電力三次裝備的基本概念和產業發展

發布時間: 2020-05-26 11:18:20   來源:中國電力網  作者:王紀年、王金山、張征

  一、 電力三次裝備概念的提出

  電網已經成為當今世界覆蓋范圍最廣,結構最為復雜的人造科技系統,作為電網基本組成元件的電力裝備可謂種類繁多。按照其所承擔的功能進行分類,電力裝備可分為一次裝備、二次裝備和三次裝備。

  一次裝備是以電能的生產、傳輸、分配和變換為主要功能的電力裝備,主要包括發電機、變壓器、輸電線路、斷路器、電容器、電抗器、高壓換流器等。一次設備的最典型電氣特征是高電壓、大電流和強功率。以實現與保護、控制、計量等設備的接口而設置的電壓互感器、電流互感器、靜止勵磁系統等,裝備管理上常劃歸為一次裝備。

  二次裝備是以滿足電力交易、故障切除、運行控制、信息傳輸等功能為主要目標的裝備,包括各類電能計量儀表、繼電保護、廠站自動化系統以及必要的通訊設備和電源設備。二次裝備的最典型電氣特征就是低電壓、小電流和微功率。

  所謂三次裝備,就是以設備劣化程度測量為主,對設備自身狀態和近場環境狀態進行信息采集匯總、數據清洗、統計分析、狀態研判和提前預警的設備,這些設備是以增強電力裝備可靠性、提升電力設備智能化水平、簡化優化電力裝備運維以及提高電網企業運營水平為目標的輔助類設備。

  按照裝備的主要用途進行分類,三次裝備可細分為:主要目的以改進一次和二次裝備狀態評價能力的在線監測、帶電檢測和例行試驗類產品。為維護電網企業生命和財產安全的輔助安防系統、微機防誤系統等。為提高人力替代的自動巡檢類裝備,例如自動巡視系統、變電站巡檢機器人、變電站與輸電線路的視頻監控系統、無人機巡線系統等。

  電力三次裝備提供“大、云、物、移、智、鏈”技術為基礎、基于分布式架構、多層管理監測監控的,自動化、智能化管控模式,對于充分解放人力資源,加強運行維護的技術技能手段,保障電力設備穩定運行和機房安全,提高勞動生產率和網絡維護水平,提升傳統配網設備智能化水平,實現現代能源互聯網有重要意義。

  二、 電力三次裝備的市場環境

  經過數十年的迅猛發展,我國的電力工業將逐步由規模擴張型向精益管理型轉變,這是電力三次裝備行業迅速發展的市場背景。2016年~2019年我們自行開展的市場調研發現,截至2019年中期,國家電網總資產達40032.51億元,南方電網總資產達8516.48億元。國家大電網體系下的配電網資產,運用了大量的新標準、新技術、新裝備,電力資產實現有效的管理。電網企業按照法制化、標準化、專業化和規范化管理的標準來管理配電網,開閉所、配電房、配電線路和配電臺區做為配網資產主體部分,其良好的設備狀態對電力系統的穩定可靠運行起著至關重要的作用。

  更為龐大的電力資產在用戶側,其配用電資產總額估計約15萬億~20萬億。如此龐大的資產,分散在每個企事業單位和千萬個住宅小區。由于電力管理體制的變化,這些龐大的資產幾乎處于無維護保養的狀態。隨著這些電力設備的老化,事故率會逐年上升,而要擔負起如此大量設備的智能化運維和管理,非電力三次裝備莫屬。按照這些設備運維管理所需要的硬件和軟件,再加上人力資源費用,每年的營業額總體量約為1500億元左右。

  國內配用電客戶設備狀態管理和運維水平在兩個極端之間,呈現出非常不同的景象。一方面有客戶的設備是新投運的,而且還有專業值班電工在三班24小時嚴防死守;另一方面有客戶設備老化、表計故障、狀態劣化,“人機料法環安”現場6S管控幾乎處于全面失控狀態;個別客戶,電費單上的數據也看不明白。我們認為國內配用電客戶的運維服務也需要高效率、高質量、良好的服務體驗,也需要“大、移、物、云、智、鏈”等新技術、新標準、新方案、新成果,也需要社會化、專業化、規范化、智能化管理服務。

  三、 電力三次裝備的目標

  運維服務,是提供給客戶電力資產安全穩定運行的保障服務。運維服務的焦點聚焦在客戶電力資產運行參數管理與控制和設備健康狀態水平的維持與提升,也就是既要對客戶電力資產運行中的各類電力能源消耗的管理與控制,也要對客戶的電力資產是否能持續健康運行負責。

  配用電側的服務需要對電力設備本身劣化程度和演變進行實時的、整體的、系統的評估。從現有國內外提供運維的項目來看,電力資產運維主要分為在線監測和線下巡視,其中大家不約而同地將在線式的各類監測服務做為提供運維服務的未來重點和發展方向。特別一提的是今年受疫情影響,線下人工服務受限,在線式各類服務廣受稱贊。

