九宮梯級(jí)水電站調(diào)度智能化改造實(shí)踐

孫德懷

（通山縣水利局，437600）

1 九宮梯級(jí)水電站概況

湖北省通山縣九宮梯級(jí)水電站座落在幕埠山脈主峰九宮山北麓，水頭總落差1056m，由3座水庫(kù)8級(jí)電站構(gòu)成，始建于上世紀(jì)代70年代末80年代初，總裝機(jī)5505kW，設(shè)計(jì)年均發(fā)電量1400多萬(wàn)kW·h 。建成以來(lái)，累計(jì)發(fā)電 5.5億kW·h，發(fā)電收入超1億元，上繳稅收2276萬(wàn)元，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。九宮梯級(jí)水電站一級(jí)站龍頭水庫(kù)造就了我國(guó)第三大高山湖泊——云中湖，庫(kù)容125.4萬(wàn)m3，海撥高程1220m，是國(guó)家4A級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)九宮山的標(biāo)識(shí)性景觀，促進(jìn)了九宮山旅游資源的開(kāi)發(fā)，而且梯級(jí)電站的發(fā)電尾水可灌溉農(nóng)田1930畝，造福了當(dāng)?shù)厝罕姟?/p>

因受當(dāng)時(shí)資金投入、設(shè)計(jì)、施工和設(shè)備制造等方面的制約，九宮梯級(jí)水電站存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，施工質(zhì)量不高，發(fā)電設(shè)備不配套、不完善等問(wèn)題，加之后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中無(wú)力改造升級(jí)，能效逐年衰減。梯級(jí)電站多數(shù)是七十年代的設(shè)備，電氣設(shè)備嚴(yán)重老化，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪磨損和汽蝕嚴(yán)重，整體設(shè)備完好率低下，安全隱患突出，水能資源利用率逐年降低，本次改造前發(fā)電量?jī)H為1000余萬(wàn)kW·h。2011年，在水利部、財(cái)政部和湖北省水利廳、財(cái)政廳的關(guān)心支持下，我縣先后對(duì)九宮梯級(jí)電站的3座水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，累計(jì)投入1300萬(wàn)元。水庫(kù)完成除險(xiǎn)加固后，電站沒(méi)有進(jìn)行改造，導(dǎo)致水庫(kù)的綜合效能不能完全發(fā)揮，電站經(jīng)濟(jì)效益低下，迫切需要進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。

2 梯級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的改造

2011年九宮梯級(jí)電站被列入全國(guó)農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)項(xiàng)目。項(xiàng)目改造的內(nèi)容主要有：①各站水輪發(fā)電機(jī)組更新改造；②輔助機(jī)械設(shè)備更新改造；③一、二次電氣設(shè)備更新改造；④部分輸電線路改造；⑤部分引水系統(tǒng)和金屬設(shè)備更新改造；⑥通信調(diào)度系統(tǒng)智能化改造；⑦站容站貌改造。

流域梯級(jí)智能調(diào)度，是梯級(jí)小水電站調(diào)度的理想模式。九宮梯級(jí)電站在調(diào)度方面，經(jīng)歷了手遙電話調(diào)度、程控電話調(diào)度兩個(gè)階段。由于站點(diǎn)分散，梯級(jí)電站相距較遠(yuǎn)，調(diào)度的隨意性較大、連貫性不強(qiáng)，往往造成大量棄水，流域水資源利用效率不高，電站經(jīng)濟(jì)效益低下，運(yùn)行安全方面存在諸多隱患。

2.1 調(diào)度系統(tǒng)的構(gòu)建

九宮梯級(jí)電站集中調(diào)度控制通訊采用專(zhuān)用局域網(wǎng)，架設(shè)專(zhuān)用光纖線路，通過(guò)光纖將梯級(jí)電站連成一個(gè)局域網(wǎng)，然后再經(jīng)路由器接入英特網(wǎng)，梯級(jí)電站集中調(diào)度控制中心主機(jī)置于五級(jí)站。該方案具有帶寬高，可以傳輸調(diào)度信號(hào)和監(jiān)控視頻信號(hào)，通訊穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

