減員增效的目的。

2　集控系統(tǒng)建設(shè)總體目標(biāo)及面臨問題

2.1總體目標(biāo)

1）以風(fēng)電公司為單位，根據(jù)風(fēng)電公司風(fēng)電場分布情況，建設(shè)各風(fēng)電公司所屬的區(qū)級或者省級風(fēng)電場集控中心。

2）集控中心按一體化監(jiān)控管理模式建設(shè)，實現(xiàn)各子系統(tǒng)整合優(yōu)化。

3）按集中運行管理模式建設(shè)，對風(fēng)電場進行無人值班化設(shè)計。

4）通過風(fēng)電場集中監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)風(fēng)電公司管理模式的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)“無人值班、區(qū)域檢修”的區(qū)域化集中運行管理。

2.2面臨問題

福建已建或在建風(fēng)電場并未考慮集中監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，若進行集控系統(tǒng)的建設(shè)必然面臨原有系統(tǒng)的改造方案和新建風(fēng)電場的集控系統(tǒng)設(shè)計等問題：

1）風(fēng)電場無人值班化設(shè)計問題：需改變省內(nèi)風(fēng)電場原有設(shè)計方案，采用當(dāng)前先進、成熟技術(shù)，實現(xiàn)新建風(fēng)電場的無人值班化。

2）集中監(jiān)控管理制度問題：與集中監(jiān)控系統(tǒng)配套，各風(fēng)電公司需相應(yīng)建立區(qū)域化集中運行管理制度，進行運維人員的優(yōu)化配置，實現(xiàn)公司的減員增效。

3　風(fēng)電場集控系統(tǒng)總體方案設(shè)計

3.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

風(fēng)電場群集中監(jiān)控系統(tǒng)在集約化、流程化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計構(gòu)想下，根據(jù)工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫與SCADA系統(tǒng)為架構(gòu)框架進行設(shè)計。

該系統(tǒng)的主要功能包括：采集風(fēng)電場內(nèi)各綜自設(shè)備、各管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)的信息；實現(xiàn)對風(fēng)電場各子系統(tǒng)的監(jiān)視、控制功能。

圖1　系統(tǒng)總體示意圖

3.2系統(tǒng)功能設(shè)計

通過遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對風(fēng)電場內(nèi)的所有風(fēng)機、風(fēng)電場、視頻等信息進行下述功能的遠方監(jiān)控和管理，也可方便的對多個風(fēng)場的狀況進行對比，找出差距：1）生產(chǎn)運行監(jiān)測；2）生產(chǎn)控制；3）智能巡檢；4）視頻圖像控制；5）電能計量；6）設(shè)備故障告警與分析；7）運行優(yōu)化與維護管理；8）生產(chǎn)報表；9）系統(tǒng)自診斷。

4　風(fēng)電場無人值班設(shè)計方案

4.1一次設(shè)備方案設(shè)計

由于裝機容量較小，福建省風(fēng)電場一般以110kV或35kV（10kV）電壓等級接入電網(wǎng)。福建風(fēng)電場在沿海建設(shè)，一次設(shè)備采用110kV GIS設(shè)備，110kV主變壓器采用戶外油浸變（自然風(fēng)冷），35kV（10kV）采用戶內(nèi)開關(guān)柜設(shè)備；集電線路采用架空線或電纜直埋方式；風(fēng)機升壓變采用戶外箱式變（或塔筒內(nèi)干變）；升壓變高壓側(cè)采用戶外環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備。

一次設(shè)備可控性要求除斷路器、隔離開關(guān)能遠方控制外，35kV（10kV）開關(guān)柜手車、接地刀閘采用電動執(zhí)行機構(gòu)，并納入集中監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2風(fēng)電場自動化體系

風(fēng)電場一體化監(jiān)控系統(tǒng)直接采集站內(nèi)電網(wǎng)運行信息和二次設(shè)備運行狀態(tài)信息，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口與電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、輔助應(yīng)用、計量等進行信息交互，實現(xiàn)風(fēng)電場全景數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)視、控制、運行管理等。

自動化系統(tǒng)采用無人值班變電站自動化體系結(jié)構(gòu)，站控網(wǎng)絡(luò)采用基于IEC61850的單星型MMS/GOOSE網(wǎng)絡(luò)；考慮風(fēng)電場以一次設(shè)備以35kV/10kV高壓開關(guān)柜為主，而僅有不多的110kV設(shè)備，自動化系統(tǒng)不采用過程層網(wǎng)絡(luò)，二次設(shè)備與一次設(shè)備之間采用常規(guī)電纜引接方式。

4.3保護配置

場內(nèi)各繼保裝置支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，能夠直接納入風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)；支持IEC61850-9-2規(guī)約、GOOSE報文等方式應(yīng)用于模擬量、開關(guān)量的收發(fā)；進一步為無人值班創(chuàng)造條件。

4.4智能巡檢系統(tǒng)

通過設(shè)置圖像監(jiān)視、火災(zāi)報警等子單元建立智能巡檢系統(tǒng)，以實現(xiàn)無人值班。該系統(tǒng)的設(shè)置，能夠大幅度減少、甚至達到取消運行人員就地巡視工作。同時，智能巡檢還具備與風(fēng)電場輔助控制各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動。