  電力三次裝備的目標就是要對電力設備自身健康狀態和近場環境狀態進行信息匯總、狀態研判和提前預警,采取主動、精準和有效的應對措施,有效地實現更低的故障率、更低的無效檢修率和更低的運維成本,實現智能化在線運維。

  四、 電力三次裝備的發展

  得益于中國電力裝備事業的迅猛發展,電網的自動化水平大幅提高,變電站智能化及無人值班已經普及。輸、變、配等現場已經安裝部署了大量的智能化的三次裝備,為一次裝備提供輔助安全防護、在線監測、自動巡檢、環境監測和智能運維等各類保障。這些電力三次裝備還收集保有大量的一次裝備在運行中的數據,進而為一次裝備的檢修及全壽命周期管理、全局決策管理提供依據。

  雖然系統中已經大量使用了電力三次裝備,但電力三次裝備行業整體依然處于發展的起步階段。從電力裝備運維以及企業運營效率的角度,大量的電力三次裝備缺少互聯互通,產生的數據獨自傳輸到云端后,云計算結果很少能直接被現場其他類型設備自動運用。從技術角度分析,電力三次裝備行業技術門類范圍寬廣,技術路線復雜多變,至今沒有形成具備普遍適用性的技術路線和產品規格。從產業格局來說,電力三次裝備行業缺乏領軍型骨干企業,產品孤島現象明顯,缺乏系統性解決方案提供商。不同的三次裝備需求造就不同的生產企業,即使是同種需求也會因為技術路線的差異而造就不同的生產企業。

  隨著智能電網建設上升為國家戰略,以電力裝備智能化為主要目標的電力三次裝備市場逐漸形成,特別是以優化電力設備狀態評價體系為目標的帶電檢測和在線監測技術更是發展迅速,成為電力系統不可或缺的重要組成部分。

  2017年,中國繼電保護專家楊奇遜院士對電力三次裝備將電力系統安全關口前移到故障發生之前表示贊賞,高度評價說:“三次裝備,前途無限!”;同年10月,國家電網公司主辦的《電力設備》第25期全文刊登了《電力三次裝備的基本概念和產業發展》;2018年,中國電氣之都——許昌市成立了“電力三次裝備工程技術研究中心”;同年11月,在德國柏林舉辦的“中德(許昌)電力科技創新論壇”上, “電力三次裝備”的基本概念得到國內外專家、學者的廣泛認同;2019年,“河南省智能電力設備制造與運維服務工程研究中心”在紀年科技產業園建立起來。

  五、 電力三次裝備面臨的問題

  電力三次裝備的行業現狀就是廠家眾多,可替代性差,缺乏具備普遍性的原理和技術以及相應的解決方案。三次裝備雖然前途無限,但還處于成長的初期,還需要長期的投入,還有很長的路要走。目前還有非常繁多的重要問題尚未解決:

  電力設備運行中有多種電磁效應引發的信息外泄,如聲、光、電、磁、熱、電化學分解物、合成物等,對設備狀態通常也就有了有多種量測評估方式、方法、手段。例如當前在配網中常見的高壓開關柜中,電纜頭的測溫傳感器、開關倉室的溫濕度傳感器、超高頻局部放電傳感器、SF6氣體泄漏傳感器和SF6密度微水傳感器等,都分別描述了高壓開關柜設備的局部參數指標,都部分地反映了設備狀態。

  配用電設備運維服務需要對電力設備本身劣化程度和演變進行實時的、整體的、系統的評估,也就要求對電力設備的協調、統一、層次化的評估。如何有效地設置電力三次裝備體系架構,使電力三次裝備通過多傳感器組合/聯合,在一個較為統一的模型下,較為準確地進行設備狀態定性定量描述,成為當前主要問題之一。

  由于電力三次裝備大量使用各類各型的傳感器來監測電力系統一二次設備及其近場環境,不可避免地要產生大量的數據,從這些海量的數據中深層次地挖掘有用的和有效的信息,大數據技術的應用就必須滿足電力系統的行業要求、規范和標準。

  諸如此類已有的尚未完全掌握的設備故障早期模型和故障隱患發展規律,多態異構數據如何整合利用,三次裝備是否需要統一的理論模型來面對多種多樣的需求等等問題,都有探討空間。

  此外,電力三次裝備有些裝備必須安裝在人力難以達到的位置,有些裝備是一次性安裝后就無法拆卸,有些設備必須工作在極端電場強度下,有些設備必須能檢出痕量物質,諸如此類的要求還有很多。這反映了三次裝備必須適應電力系統復雜的應用環境條件外,自身還要有非常強的適用性、經濟性、可靠性、安全性、可維修、魯棒性等要求。我國傳感器的科研和制造水平大大落后與世界先進水平,傳感器的壽命短于一次設備壽命,是電力三次裝備必須面對的現實。

  電力三次裝備技術涉及的技術領域跨度大、門類廣、產業多,如電磁學、電工學、電子學、電化學、材料學、光學、聲學等等,在電力裝備行業甚至還可以使用到核技術、氣象學、流體力學等一些以前較少引起廣泛注意到的學科門類。對于某個具體的測量或檢測需求,三次裝備可以有豐富的技術手段滿足這些復雜多變的需求。