梯級(jí)電站集中調(diào)度控制中心通過(guò)自架光纖與各電站監(jiān)控系統(tǒng)連接，梯級(jí)電站集中調(diào)度控制中心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置為：一臺(tái)路由器、一臺(tái)服務(wù)器、一臺(tái)交換機(jī)、一臺(tái)監(jiān)控工作站、一臺(tái)打印機(jī)、一套UPS電源。各電站監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置為：一臺(tái)路由器、一臺(tái)服務(wù)器、一臺(tái)交換機(jī)、一臺(tái)監(jiān)控工作站、一臺(tái)打印機(jī)、一套UPS電源。電站監(jiān)視系統(tǒng)組成由監(jiān)控主機(jī)、硬盤(pán)錄像機(jī)、攝像機(jī)三個(gè)主要部分組成，主要完成圖像采集、編碼和傳輸、攝像機(jī)控制、報(bào)警的輸入輸出。電站視頻監(jiān)控點(diǎn)主要是水輪發(fā)電機(jī)組及調(diào)速器、廠房電氣設(shè)備、升壓站設(shè)備。

2.2 調(diào)度系統(tǒng)的操作

（1）畫(huà)面監(jiān)視可按監(jiān)視地點(diǎn)分組，每組有四路、九路視頻，地點(diǎn)可以擴(kuò)充，點(diǎn)擊某路圖像時(shí)可以實(shí)時(shí)放大。

（2）單畫(huà)面全屏?xí)r，可通過(guò)鼠標(biāo)移動(dòng)和左右控制鍵控制攝像機(jī)，可方便用戶將計(jì)算機(jī)圖像顯示在屏幕上，有利于集中控制的需要。

（3）在多個(gè)用戶控制某個(gè)攝像機(jī)時(shí)，系統(tǒng)規(guī)定的優(yōu)先級(jí)別高的享有控制權(quán)，只有高優(yōu)先級(jí)別放棄控制權(quán)時(shí)，低優(yōu)先級(jí)的用戶才能控制。錄像提供三種方式，計(jì)劃錄像、報(bào)警錄像、手動(dòng)錄像。

（4）系統(tǒng)具有聯(lián)動(dòng)控制及報(bào)警功能。

（5）系統(tǒng)采用嚴(yán)格的操作密碼保護(hù)機(jī)制。

2.3 調(diào)度系統(tǒng)的配置

九宮梯級(jí)電站發(fā)電機(jī)均為0.4kV低壓出線，電站的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用ME-SHP-0.4-M低壓機(jī)組水電站自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)由ME-0.4-M低壓機(jī)組一體化控制屏組成。ME-0.4-M低壓機(jī)組一體化控制屏用一塊屏將一臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組的斷路器、機(jī)組控制、測(cè)量、保護(hù)、微機(jī)調(diào)速、微機(jī)勵(lì)磁、自動(dòng)準(zhǔn)同期、溫度檢測(cè)、電能計(jì)量等一、二次設(shè)備組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)一臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組全部自動(dòng)化控制。

系統(tǒng)配置的主要自動(dòng)化裝置設(shè)備接線形式統(tǒng)一、外形一致、通訊規(guī)約相同。正常情況下，電站運(yùn)行值班人員通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的彩色液晶顯示器和鍵盤(pán)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，對(duì)電站的水輪發(fā)電機(jī)組、主變壓器、線路、廠用電、勵(lì)磁、調(diào)速等主要設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)視，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也可以按運(yùn)行值班人員設(shè)定的負(fù)荷、負(fù)荷曲線、母線電壓，自動(dòng)進(jìn)行開(kāi)、停機(jī)組、并網(wǎng)操作，分配負(fù)荷，調(diào)整電壓、頻率，監(jiān)視電站主要設(shè)備的運(yùn)行情況。