圖像巡檢：該系統(tǒng)可以實現(xiàn)與場內(nèi)事件的聯(lián)動。當(dāng)場內(nèi)發(fā)生諸如：斷路器跳閘、繼保裝置動作等事件時，該系統(tǒng)能夠啟動錄像、打開照明（夜間）、切換視頻通道以及報警等操作。

紅外線測溫巡檢：主變的攝像頭帶有紅外線測溫功能，可以檢測主變的溫度。當(dāng)攝像頭檢測到主變溫度異?；蛘甙l(fā)生火災(zāi)，圖像監(jiān)控主機通過分析判斷，立即在本地顯示告警信號，同時將告警信號傳送至集控中心。

與場內(nèi)輔助控制各子系統(tǒng)的聯(lián)動：

1）與火災(zāi)報警及消防的聯(lián)動：通過圖像巡檢系統(tǒng)中的各種監(jiān)視裝置，檢測風(fēng)電場是否發(fā)生火災(zāi)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，圖像巡檢系統(tǒng)通過RS232/RS485通道與消防系統(tǒng)聯(lián)動，同時立即啟動火災(zāi)報警及消防系統(tǒng)。

2）與給排水系統(tǒng)的聯(lián)動：在電纜溝、電纜豎井等關(guān)鍵位置安裝水浸探頭，當(dāng)水浸探頭檢測到電纜溝、電纜豎井等發(fā)生積水時，圖像巡檢系統(tǒng)通過RS232/RS485通道將此告警信息傳送至給排水系統(tǒng)。

3）與暖通系統(tǒng)的聯(lián)動：該系統(tǒng)通過對溫濕度的信號采集、數(shù)據(jù)分析，從而對空調(diào)、取暖器等設(shè)備進行調(diào)溫調(diào)濕控制。

4）與照明系統(tǒng)的聯(lián)動：燈光可根據(jù)事件（如入侵報警、消防報警、溫濕度報警），自動對場內(nèi)內(nèi)照明燈光進行遠程開啟、關(guān)閉操作；用戶在遠程監(jiān)控巡視過程中，如果發(fā)現(xiàn)遠程現(xiàn)場照明不足，可進行燈光開啟和關(guān)閉操作。

5　風(fēng)電場集控系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析

對于新建的風(fēng)電場，由于取消了以往分散的就地監(jiān)控模式，風(fēng)電場不再配置運行維護人員，僅設(shè)置1～2名警衛(wèi)，同時減少了配套的宿舍和食堂等。新增建設(shè)了遠程集控中心，配置相應(yīng)運行維護人員及配套生活設(shè)施。

以某風(fēng)電場公司為例，該公司下轄15個風(fēng)電場，設(shè)置省級集控中心1個，在地市一、地市二各設(shè)巡檢中心各1個。其中集控中心設(shè)置值班運行人員15人，每個巡檢中心設(shè)置巡檢人員10人，共計巡檢人員20人。具體經(jīng)濟效益分析見表1。

表1　某風(fēng)電場公司集控系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)濟效益分析

由表1可知，風(fēng)場建設(shè)初期按本地?zé)o人值班，采取遠方集中控制考慮。由于增加集控中心、巡檢中心設(shè)置，相應(yīng)需增加設(shè)備及設(shè)施建設(shè)費用約500萬元；風(fēng)電場采用無人值班集控設(shè)計后，增減的設(shè)備及設(shè)施費用基本持平，因此設(shè)備及設(shè)施費用總計需增加500萬元。

風(fēng)電場采用無人值班后，可減少運維人員225人，

按每人每年5萬元工資算，減少人員工資1 125萬/年；集控中心、巡檢中心共計新增35個運維人員，共計增加人員工資175萬/年。風(fēng)電場公司每年可減少人員工資約950萬元。

同時，利于降低風(fēng)電公司運行人員工作強度，提高工作效率，實現(xiàn)公司對員工的人文關(guān)懷。

6　結(jié)論

福建風(fēng)電場集控系統(tǒng)建設(shè)面臨集控系統(tǒng)的設(shè)計、風(fēng)電場的“無人值班”方案設(shè)計、風(fēng)電公司運行模式轉(zhuǎn)變等問題?；诖?，本文相應(yīng)開展了風(fēng)電場總體方案設(shè)計、風(fēng)電場“無人值班”設(shè)計方案研究，創(chuàng)新性的提出了基于智能巡檢系統(tǒng)的風(fēng)電場“無人值班”設(shè)計方案。本文結(jié)合風(fēng)電場集控系統(tǒng)技術(shù)特點，結(jié)合經(jīng)濟效益分析，對風(fēng)電場公司區(qū)域化集中運行管理制度提出了建議。

參考文獻

［1］陽云.中國風(fēng)力發(fā)電的未來趨勢［J］.國內(nèi)外機電一體化技術(shù)，2015（5）：41-43.

［2］王韜.遠程監(jiān)控系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用［J］.華電技術(shù)，2011，33（11）：74-79.

中圖分類號TM62

文獻標(biāo)識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0204-02

作者簡介：楊林，工程師，從事電力行業(yè)投資管理、項目管理、戰(zhàn)略規(guī)劃等。