淺議水力發(fā)電站綜合自動(dòng)化

何志軍 廖力清

摘 要:水力發(fā)電站綜合自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的一個(gè)重要方面,為保證供電的電能質(zhì)量,保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠,提高經(jīng)濟(jì)效益等方面有十分重要的作用。文章主要從大壩監(jiān)護(hù)、水庫(kù)調(diào)度和電站運(yùn)行自動(dòng)化等方面來(lái)說(shuō)明水力發(fā)電站綜合自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞:水力發(fā)電;自動(dòng)化;大壩監(jiān)護(hù);水庫(kù)調(diào)度

中圖分類(lèi)號(hào):TM63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)22-0110-02

水力發(fā)電站是一個(gè)龐大而復(fù)雜的工程,由于系統(tǒng)復(fù)雜,需要的運(yùn)行人員非常多,實(shí)行自動(dòng)化后,可以減少很多運(yùn)行管理人員,可以大大減少電力企業(yè)的人力資源成本;水力發(fā)電站維護(hù)、檢修工作非常繁瑣,但是卻非常重要,通過(guò)自動(dòng)化可以對(duì)這些活動(dòng)進(jìn)行集中管理,有利于效率的提高;自動(dòng)化的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)可大大減少由于人造成的失誤,從而提高設(shè)備完好率。從而保證供電的電能質(zhì)量,保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠,提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 水力發(fā)電站綜合自動(dòng)化

1.1大壩計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

大壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由啟閉機(jī)現(xiàn)地控制、集中控制和工業(yè)電視系統(tǒng)組成。控制的對(duì)象有:閘門(mén)現(xiàn)地單機(jī)控制、多個(gè)閘門(mén)集中控制與分組啟閉,可與電站計(jì)算機(jī)中心(或水情中心等)通訊聯(lián)網(wǎng)。主要作用在于數(shù)據(jù)采集、計(jì)算分析、越限報(bào)警和提供維護(hù)方案等。

大壩設(shè)備的自動(dòng)控制方式主要有:遠(yuǎn)程控制,將控制室內(nèi)的自動(dòng)監(jiān)視控制裝置設(shè)定在遠(yuǎn)程控制檔,通過(guò)設(shè)在大壩控制室內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)視控制裝置,可在控制所內(nèi)對(duì)大壩閘門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作;自動(dòng)控制,大壩控制室內(nèi)的自動(dòng)監(jiān)視控制裝置設(shè)定在自動(dòng)控制檔,則可根據(jù)測(cè)定的水位等數(shù)值,通過(guò)演算和判斷,確定出是否打開(kāi)或關(guān)閉閘門(mén)、閘門(mén)的開(kāi)啟高度值等,然后自動(dòng)向閘門(mén)操作盤(pán)發(fā)出操作指令。

①閘門(mén)現(xiàn)地控制單元。安裝在閘門(mén)啟閉機(jī)室,由開(kāi)度傳感器、智能閘門(mén)測(cè)控儀表、控制電器、邏輯保護(hù)電路、操作按鈕狀態(tài)指示燈、電流電壓顯示表等組成,成套于一臺(tái)機(jī)械,通過(guò)端子與閘位傳感器、荷重傳感器、機(jī)械限位、閉銷(xiāo)保護(hù)、啟閉機(jī)、三相交流電源進(jìn)線等連接構(gòu)成。

遠(yuǎn)程控制:接收并執(zhí)行遠(yuǎn)程遙控命令,精確提升、降落閘門(mén)到指定位置。

自動(dòng)控制:預(yù)置閘門(mén)行程設(shè)定值,可精確提升、降落閘門(mén)到指定位置。

②閘門(mén)集中控制系統(tǒng)。其對(duì)保證閘門(mén)的安全可靠運(yùn)行,確保下游地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全,提高閘門(mén)運(yùn)行管理水平,改善運(yùn)行維護(hù)人員的工作條件和鬧動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班、少人值守”的目標(biāo)。本系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)樞紐整體計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理的基礎(chǔ)之一。閘門(mén)控制系統(tǒng)的功能由系統(tǒng)的主控制級(jí)和現(xiàn)地控制單元級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用開(kāi)放分布式閘門(mén)集中控制系統(tǒng)。

