自動并網(wǎng)技術(shù)在石家莊農(nóng)村水電站的應(yīng)用與推廣

馮力鋒，靳志廣

自動并網(wǎng)技術(shù)在石家莊農(nóng)村水電站的應(yīng)用與推廣

馮力鋒，靳志廣

（石家莊市水電及農(nóng)村電氣化發(fā)展處，河北石家莊050021）

農(nóng)村水電站由于缺少資金，無力進行大型整體技術(shù)更新改造，迫切盼望投資少、效果顯著的小型局部更新改造。石家莊市水電及農(nóng)村電氣化發(fā)展處在全市農(nóng)村水電站推廣的水電站自動并網(wǎng)技術(shù)，效果良好，深受基層電站的好評；該技術(shù)對于提高水電站安全水平和經(jīng)濟效益、推進技術(shù)進步、提升農(nóng)村水電站形象和現(xiàn)代化水平有著積極意義。

農(nóng)村水電站；自動并網(wǎng)；技術(shù)；應(yīng)用；推廣

石家莊市很多農(nóng)村水電站建于20世紀七八十年代，受當時技術(shù)水平和經(jīng)濟條件的制約，設(shè)備簡單，自動化水平較低。對老舊電站進行技術(shù)更新改造，提高這些電站的經(jīng)濟效益和安全可靠性，確實不失為一項重要舉措。然而，多數(shù)水電站勉強維持生產(chǎn)，根本沒有資金進行整體技術(shù)改造。尋找投資少、效益明顯、見效快的技改項目，是水電工作者夢寐以求的事情。石家莊市水電及農(nóng)村電氣化發(fā)展處將老舊電站的手動并網(wǎng)改造成自動并網(wǎng)列為技改項目，很受歡迎。

1 推廣該項新技術(shù)的必要性

根據(jù)水利部《農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化指導(dǎo)意見》，以“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的思想為指導(dǎo)，堅持為農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民服務(wù)的方向，以滿足農(nóng)村經(jīng)濟社會發(fā)展對農(nóng)村水電的需求為目標，以逐步提高農(nóng)村水電現(xiàn)代化水平為重點，采用新技術(shù)新設(shè)備，提高農(nóng)村水電的安全性、可靠性、經(jīng)濟性。

發(fā)電機準同期并網(wǎng)是小水電站一項很頻繁的日常操作，是上網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。老舊小水電站大多采用整步表監(jiān)測法手動操作并網(wǎng)，并網(wǎng)時間長，浪費了大量水能，而且并網(wǎng)質(zhì)量不高。采用自動并網(wǎng)技術(shù)可以有效減少水能損失，提高經(jīng)濟效益，減輕運行人員勞動強度，減少事故發(fā)生率，減少運行人員，提高勞動生產(chǎn)率，對于提升農(nóng)村水電站技術(shù)和現(xiàn)代化水平，具有積極的戰(zhàn)略意義。

2 手動并網(wǎng)與自動并網(wǎng)比較

眾所周知，水電站與系統(tǒng)并列的理想條件是：電壓相同、頻率相等、相位相同、相序一致；但實際上，一般控制頻差最大不超過0.2Hz，電壓差應(yīng)在5%以內(nèi)，相角差不宜超過10°［1］。改造前的小水電站一般都采用手動準同期并網(wǎng)，要滿足上述幾個條件，相序一致容易達到；要想電壓相同就需要調(diào)節(jié)勵磁電流大小；要想使頻率相等就需要調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速；要想使相位相同就必須人工密切監(jiān)視整步表，當相位差接近零時，迅速合上開關(guān)，實現(xiàn)并列。并網(wǎng)時，需要有經(jīng)驗的值班員觀察電壓是否相同、頻率是否相等，還要掌握整步表相位差指針變化規(guī)律，捕捉并網(wǎng)時機。無經(jīng)驗的操作人員很難把握好準確的合閘時機，如果這種操作發(fā)生偏差甚至錯誤，對發(fā)動機的沖擊電流就會很大，可能造成機組的大軸扭曲、發(fā)電機的線卷受損等，嚴重的非同期并網(wǎng)甚至?xí)斐蓹C組和電網(wǎng)更大的事故［2］。

自動準同期是通過微機自動準同期裝置自動判斷待并側(cè)與系統(tǒng)側(cè)電源之間的電壓差、頻率差以及相角差，自動增減機組轉(zhuǎn)速或增減發(fā)電機勵磁，以使待并側(cè)與系統(tǒng)側(cè)同步。當捕獲到最佳同期點時，提前一定的導(dǎo)前時間（斷路器和整個合閘回路的動作時間）發(fā)出合閘命令，使并網(wǎng)斷路器在合閘瞬間兩端的電源正好處于或接近于同期點。自動準同期并網(wǎng)精確度高，導(dǎo)前時間可以精確設(shè)定，自動捕捉最佳同期點，合閘可靠性好，最大程度上減少了操作人員的工作量，避免了人為操作引起的事故，縮短了并網(wǎng)時間，減少了水量損失。微機自動準同期裝置的操作比老式準同期裝置邊界簡單，操作人員只需按下啟動按鈕就能完成發(fā)電機同期并網(wǎng)的復(fù)雜操作，消除了發(fā)電機并網(wǎng)對操作人員素質(zhì)的依賴性［3］。

