梯級集控中心建設(shè)探討

王家陳，楊四紅，張孝武

(1.云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，昆明 650051;2.國電迪慶香格里拉發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 迪慶 674402)

0 前言

水電資源的管理水平在發(fā)展進(jìn)步，其中，一個流域內(nèi)的所有電站實行統(tǒng)一調(diào)度的管理模式得到了一致認(rèn)可和大力應(yīng)用。要實現(xiàn)流域電站的統(tǒng)一調(diào)度，必須組建以流域為單位的梯級電站調(diào)度中心或集控中心。目前，華能瀾滄江集控中心、以禮河、西洱河、蘇帕河等的流域梯級電站集控中心管理的實踐和取得的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，有力地證明了梯級水電站集控中心管理切實可行。

本文以碩多崗河流域梯級電站規(guī)劃為基礎(chǔ)，對集控中心建設(shè)的選址、系統(tǒng)構(gòu)成、建成后的效益等進(jìn)行分析、探討。

1 流域概況

碩多崗河是金沙江左岸的一級支流，河流全長153.32 km，流域面積1 966.2 平方公里，河口多年平均流量30.4 m/s，總落差2 100 m，平均比降13.7‰。水能理論蘊(yùn)藏量35.2 萬千瓦，規(guī)劃“一庫六級”開發(fā)，依次為小中甸水庫(電站15 MW)、吉沙水電站(120 MW)、吊江巖水電站(25 MW)、沖江河一期水電站(22.3 MW)、沖江河(擴(kuò)容)水電站(48 MW)、螺絲灣水電站(60 MW)、月亮坪水電站(40 MW)?？傃b機(jī)容量330.3 MW，保證出力156 MW，年發(fā)電量18.19 億Kw.h，并以螺絲灣水電站為母體，逐步實施對全流域的滾動、梯級開發(fā)。碩多崗河流域梯級電站分布情況如圖1 所示:

圖1 碩多崗河流域梯級電站分布示意圖

2 碩多崗河梯級集控中心總體規(guī)劃

一期規(guī)劃:在香格里拉發(fā)電有限責(zé)任公司辦公樓建設(shè)碩多崗河集控中心，集控已經(jīng)投產(chǎn)運行的吉沙水電站、沖江河一期水電站、沖江河擴(kuò)充水電站、螺絲灣水電站四個電站。在碩多崗河集控中心中納入四個被集控電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、振擺系統(tǒng)、通信系統(tǒng);基本實現(xiàn)先運行的四個梯級電站集中控制和管理，滿足集控中心建立標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)度要求。

二期規(guī)劃:將一期四個電站的消防監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、ON－CALL系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)納入集控中心，完善一期四個電站的系統(tǒng)功能。將吊江巖水電站、小中甸水庫電站、月亮坪水電站三個電站納入集控中心，并完成計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、振擺系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、ON－CALL 系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)接入集控中心的工作。

三期規(guī)劃:在麗江市或昆明市成立碩多崗河梯級電站遠(yuǎn)方集控中心。實現(xiàn)與國電在云南的其它電站或流域更大規(guī)模的集控中心。

3 集控中心系統(tǒng)配置

在碩多崗河集控中心中納入四個被集控電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、振擺系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，基本實現(xiàn)先運行的四個梯級電站集中控制和管理，滿足集控中心建立標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)度要求。

3.1 生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)

流域梯級電站集中控制與管理系統(tǒng)是將現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中的自動化與信息化完美結(jié)合，互相兼容，實現(xiàn)資源共享，將自動化系統(tǒng)各方面產(chǎn)生的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行積累。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的控制、收集、存儲、整合、統(tǒng)計、分析和挖掘，經(jīng)系統(tǒng)過濾，統(tǒng)計，分析后形成管理數(shù)據(jù)，即保證了數(shù)據(jù)的實時性，真實性和唯一性，又提高了工作效率，管理者可在最短的時間內(nèi)查找到當(dāng)前最新的數(shù)據(jù)信息，避免了因數(shù)據(jù)不及時和不準(zhǔn)確造成的損失。