  在電力系統使用三次裝備,必然要綜合考慮多種環境條件和經濟條件,也要考慮所應用傳感器的性能精度極限能力等約束。面對電力系統中的一個具體設備,我們或許可以很方便的找到解決辦法,但是面對幅員遼闊的祖國大地,面對復雜多變的電力系統,還是需要在多個技術領域里同時開展相關工作,三次裝備必然要在多個技術領域實踐跨越式發展。

  六、 紀年科技的使命與擔當

  2020年3月,中央政治局常務委員會會議強調“加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度,將新基建推向全社會共同關注的新高度。年初,國家電網印發的2020年重點工作任務明晰,電力物聯網仍是工作重點,積極拓展人工智能在設備運維、電網調度、智能客服等方面的應用。電力三次裝備在“新基建”和電力物聯網的幫助扶持下,必將迎來大發展。

  為促進中國電力裝備行業的均衡發展,打贏智能電網建設攻堅戰的全面勝利,紀年科技股份有限公司,由原許繼集團董事長、國家電網中電裝備公司黨組書記、副總經理王紀年先生發起成立,以創建全球能源互聯網電力三次裝備領域著名品牌為目標,打造“中華電氣網—中國電工行業智慧供應鏈服務平臺”、“配電智能運維服務平臺”“建筑電氣EBIM設計服務平臺”等互聯網公共服務平臺。

  紀年科技股份有限公司,根據電力三次裝備 “技術跨度大、需求范圍廣”的行業特點,秉承“以誠信合作為靈魂、以用戶需求為核心、以研發營銷為兩翼、以企業聯盟為載體、以信息網絡為基礎、以共贏發展為目標”的經營理念,努力打造適合電力三次裝備發展的“平臺型企業”運營模式,成為本領域技術創新、市場營銷、資本與實業融合、甚至科技工作者實現自主創業夢想的高效運營平臺。

  紀年科技將以紀年高新技術產業園為企業運營管理平臺,以中華電氣網系統為平臺支撐,采取“創、引、扶、并”的經營策略,以自主性產品和技術創新為根本,努力研發和提供適合電力企業設備狀態評價、資產管理和輔助安防等需求的智能儀表、在線監測和輔助監控系統。同時,以產品和技術引進、創新企業孵化和扶持以及企業并購為途徑,實現電力三次裝備行業技術和產業的高度融合,打破影響本行業長足發展的信息、技術、產品和企業壁壘,促進電力三次裝備行業逐步走向規范化、標準化和規?;洜I的新階段。

  王紀年,1949年生,北京人,經濟學碩士,研究員。曾任許繼集團有限公司董事長、總裁、黨委書記,國家電網電力技術裝備公司黨組書記、副總經理?,F任紀年科技股份有限公司董事長、中航建設集團成套裝備公司總經理。享受政府特殊津貼專家,全國杰出專業技術人才、全國勞動模范、全國“五一”獎章獲得者。曾任中共十四大代表,九屆、十屆、十一屆全國人大代表,中共河南省委候補委員。曾受到習近平、李克強、江澤民、胡錦濤等黨和國家領導人的親切接見。

  主要榮譽

  1987年4月被授予全國優秀經營管理者和全國五一勞動獎章;

  1988年1月獲全國首屆經濟改革人才獎;

  1989年獲當代河南人才獎;

  1989年4月獲首屆河南人才開發獎;

  1989年1月被授予河南省優秀青年企業家;

  1989年8月被授予河南省勞動模范;

  1989年9月被授予全國勞動模范;

  1990年10月被授予河南省優秀企業家;

  1996年5月被評選為河南省十大新聞人物;

  1997年中國機械優秀科技專家;

  1998年第二次獲國家級有突出貢獻的專家;

  2001年12月獲第二屆蔣一葦企業改革與發展學術基金企業家創新獎;

  2002年4月8日被授予首屆中國企業家 獲創業杯。

  2002年7月8日被授予全國杰出專業技術人才獎。

  2003年3月十屆全國人大代表。

  2004年榮獲亞洲企業管理創新獎。

  行業地位

  在王紀年的組織領導下,1985年以來許繼先后在全國同行業爭創了十個第一:

  第一個進入國家520戶重點企業;

  第一個進入全國綜合經濟效益評價500優企業,排名第197位;

  第一個進入中國機械百強企業,排名第46位;

  第一個獲首屆“中國機械”十大杰出企業之一;

  第一家被列入國產化裝備生產基地之一;

  第一個成為首批40家國家認定企業技術中心之一;

  第一個成為企業博士后工作站之一;

  第一家通過ISO-9001國際質量體系認證的企業;

  第一家股票上市公司;

  第一家榮獲全國先進基層黨組織稱號和全國思想政治工作優秀企業稱號;銷售收入、利潤等主要經濟技術指標連續20年居國內機械同行業第一位,成為國內同行業品種、規格類型最全、配套能力最強的企業。

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      關鍵詞: 電網,發電,電力裝備
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