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一二次設備融合帶給行業的思考
2018.09.04

  電力行業轉型升級的道路上走的更穩更好。

建設堅強智能電網,設備是關鍵。國內電力設備企業隻有積極迎接智能電網帶來的變革,抓住機遇、接受挑戰,在不斷發展的過程中不懈努力,才能在中國智能電網建設中占據主導地位。

我國智能電網建設巨大的投資,為電力設備製造業提供了強大的技術改造原動力。國家電網提出2009~2020年分三個階段實現智能電網遠景規劃:

第一階段(2009~2010)預計投資5500億元

第二階段(2011~2015)預計投資2萬億元

第三階段(2016~2020)預計投資1.7萬億元

2020年國家電網在智能電網建設方麵總投資逾4萬億元。我國建設統一堅強的智能電網就要構築堅強的網絡構架,需要大量的開關等設備,這無疑是電力設備製造企業的福音。隨著國家電網公司堅強智能電網計劃的實施,變電站將向智能變電站發展,一次設備要升級為智能電力設備,二次設備則成為智能控製單元,這是一個革命性的變化。

1 一二次設備融合產生新格局

智能電網發展,實現一二次設備企業的大融合,而針對整個電力係統一次設備實現智能化,這將給整個一次設備領域帶來一次大變革。目前,一次電力設備的智能化已經沒有瓶頸,通過軟件係統和硬件係統的升級都可以實現。智能電網要求建設一係列智能變電站,這對一次設備生產廠家是一個好消息。

一二次設備融合步伐的加速將打破市場格局重新洗牌。國家電網公司已提出了設備全壽命周期管理,要達到這一目的,必須做到對設備狀態的完全把握。而現在一二次設備之間還是相對分開的,而未來在一次設備裏,將含有部分二次設備的智能單元,這將打破現有設備製造業的市場格局。與此同時,對整個二次設備領域而言,也是一次發展機遇。

由於二次與一次設備產業之間的界限越來越不明顯,二次設備的部分功能將轉移到一次設備之中,融合更為集成化的智能單元。唯一不同的是,智能單元中,如換了不同的運行軟件,功能也表現的不同。這樣將對二次設備所有的設計技術起到推動作用。二次設備在技術上也將實現整體突破,將更加“信息化和互動化”,相應技術的提升會增強設備的保護功能。同時,互動性和關聯性也會更強,這表現為智能單元相關設備的互動。如兩個保護單元,以前是你保護這條線路,我保護那條線路,但今後由於在一個統一的網絡之內,所以除了保護自己外,還要保護別人,關聯性和互動性增強。

根據預測,二次設備終將發展可即插即用的插件,但目前這還隻是一個構想,要達到這樣一個目標,在數據處理能力上還要大幅度提高。此外,二次設備也將借鑒一次設備,進行自診斷和狀態監控。通過一二次設備融合,才能夠為客戶提供解決方案。但融合並不是盲目地兼並或收購,而是實力強大的企業有所選擇地兼並或收購一些研究機構或者製造企業,以彼之長補己之短,實現優勢互補,這也是國外大企業走過的道路。

2 一二次設備融合麵臨眾多挑戰

智能電網建設催生了一二次設備的融合。究竟什麽才是真正的一二次設備融合呢?現在有一些企業將二次設備融合到斷路器中,即:將電子裝置布置安裝到斷路器中,將這種操作稱之為一種融合,這樣的融合存在一定問題,假設中置櫃采用此種融合的斷路器,因為櫃子具有保護、在線監測、現場就地操作等智能化要求,如果在斷路器上將以上單元進行融合,因斷路器機構箱可利用空間很小,安裝存在一定的難度。其次,即便是能夠將各種智能IED融合到斷路器中,那麽斷路器在工作位置時,從開關櫃門外幾乎無法觀察和操作主IED上的按鈕;第三,如果將電子模塊安裝到斷路器內部,因斷路器的操作震動非常劇烈,對電子設備很容易造成損壞。因此,需要解決好緩衝方麵的問題。除此之外,如果將各個智能模塊分布到機箱內部,難免會出現空間緊張的情況,一旦哪個模塊出現問題,進行查找和模塊更換實屬不易。所謂融合就是要在不影響開關設備可靠性的前提下,將各種傳感器集成到開關的一次結構件中,在不必要的情況下設置前置數據處理電子模塊,盡可能將各功能單元以邏輯關係整合到主LED中,主IED的在那混位置應易於觀察、易於操作、易於檢修。

實現一二次設備融合麵臨眾多挑戰,要合理地將二次電子裝置融合到一次開關設備中並非易事,主要在以下幾個方麵:

一是,如何與斷路器進行融合;

二是,融合哪些內容;

三是,針對傳感器與開關設備主要部件之間的融合,存在性價比、技術、工藝等問題,研究選用那種方式更為合適;