監(jiān)控系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、分析處理故障，提高了水電站的運(yùn)行可靠性和自動(dòng)化水平，保障了水電站系統(tǒng)的安全性、可靠性、連續(xù)性。

2.4 調(diào)度系統(tǒng)的功能

通過(guò)上述改造，梯級(jí)電站能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：

（1）將三座蓄水水庫(kù)和各電站前池水位信號(hào)分成三檔輸入微機(jī)控制裝置，通過(guò)在水庫(kù)或前池中安裝的液位測(cè)量裝置，能準(zhǔn)確無(wú)誤地反映水庫(kù)水位的高低位置。在高水位時(shí)，自動(dòng)開(kāi)機(jī)和控制機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電；在中水位時(shí)（二檔），將自動(dòng)減少輸出功率至設(shè)定值；在低水位時(shí)，自動(dòng)停機(jī)，以利于水庫(kù)水量的合理利用。通過(guò)水位監(jiān)控和系統(tǒng)強(qiáng)大的信息傳輸功能實(shí)現(xiàn)梯級(jí)聯(lián)動(dòng)和自動(dòng)調(diào)度。

（2）自動(dòng)開(kāi)機(jī)及自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)同期、自動(dòng)調(diào)功。

（3）就地或遠(yuǎn)方控制停機(jī)，發(fā)生事故時(shí)自動(dòng)快速減少水機(jī)開(kāi)度，跳滅磁開(kāi)關(guān)，出現(xiàn)機(jī)組超速時(shí)，將控制進(jìn)水閥門(mén)（或折向器）關(guān)閉。

（4）自動(dòng)顯示電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、發(fā)電機(jī)組溫度等測(cè)量值。

（5）根據(jù)水位自動(dòng)選擇經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，手動(dòng)開(kāi)機(jī)、停機(jī)，手動(dòng)起勵(lì)、滅磁，手動(dòng)同期、手動(dòng)增功、手動(dòng)減功、常規(guī)儀表測(cè)量。

（6）微機(jī)控制裝置可通過(guò)RS485通訊口與后臺(tái)機(jī)相連，亦可以多臺(tái)機(jī)組同時(shí)聯(lián)接，組成一個(gè)現(xiàn)地控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方調(diào)度功能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)和變壓器的常規(guī)保護(hù)。

3 梯級(jí)智能調(diào)度系統(tǒng)的效益

九宮梯級(jí)電站位于較高海撥地區(qū)，交通和通信極不方便，梯級(jí)電站以往調(diào)度是通過(guò)工作人員直接到水庫(kù)觀察蓄水情況，再通過(guò)有線電話進(jìn)行梯級(jí)調(diào)度，有時(shí)電話聯(lián)絡(luò)不通，只能派車(chē)或派人進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，不能及時(shí)有效地進(jìn)行梯級(jí)調(diào)度，影響了發(fā)電效益，增加了生產(chǎn)成本。

九宮梯級(jí)電站的智能調(diào)度系統(tǒng)完全改變了電站落后的運(yùn)行方式，水情觀測(cè)、梯級(jí)聯(lián)動(dòng)、發(fā)電運(yùn)行在運(yùn)行操作人員的監(jiān)控下全部自動(dòng)進(jìn)行，全面提高了梯級(jí)電站發(fā)電運(yùn)行的安全性、可靠性和靈活性，實(shí)現(xiàn)了最大限度地利用流域水能資源，發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益可提高29.79%。

4 結(jié)語(yǔ)

九宮梯級(jí)電站通過(guò)上述改造后，實(shí)現(xiàn)了流域梯級(jí)自動(dòng)調(diào)度，梯級(jí)電站能夠根據(jù)三座水庫(kù)的蓄水情況自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)發(fā)電、停機(jī)，實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)調(diào)度自動(dòng)化，減少了盲目調(diào)度造成的水資源浪費(fèi)，發(fā)電效率顯著提高，達(dá)到了安全、可靠、自動(dòng)聯(lián)合調(diào)度的改造目標(biāo)。