3 根據(jù)電站實際選擇自動并網(wǎng)裝置

目前，微機型自動并網(wǎng)裝置應(yīng)用代表有：

（1）以51型單片機為核心的自動并網(wǎng)裝置。該裝置以高精度的時標計算相位差，通過微電腦對相位差脈沖串進行科學(xué)的平滑運算，確定準確的合閘點，以毫秒級的精度實現(xiàn)合閘。在待并兩側(cè)壓差合格、頻差合格，整定的提前時間與開關(guān)機械動作時間相吻合的情況下，可實現(xiàn)快速無沖擊合閘。適合無自動調(diào)速器和自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的低壓小型機組的水電站。

（2）以32位高性能數(shù)字處理芯片DSP320F2812為核心開發(fā)的自動并網(wǎng)裝置。帶微機通訊接口，精度更高、功能更強，以高精度的時標計算頻差、相位差，以毫秒級的精度實現(xiàn)合閘提前時間，可實現(xiàn)快速全智能調(diào)頻、調(diào)壓。不僅考慮了并網(wǎng)時的頻差，還考慮了其變化率（通常說的加速度），同時還采用了合閘角的預(yù)測技術(shù)，因此可以保證在頻差壓差合格的第一個滑差周期將待并側(cè)在無相差的情況下并入電網(wǎng)。該并網(wǎng)裝置適用于有自動調(diào)速器和自動調(diào)節(jié)勵磁的水電站。

（3）多用戶微機準同期裝置。本裝置充分考慮與自動化監(jiān)控系統(tǒng)相配合，可對8個同期點進行并列操作，每個同期點參數(shù)獨立設(shè)置，且具有獨立的電壓輸入回路和輸出控制回路，不需要外加選線設(shè)備，并網(wǎng)對象可以實現(xiàn)自動切換。該裝置適用于機組臺數(shù)多，同時開幾臺運行的水電站。

4 推廣應(yīng)用

2013年4月，為適應(yīng)新時期的發(fā)展要求，石家莊市水電及農(nóng)村電氣化發(fā)展處組織開展了農(nóng)村水電先進技術(shù)推廣年活動，確定了水電站自動并網(wǎng)裝置重點推廣應(yīng)用，組織了有關(guān)縣市水電管理部門及骨干水電站主要負責(zé)人和技術(shù)骨干，參觀學(xué)習(xí)自動并網(wǎng)技術(shù)，召開現(xiàn)場技術(shù)推廣會，先在平山縣小覺水電站、十里坪水電站安裝應(yīng)用，效果良好，深受電站管理者及值班員的歡迎。2014年，在原應(yīng)用推廣的基礎(chǔ)上，逐步擴大推廣范圍，并爭取到石家莊市財政資金支持，選擇小水電站相適合的自動并網(wǎng)裝置及輔助設(shè)備，組織技術(shù)人員進行方案設(shè)計，安裝調(diào)試，并逐步在全市推廣應(yīng)用。

5 效益分析

（1）社會效益。提高了農(nóng)村水電站企業(yè)的自動化水平；減輕了職工的勞動強度；減少了誤操作率和事故的發(fā)生；提升了農(nóng)村水電站形象和現(xiàn)代化水平，促進了兩個文明建設(shè)。

（2）經(jīng)濟效益。預(yù)計在43座水電站上推廣應(yīng)用，按每天平均進行1次并網(wǎng)操作，每次并網(wǎng)時間減少20min估計，全年可多發(fā)電合計1236120kW?h，多發(fā)電收入51.917萬元；同時可減少值班人員39人，按每人年平均工資3萬元計算，可節(jié)省開支117萬元；創(chuàng)直接經(jīng)濟效益168.917萬元。

（3）環(huán)境效益。直接多發(fā)電可相當于替代標煤432.642t，相當于減少薪柴消耗量1335t，相當于保護森林植被面積111畝，相當于減少30.9t煙塵排放量，相當于減少二氧化碳室溫氣體排放量988.9t，具有明顯的環(huán)境效益。

6 結(jié) 語

農(nóng)村水電站多數(shù)地處偏遠山區(qū)，信息閉塞，技術(shù)應(yīng)用滯后，現(xiàn)代化程度低。推廣水電站自動并網(wǎng)技術(shù)，是推動水電站技術(shù)進步的重要舉措，該項目投資少，效益明顯，可以提高勞動生產(chǎn)率，減少運行人員，減輕運行人員勞動強度，減少事故發(fā)生率；并能減少水能損失，提高經(jīng)濟效益，提升農(nóng)村水電站形象和現(xiàn)代化水平，具有積極的戰(zhàn)略意義。

利用新技術(shù)推廣促進水電行業(yè)技術(shù)進步、提高安全水平、增加整體效益，不失為小水電管理的一項有效措施。

［1］ 鄭運洪．發(fā)電機手動準同期并網(wǎng)電路的改進［J］．冶金自動化，2012（S2）：600_602．

［2］ 孫 唯．發(fā)電機同期并網(wǎng)技術(shù)分析［J］．中國科技博覽，2012（30）：316_317．

［3］ 孫麗娜，郭曉宇．淺析發(fā)電機自動準同期并網(wǎng)技術(shù)［J］．科技與企業(yè)，2014（9）：118．

責(zé)任編輯 吳 昊

2014－12－12

馮力鋒（1971－），男，高級工程師，主要從事水電站運行與管理工作。E_mail：flf238＠163.com