微機自動化在小水電中的應用

□李　灝□李　冰□張佳男（珠海市水利勘測設計院；河南省農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展中心；河南省農(nóng)田水利水土保持技術(shù)推廣站）

微機自動化在小水電中的應用

□李灝1□李冰2□張佳男3
（1珠海市水利勘測設計院；2河南省農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展中心；3河南省農(nóng)田水利水土保持技術(shù)推廣站）

小水電站的綜合自動化是一項綜合性工程，包括電站流域的水文氣象、各電站之間的互聯(lián)、通訊遙測技術(shù)的應用、設備自動控制和保護功能等。文章結(jié)合河南省小水電站微機自動化發(fā)展的現(xiàn)狀和出現(xiàn)的問題，提出今后微機自動化發(fā)展的設想，以供大家探討。

微機自動化；模塊化；智能化

1　自動化系統(tǒng)綜述

1.1水電站微機自動化的基本功能

水電站的綜合自動化是以微機處理系統(tǒng)為平臺，對整個電站（或流域內(nèi)梯級電站）從水文測報、機組啟停、工況監(jiān)視、輔助和公用設備控制、負荷分配、運行調(diào)度等全過程的自動控制。自動化系統(tǒng)還集成了數(shù)據(jù)采集預處理、機組監(jiān)測和記錄、操作與保護及功率調(diào)節(jié)等功能，并通過遙信技術(shù)與上一級調(diào)度部門進行實時數(shù)據(jù)通信。

與傳統(tǒng)的繼電保護相比，水電站的綜合自動化有如下優(yōu)勢：①減少運行人員，提高勞動效率，降低電站的年運行成本和經(jīng)營成本，從而提高了電站的經(jīng)濟效益。②采用微機自動準同期裝置，并網(wǎng)速度快，減少機電設備磨損。③微機自動化系統(tǒng)能實現(xiàn)更復雜的邏輯控制，增強操作安全性和智能性，提高事故處理能力，提高控制效率。④改變二次設備模式，減少控制室面積，降低工程造價。⑤實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的遠距離傳輸。微機自動化控制系統(tǒng)所有的狀態(tài)和物理量經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，信息量數(shù)字化，保證數(shù)據(jù)的不失真、高精度、抗干擾特性，便于遠距離傳輸。⑥組成水電站階梯調(diào)度系統(tǒng)，發(fā)揮水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度優(yōu)勢。

1.2小水電站自動化基本結(jié)構(gòu)

微機自動化現(xiàn)已成為小水電站控制保護的主流技術(shù)，微機自動化結(jié)構(gòu)簡圖如下：

2　小水電運行現(xiàn)狀與問題

圖1　站內(nèi)計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1河南省小水電情況

河南省小水電主要分布在豫北、豫西、豫南偏遠山區(qū)和革命老區(qū)，水能資源理論蘊藏量為504.50萬kW，技術(shù)可開發(fā)量320.70萬kW，適宜小水電資源可開發(fā)量達100.20萬kW。小水電資源絕大部分分布在豫北太行山區(qū)、豫西及豫西南伏牛山區(qū)、豫南桐柏——大別山區(qū)。從“七五”開始，河南省開始水電電氣化縣建設，截止到2015年底，共建成小水電站530座，年發(fā)電量10億kW/h，總裝機49.27萬kW，還有近50.83%的小水電資源尚未開發(fā)，有很大的開發(fā)空間。

2.2河南省小水電微機自動化現(xiàn)狀

國家從“七五”開始小水電電氣化縣的建設，經(jīng)過三十余年的努力，小水電建設取得長足進展，但是電站的控制保護系統(tǒng)相對落后。2000年左右，河南省水電站開始應用微機自動化控制系統(tǒng)。最開始的自動化技術(shù)不太成熟，各種機械、電氣設備在接口和兼容上不能達到微機自動化的要求，造成一些電站“大腦發(fā)達，四肢不靈”，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，微機自動化系統(tǒng)已成為水電控制保護的主流技術(shù)，其功能、穩(wěn)定性、兼容性都能很好滿足電站的運行，但也存在一些不盡如人意的地方，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.2.1自動化水平低

由于水電項目大多建設在偏遠山區(qū)，地方融資能力較差，主要靠政府投資，建設速度遠遠落后于自動化技術(shù)的發(fā)展，一些電站自動化設備還是幾十年前的繼電器型，極大落后于市場。

2.2.2技術(shù)力量薄弱，不能適應自動化運行要求

小水電站一般地處偏遠山區(qū)，技術(shù)力量薄弱，運行維護人員以本地人為主，大多沒有受過專業(yè)教育和培訓，無法適應復雜、繁多的自動化裝置和應付復雜的運行方式的要求。有些小水電站連一塊萬用表都沒有，更別說示波器等先進的檢測儀器和設備了。

2.2.3微機自動化設計冗雜

小水電站定義為裝機5萬kw以下的電站，河南省小水電大多裝機在幾千千瓦，對整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響甚小，但一些微機自動化廠家為追求經(jīng)濟利益，對一些并不實用的技術(shù)和功能大肆炒作，使微機自動化向貴族化、復雜化發(fā)展。