3.2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

碩多崗河流域梯級水電站集控中心是以自動發(fā)電控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度為目的，實現(xiàn)“無人值班，少人值守”的管理模式，對于集控中心計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來說，最核心的任務(wù)是實現(xiàn)流域經(jīng)濟(jì)調(diào)度和自動發(fā)電。能實現(xiàn)各梯級電站的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視，可實現(xiàn)遠(yuǎn)方自動加減負(fù)荷，AGC、AVC、EDC 功能。在硬件設(shè)備和監(jiān)控軟件都必須是具有先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、升級維護(hù)比較方便等。

3.3 工業(yè)電視系統(tǒng)

一般情況下，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)缺點是對現(xiàn)場環(huán)境(人、設(shè)備、線路等對象)缺乏直觀的觀察和了解。工業(yè)電視作為監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充手段，具有可靠性，實時性、清晰性，可記錄性的特點，實現(xiàn)電廠安全運行的重要保證。工業(yè)電視已經(jīng)成為實現(xiàn)水電廠“無人值班，少人值守”的重要技術(shù)保證。同時兼顧電站消防監(jiān)控系統(tǒng)火災(zāi)確認(rèn)的需要，有效的防范火災(zāi)事故的發(fā)生和蔓延，保障電站設(shè)備的安全運行和人員的安全。

3.4 機(jī)組振擺監(jiān)測系統(tǒng)

通過設(shè)置機(jī)組振擺在線監(jiān)測系統(tǒng)，采集機(jī)組運行過程中的振動、擺度、壓力脈動等數(shù)據(jù)，能實時監(jiān)測分析機(jī)組穩(wěn)定性狀況，及時發(fā)現(xiàn)機(jī)組故障、指導(dǎo)機(jī)組運行和檢修。集控中心納入機(jī)組振擺監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r、動態(tài)掌握機(jī)組振動區(qū)與運行水頭、功率等的關(guān)系。通過專家系統(tǒng)的分析和判斷，能夠得到各機(jī)組動態(tài)的振動區(qū)，即能確定機(jī)組振動區(qū)邊界曲線與運行水頭的函數(shù)關(guān)系，為機(jī)組負(fù)荷分配優(yōu)化運行提供數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。

3.5 通信系統(tǒng)

根據(jù)碩多崗河流域梯級電站集控中心對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的考慮，對梯級通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行全流域的統(tǒng)一規(guī)劃，以滿足碩多崗河梯級集控中心和各梯級電站之間的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視、機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng)(振動擺渡)及水情測報系統(tǒng)、對調(diào)度通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求。結(jié)合目前各梯級電站光纖通信的現(xiàn)狀，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝逦?，結(jié)構(gòu)合理，層次分明，網(wǎng)絡(luò)分期實施，易擴(kuò)展，后期網(wǎng)絡(luò)接入主干時不應(yīng)影響已有網(wǎng)絡(luò)的運行。

3.6 其它重要系統(tǒng)

集控中心綜合自動化系統(tǒng)還包括:消防監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、ONCALL 系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)等。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

項目建成后，年均增加發(fā)電量(1 117.5～2 235)萬kw.h，減少值班運行人員41 人，降低運行成本，增加機(jī)組運行壽命年限，減少停機(jī)事故次數(shù)，可預(yù)測經(jīng)濟(jì)效益在(511.25～841)萬/年。

4.1.1 成組控制效益

對不同的電廠，由于其設(shè)計水頭不同，水庫調(diào)節(jié)能力各異，因而其計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動發(fā)電成組控制功能所產(chǎn)生的超發(fā)電率a 值有較大差別。高水頭、水庫具有多年調(diào)節(jié)能力的水電廠其a 值可高達(dá)4%，低水頭徑流式水電廠則僅為0.2 %左右，故一般0.2 %－＜a＜－4 %。水電廠成組控制增益值a (%)，可查詢表1。