③工業(yè)電視系統(tǒng)。水利電站環(huán)境條件不是很好,因此安裝工業(yè)電視監(jiān)視設(shè)備,可以把工作人員從惡劣的工作環(huán)境中解脫出來(lái),改善職工的工作條件,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)視。其作用很多:第一,提高工作效率。采用工業(yè)電視監(jiān)視,可以實(shí)現(xiàn)一人多點(diǎn)監(jiān)視,改善勞動(dòng)條件和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。 第二,保證安全生產(chǎn)。工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵部位實(shí)行連續(xù)監(jiān)視和隨時(shí)監(jiān)視,能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題,對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和消缺,減少事故的發(fā)生。第三,改善工作條件。在工廠里,有些工作崗位粉塵大、噪聲高、陰暗潮濕,影響值班人員的身體健康。采用工業(yè)電視監(jiān)視,可以實(shí)現(xiàn)值班人員遠(yuǎn)離環(huán)境差的地方,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)視。

1.2水庫(kù)水文信息的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

由收集、傳遞和處理水文實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的各種傳感器、通訊設(shè)備和計(jì)算機(jī)等裝置組合而成。分成遙測(cè)站、信息傳輸通道和中心控制站三部分。主要用于防汛和水利調(diào)度。在小流域范圍內(nèi)只需幾分鐘時(shí)間即能完成數(shù)據(jù)收集和處理,及時(shí)提供重點(diǎn)河段、水庫(kù)的雨情水情。

①遙測(cè)站。 自動(dòng)收集雨量、水位和其他水文參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。遙測(cè)站的儀器設(shè)備有雨量計(jì)、水位計(jì)、編碼器、數(shù)傳機(jī)、電臺(tái)和電源設(shè)備等。一般在無(wú)人操作,有人管理情況下進(jìn)行。雨量計(jì)常用翻斗式,每毫米雨量翻轉(zhuǎn)一次,發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)記錄和編碼器。水位計(jì)多數(shù)采用浮子式,用機(jī)械機(jī)構(gòu)直接傳動(dòng)記錄筆和編碼器。編碼器是把雨量和水位(即浮子位移模擬量)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電量的器件?？梢跃幣懦龈鞣N碼制的脈沖信號(hào),雨量編碼只有增量,而水位變化是連續(xù)、可逆的,必須采用雙電刷判別電路、步進(jìn)機(jī)構(gòu)或循環(huán)碼盤(pán)等特殊方法。當(dāng)接到遙測(cè)站或中心站的發(fā)報(bào)指令后,全套設(shè)備啟動(dòng),從編碼器中取出數(shù)據(jù),并按一定邏輯程序?qū)⒄咎?hào)、雨量和水位依次發(fā)送出去。

②信息傳輸通道。簡(jiǎn)稱(chēng)信道,是連接遙測(cè)站與中心站之間的電波傳輸線。無(wú)線電通道通常采用超短波頻段,功率一般在 1～10W之間,當(dāng)有阻擋物或者距離超過(guò)50km時(shí),一般會(huì)設(shè)中繼站,把接收到的信號(hào)增大功率后,再用另一頻率發(fā)射出去。測(cè)站一般是定向天線,中繼站一般用高增益的全向天線,從而達(dá)到各個(gè)方向通信的需要。電源采用堿性蓄電池供電。無(wú)線電通道的優(yōu)點(diǎn)是非常適合于遠(yuǎn)距離傳輸,而且設(shè)備費(fèi)用較低,其缺點(diǎn)是容易受干擾,誤碼概率比有線通道高一些。衛(wèi)星無(wú)線電通道,用衛(wèi)星作為中繼站,一般采用微波波段,從而觀測(cè)站位置不受地形限制,通信距離更遠(yuǎn),覆蓋面積更大。