四是,在各功能都融合後,應在何時進行信號處理;

五是,如何防止信號傳輸過程中的幹擾,並在非常微弱而周圍電磁幹擾很強的環境下,如何進行信號分辨;

六是,融合集成那些設備元件,如何成本核算。

開關設備長期運行,產品可靠性和運維非常重要。尤其在如何確保產品的耐環境性、少維護和免維護方麵,是長期以來業內較關注的問題。

首先,在可靠性上,要保證在理論、設計上達到最佳優化程度。當然,在開關配套廠商中也有很多出類拔萃的配套件,尤其是絕緣件和部分導電件專業廠商已經形成一定規模,他們在質量保證和可靠性方麵較受業內認可。除此之外,在耐環境性上宜選用充氣櫃,開關元件全部封閉在金屬櫃體內部,具有一定優勢。

其次,針對開關領域目前熱點之一的全固體絕緣開關設備,由於技術難度較大,存在眾多難題和矛盾,不應該帶著沒有解決的技術問題就去大麵積推廣,需要在電氣性能,運行維護等方麵做更多工作,向免維護方向努力。

再次,在質量方麵,製造企業,配套件廠商在工藝和設計上要加大投入,采用自動化程度高而先進的設備,加大質量保證籌碼。嚴把原材料進廠檢驗關口,避免采用劣質原材料,對成品進行各項試驗,尤其是老化試驗不可忽視。

3 一二次設備廠家需進行技術的相互滲透

智能電網建設對一次設備的智能化具有一定挑戰性。針對開關設備而言,主網部分的智能化開關產品,雖在兩年前已有新品推出,但麵臨如何保證每個廠商對裝有智能IED的產品實施全套型式試驗的問題。目前業內針對高壓設備智能化方麵涉及的工作內容較多,但大多是隻對IED單獨進行電子產品的型式試驗,由於EMC試驗不能完全等價地考核產品的實際工況,一二次設備進行整機配套後,仍然出現電磁兼容問題。

在配網領域,要實現配電自動化,與主網的智能化相比較是有所區別的,要求也相對較低,配網領域的開關設備的智能化主要是滿足配電自動化的要求。用於智能變電站的一次配電開關設備,除具備自動化功能外,還應具備一些在線檢測和專家診斷係統的功能,通過IEC61850協議完成監控、保護、數據傳輸。在電流互感器的選擇上,選用傳統的5A的電磁式互感器顯得不太合理。5A的電磁式互感器用於老式繼電保護係統,需要一定的功率輸出,而現代微機綜合保護裝置,隻需要電流信號,無驅動功率的要求。若選用電子式互感器則因成本高、可靠性較差等原因更不合理。那麽是否可以采用1A或0.5A的電磁式互感器?這個問題很值得商討。電壓互感器仍以傳統的為主。對於需要嵌入到一次部件的其他傳感器而言,當嵌入之後,傳感器是不是可靠,在嵌入過程中,傳感器的性能有無變化,這些都需要深入研究。因此,要研發智能開關設備,開關廠商需建立如自動化部、智能事業部等部門,同時培養相關人才,逐步推出產品,推廣使用。

開關設備智能化是電力行業發展的要求,也是未來產品發展的方向之一。現在開關企業雖然在一次設備方麵下了很大的功夫,但就目前技術階段,質量問題、耐環境性、少維護或免維護是決定設備能否安全可靠運行的關鍵,智能化配置不當,反而有可能會降低設備的可靠性。因此,業內廠商要進一步研究將傳感器嵌入到一次設備零部件中的研究,解決一二次融合的工藝問題、精度問題及絕緣問題,一二次廠家在技術上還應相互進行深入地滲透。

4 為企業走出去提供契機

智能電網給設備企業帶來的變革,使未來中國可能會產生像ABB、西門子那樣的大型企業。國內要出現這樣的企業,重要的一點是要進行一二次設備的大融合。通過融合,才能夠為客戶提供整體的解決方案。

現在通過智能電網發展,實現一二次設備企業的大融合,為國內電力設備企業走向世界提供了機會,但融合並不是盲目地兼並或收購,而實力強大的企業有所選擇地兼並或收購一些研究機構或者製造企業,以彼之長補己之短,實現優勢互補,這也是成為國際大企業的必由之路。

當前變配電行業正在向信息化、智能化、網絡化和集成化方向發展,變配電係統結構也呈現出越來越複雜的特點。一二次設備的融合既是技術發展的趨勢,也是市場發展的必然結果。配電一二次融合需要全國一二次廠家聯合起來,共同研究、探討,避免做重複的研究,每個廠家和相關研究人員都可以在一二次設備融合創新和行業發展中貢獻自己的力量。

數據提供:天助網    
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