表1 水電站成組控制效益表

梯級電站集控效益評估:各梯級電站水頭均高于100 m，年調(diào)節(jié)的方式下進(jìn)行評估。

梯級電站的發(fā)電增加量Wi:Wi=W×a (%);

式中:W=設(shè)計年平均發(fā)電量;

a (%)=梯級電站集控中心綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行成組控制效益評估;

梯級電站增加發(fā)電量有效緩解枯水期間火電廠承擔(dān)電網(wǎng)基負(fù)荷造成的CO2排放量QC:QC=Wi×k;

式中:k=0.886，k 為火電廠發(fā)電功率與CO2排放量之比。

梯級電站的發(fā)電增效益T:T=Wi×d=W×a×d;

式中:d=年平均上網(wǎng)電價。

綜上所述，結(jié)合碩多崗河流域各梯級電站的現(xiàn)狀，可以得出碩多崗河流域梯級電站成組控制效益如表2 所示:

表2 碩多崗河流域梯級電站成組控制效益表

4.1.2 電站運行安全指標(biāo)的提高所帶來的增益

水輪發(fā)電機(jī)組避開流態(tài)不穩(wěn)的水力不平衡區(qū)，受蝸殼、尾水壓力脈動影響變小，降低因壓力脈動較大引起蝸殼、尾水管等金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生形變的幾率，減弱轉(zhuǎn)輪氣蝕強(qiáng)度，延長檢修周期，縮短檢修工期。以吉沙水電站一臺機(jī)組檢修時處理轉(zhuǎn)輪裂紋及尾水管焊縫裂紋為例:按照標(biāo)準(zhǔn)，水電站機(jī)組每三年至五年需進(jìn)行一次較大檢修，每次檢修處理轉(zhuǎn)輪裂紋及尾水管焊縫裂紋費用約3 萬元。吉沙水電站從投產(chǎn)后機(jī)組經(jīng)常處于振動區(qū)域運行，在近兩年C 修時均對轉(zhuǎn)輪裂紋及尾水管焊縫裂紋進(jìn)行過處理，如果能夠避開振動區(qū)運行，處理次數(shù)變?yōu)槿暌淮?，則每臺機(jī)至少可節(jié)約資金6 萬元。每年吉沙水電站可節(jié)約檢修資金12 萬元。

4.2 社會效益

通過本項目的實施，有利于該地區(qū)的扶貧發(fā)展，造福地方百姓的能力和決心，并使之成為滇西北重要的水電能源基地，為我國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

4.3 環(huán)境效益

合理利用流域水資源，采用各種優(yōu)化技術(shù)統(tǒng)一安排優(yōu)化的梯級電站運行方式，不僅可使梯級電站發(fā)電效益最大。而且“節(jié)水增發(fā)電”還意味著整個電力系統(tǒng)電煤消耗的減少，具有全局意義上的節(jié)能和環(huán)保的作用，實現(xiàn)“節(jié)能調(diào)度”。

5 結(jié)束語

要實現(xiàn)流域電站的統(tǒng)一調(diào)度，必須組建以流域為單位的梯級電站調(diào)度中心或集控中心。建立碩多崗河流域梯級集控中心，實現(xiàn)流域內(nèi)電站遠(yuǎn)方集中控制、機(jī)組優(yōu)化運行，減輕運行人員勞動強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益，意義十分重大。

［1］楊非，李東風(fēng).梯級電站集控中心監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案［J］.水電廠自動化，2010，31 (3):31－3.

［2］刁東海，吳正義.瀾滄江流域梯級電站集控中心監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)［J］.水電廠自動化，2008，29 (4):50－54.

［3］蔡秀麗.大濟(jì)溪流域梯級電站規(guī)劃方案探討［J］.水利科技，2010 (02):17－02.

［4］單文坤.王國華.流域梯級水電站集控中心監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.內(nèi)江科技，2010，31 (9).

［5］馬光文，劉金煥，李菊根.流域梯級水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度［M］.北京:中國電力出版社，2008.