③中心控制站。 它的功能是集中遙測(cè)系統(tǒng)內(nèi)各遙測(cè)站的水文數(shù)據(jù),從而進(jìn)行計(jì)算并且整理,及時(shí)作出洪水預(yù)報(bào),而且可控制閘門(mén)啟閉,實(shí)現(xiàn)水利有效調(diào)度。根據(jù)部門(mén)以及流域面積的需要可以配置很多級(jí)控制中心。中心站主要設(shè)備有電子計(jì)算機(jī)和通信電臺(tái)等。一般采用中小微機(jī),并配置顯示器、寬行打印機(jī)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等外圍設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)送制式確定控制方式,自報(bào)式優(yōu)點(diǎn)有測(cè)站功耗低微,設(shè)備簡(jiǎn)單可靠,費(fèi)用低廉,數(shù)據(jù)有效率高等,高山偏僻地區(qū)非常實(shí)用。西方國(guó)家美國(guó)和加拿大等主要使用這種制式。應(yīng)答式的特點(diǎn)是控制靈活、功能較多,接收中心可以定時(shí)自動(dòng)巡測(cè),也可隨時(shí)指令巡測(cè)或選測(cè),而且可以通話(huà),使用方便。日本和意大利等國(guó)主要采用這種制式。中國(guó)這兩種制式都用,或在系統(tǒng)中兼容。

1.3水電站內(nèi)計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

水電站內(nèi)計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括全廠機(jī)電運(yùn)行設(shè)備的安全監(jiān)測(cè)、發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制、優(yōu)化運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配、穩(wěn)定監(jiān)視和控制等。

①發(fā)電站的自動(dòng)控制。發(fā)電站監(jiān)控方式的構(gòu)成依電站建設(shè)時(shí)期不同而不完全一樣。其主要方式有:遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置-→控制盤(pán)→機(jī)器(執(zhí)行機(jī)構(gòu))。電站內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置與控制所內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置功能類(lèi)似,從控制所發(fā)來(lái)的控制命令由它傳送給控制盤(pán),發(fā)電站的各種信號(hào)、數(shù)據(jù)也通過(guò)它傳送給控制所。

發(fā)電站主要設(shè)備的控制既可在控制所內(nèi)遠(yuǎn)程控制,又可在發(fā)電站內(nèi)直接控制,兩種方式可通過(guò)控制操作臺(tái)和發(fā)電站控制盤(pán)上的切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換,輔助設(shè)備如空氣壓縮機(jī)、排水泵、油泵的控制均設(shè)計(jì)為發(fā)電站內(nèi)自動(dòng)運(yùn)行。

②水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。水電站實(shí)行廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是在給定系統(tǒng)負(fù)荷條件下,水電站在某一水頭下運(yùn)行,對(duì)水電站各機(jī)組的動(dòng)力特性曲線、最優(yōu)工作機(jī)組臺(tái)數(shù)和組合、機(jī)組的合理啟停以及在各運(yùn)行機(jī)組間有功負(fù)荷的最優(yōu)分配方案進(jìn)行分析和研究,得到水電站廠內(nèi)最優(yōu)運(yùn)行方式,用以指導(dǎo)水電站的實(shí)際運(yùn)行,并執(zhí)行自動(dòng)發(fā)電控制AGC和自動(dòng)電壓控制AVC,以獲得水電站運(yùn)行的最大效益。

2 結(jié)語(yǔ)

水力發(fā)電站綜合自動(dòng)化可以有效節(jié)約企業(yè)的用工成本、優(yōu)化用工環(huán)境、提高效率、維護(hù)機(jī)器設(shè)備,從而保證供電的電能質(zhì)量,保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠,提高經(jīng)濟(jì)效益。要有效的實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電站綜合自動(dòng)化,不僅需要技術(shù)上的支持,在管理、人力資源等方面也需要密切的配合。

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