3　微機自動化的發(fā)展方向

一是小水電站的運行具有裝機小、開停機方便等特點，決定了小水電微機自動化系統(tǒng)設計方向上要與火電或大水電區(qū)分開來。由于小水電對系統(tǒng)沖擊較小，小水電站微機自動化系統(tǒng)不需要強調(diào)供電的可靠性，主要注重運行安全、經(jīng)濟；運行界面上力求簡化，接口盡量少，能夠做到“傻瓜操作”，這樣便于運行人員接受，也更能體現(xiàn)微機自動化的優(yōu)越性。二是微機自動化系統(tǒng)不僅要滿足自動化控制保護的需要，還要考慮優(yōu)化運行，提高經(jīng)濟效益。水電站的出力主要靠流量和水頭實現(xiàn)，河南省的徑流式電站較多，在不使用微機自動化優(yōu)化運行情況下，電站運行人員靠目測或簡單測量保證水輪機高水頭運行的方法基本不可能，而微機自動化實現(xiàn)這些功能不增加多少投資，但能產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。三是模塊化設計?，F(xiàn)在許多高科技產(chǎn)品都有向模塊化發(fā)展的方向，水電自控方案如果也采用模塊化設計，將大幅減少不必要的設備和投資。例如水電微機自動化設計上可以以每500～1000 kW作為一個功率單元來進行模塊設計，裝機容量每上升一個單位，相應的配置也高一個檔次。不同的單機和總裝機容量采用不同的保護方案，刪去許多不必要的方案，根據(jù)容量設計各種控制保護方案，供業(yè)主選擇，這樣雖然不能達到為每個電站進行訂做具體保護方案的效果，但更便于規(guī)?；a(chǎn)，提高了自動化廠家的生產(chǎn)效率。

4　水電微機未來展望

4.1電站的自動化

未來小水電站微機自動化設計可以參照街道上房式變壓器的形式，在電站正常運行的情況下，電站進行全封閉作業(yè)，未經(jīng)集控中心的調(diào)度命令，禁止人員進入，如果發(fā)生故障，則經(jīng)調(diào)度中心批準，派專門人員或廠家進入電站進行維修。這樣可以大大減小電站的運行人員開支，甚至不需要運行人員，電站與廠家合作關(guān)系，電站自動運行，有故障就停機自動轉(zhuǎn)接廠家客服，這樣既能節(jié)省電站的各種運行成本，也方便廠家更了解生產(chǎn)中的問題，掌握第一手的設計資料。

4.2小水電集控系統(tǒng)

由于小水電站基本上不存在火電相關(guān)的各種輔助的設備和設施，開停機方便，自動化程度很高，火電或者大水電根本不能實現(xiàn)的“無人值班”在小水電站中可以輕松實現(xiàn)?！盁o人值班”型小水電站通過遙控技術(shù)互聯(lián)在一起，就形成了小水電站的集控系統(tǒng)。其基本思路是將集控中心設在小水電站比較集中的某一縣城或規(guī)模較大的電站內(nèi)，控制中心微機通過調(diào)制解調(diào)器與公用電話網(wǎng)相連，這樣就將本區(qū)域內(nèi)各小水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接在一起了，如圖所示。

圖2　集中控制中心監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

實行水電的綜合調(diào)度，可以利用本地域內(nèi)的水文氣象、汛期的防汛需要等建立來水流量、防汛水位的數(shù)據(jù)庫，在不同的時期引入不同的自動發(fā)電模式。例如，在汛期可以采用棄水最少化的模式，根據(jù)汛期常年來水流量和防汛需要，在盡可能減少棄水的情況下發(fā)電。在枯水期可以采用用水最小化模式，抬高電站水位，調(diào)整導葉開度，利用盡可能少的水發(fā)盡可能多的電。并可以調(diào)整調(diào)度范圍內(nèi)的電站運行時間，對沒有蓄水能力的徑流式電站多發(fā)，對有蓄水能力的水庫電站可以先儲存部分水量，調(diào)節(jié)峰谷，提高水資源的利用效率。小水電作為綠色可再生能源，不僅運行成本低、綠色環(huán)保，而且在運行上能快速開停機，運行較火電更顯優(yōu)勢。但在電力系統(tǒng)中，小規(guī)模的電站由于在電力系統(tǒng)中的地位較小，經(jīng)常在運行、調(diào)度等各方面受人掣肘，致使在運行成本、環(huán)境成本都遠低于火電的小水電卻頻頻因為調(diào)峰、調(diào)荷等借口成為限發(fā)的對象。國家對小水電的各種優(yōu)惠政策不能得到體現(xiàn)，許多縣市的小水電上網(wǎng)電價偏低。

通過調(diào)度中心對小水電的運行進行統(tǒng)一調(diào)度，使小水電形成一種運行、發(fā)電上的聯(lián)盟，或許小水電就能擺脫了長期以來在電力系統(tǒng)中地位較低、發(fā)展受限的劣勢，并能使電力調(diào)度與水利防汛合理結(jié)合，科學調(diào)配，在汛期與用電峰谷期進行綜合考慮，為防汛和發(fā)電的綜合決策提供一個統(tǒng)觀全局的依據(jù)。

5　結(jié)語

綜上所述，水電站綜合自動化系統(tǒng)不僅在單一電站的運行控制上要遠優(yōu)于常規(guī)控制，并且對于梯級電站和電站群的集中調(diào)度控制上體現(xiàn)了更大的價值，其作用不能簡單的用1+1〉2來表示，微機自動化的應用，使小水電這樣一種作坊式的電站發(fā)展成為連鎖店規(guī)模的水電群，不僅有利于水電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，節(jié)省充分利用可再生能源，提高了水電站的運行效率，值得大力提倡。

（責任編輯：韋詩佳）

TM 76

B

1673-8853（2016）07-0138-02

2016-04-07