農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀及策略探討

孟亮亮

（湖南省邵陽市水利水電勘測設(shè)計院 湖南省邵陽市 422000）

前言

作為重要的民生工程和可再生能源，農(nóng)村小水電長期以來始終受到國家的高度重視，但受到建成年代較早、設(shè)施老化、失修嚴(yán)重等問題影響，我國很多地區(qū)的農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行情況不容樂觀，農(nóng)村小水電的人員開支、運(yùn)營成本往往因此偏高，而為了盡可能改善農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行情況，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 運(yùn)行現(xiàn)狀

在筆者開展的實際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，隨著我國各地農(nóng)村小水電自動化改造的不斷開展，近年來我國農(nóng)村小水電自動化領(lǐng)域不斷取得新的成果，集中監(jiān)控模式在我國各地農(nóng)村小水電自動化控制中的廣泛應(yīng)用便屬于其中典型。長期以來，我國農(nóng)村小水電領(lǐng)域存在人員文化程度偏低、技術(shù)力量偏弱、員工隊伍不穩(wěn)定等問題，但隨著集中監(jiān)控模式開始服務(wù)于農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行，該模式可通過組建集控中心代替現(xiàn)場運(yùn)行人員的，農(nóng)村小水電自動化程度因此大幅提升。集中監(jiān)控模式需得到所屬電站的支持，農(nóng)村小水電協(xié)調(diào)運(yùn)行也將由此實現(xiàn)水資源的最經(jīng)濟(jì)利用，但集中監(jiān)控模式尚未在我國農(nóng)村小水電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較為廣泛應(yīng)用，因此自動化程度不一仍屬于我國現(xiàn)階段農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀[1]。

1.2 存在問題

1.2.1 設(shè)備、元件可靠性問題

雖然近年來農(nóng)村小水電自動化改造的廣闊市場潛力日漸引起重視，但我國現(xiàn)階段很多地區(qū)農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行仍面臨著設(shè)備、元件可靠性的侵?jǐn)_，農(nóng)村小水電站很容易因此出現(xiàn)無法開機(jī)、發(fā)電機(jī)組停機(jī)等故障，自動化設(shè)備、元件往往是引發(fā)這類故障的“元兇”。我國農(nóng)村小水電多位于交通不便的邊遠(yuǎn)地區(qū)，這就使得設(shè)備、元件可靠性問題引發(fā)的故障往往會導(dǎo)致農(nóng)村小水電長時間停機(jī)，由此帶來的經(jīng)濟(jì)損失必須得到關(guān)注[2]。

1.2.2 人員素質(zhì)問題

我國很對地區(qū)農(nóng)村小水電站以本地人作為主要維護(hù)人員，技術(shù)力量薄弱、缺乏專業(yè)培訓(xùn)、對自動化設(shè)備認(rèn)知不足等情況較為常見，很多自動化設(shè)備操作復(fù)雜的農(nóng)村小水電很容易因此出現(xiàn)運(yùn)行操作失誤、事故處理不當(dāng)?shù)葐栴}，農(nóng)村小水電很容易因此受到較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[3]。

2 農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行策略建議

2.1 合理選擇現(xiàn)地控制設(shè)備

對于我國農(nóng)村小水電的自動化設(shè)備選型來說，現(xiàn)地控制設(shè)備的選擇屬于其中關(guān)鍵，而綜合對比我國我國農(nóng)村小水電領(lǐng)域的現(xiàn)地控制設(shè)備不難發(fā)現(xiàn)，通用型PLC產(chǎn)品、小水電機(jī)組綜合控制保護(hù)裝置、機(jī)箱式一體化可編程智能控制裝置屬于其中典型，三類現(xiàn)地控制設(shè)備的優(yōu)缺點如下所示：①通用型PLC產(chǎn)品。四方CSC系列、日本三菱FX2、GE公司的GE9030、AB的Contrologix系列等均屬于農(nóng)村小水電領(lǐng)域較為常見的現(xiàn)地控制設(shè)備，這類設(shè)備多具備較為優(yōu)秀的抗振動性能、抗電磁干擾性能、防水防潮性能，但由于這類設(shè)備屬于工業(yè)PLC，這就使得其往往需要外加繼電器且僅支持單網(wǎng)通訊。②小水電機(jī)組綜合控制保護(hù)裝置。裝置功能高度集成化屬于這類設(shè)備的主要特點，同時較為低廉的價格也使得該設(shè)備在我國農(nóng)村小水電自動化控制領(lǐng)域有著較為廣泛應(yīng)用，但由于該類設(shè)備多采用工控機(jī)設(shè)計思想且CPU多為高電壓低頻單片機(jī)，這就使得該設(shè)備抗干擾性能、抗振動性能較差且無法較好應(yīng)對多個并發(fā)事件。③機(jī)箱式一體化可編程智能控制裝置。該類設(shè)備屬于專門為農(nóng)村小水電自動化控制量身定做的設(shè)備，由于設(shè)備引入了繼電保護(hù)裝置特點，這使得其不僅具備上述兩種現(xiàn)地控制設(shè)備的幾乎所有優(yōu)點，更能夠配置多種通訊接口、支持各種主要插件的熱備冗余配置，因此本文建議農(nóng)村小水電自動化設(shè)備選型盡量選擇機(jī)箱式一體化可編程智能控制裝置。

2.2 進(jìn)一步開展自動化改造

考慮到上文提及的農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行問題，本文建議相關(guān)地區(qū)開展自動化改造，這一改造需遵循“無人值班，少人值守”原則，通過引入上文提及的集中監(jiān)控模式，困擾我國各地農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行的諸多問題將迎刃而解。為提升研究的實踐價值，本文選擇某地S農(nóng)村小水電自動化改造實例分析對象，該小水電1991年投入運(yùn)行，多年平均發(fā)電量5125kWh，但隨著運(yùn)行時間的不斷增長，S小水電2003年投入運(yùn)行的自動化系統(tǒng)已無法滿足調(diào)度與管理需要，因此該小水電基于“無人值班，少人值守”原則開展了集中監(jiān)控模式改造。

2.2.1 改造目的

改造前的S小水電自動化設(shè)備運(yùn)行存在穩(wěn)定性較差、現(xiàn)場環(huán)境較差、通行數(shù)據(jù)傳輸故障頻繁等問題，因此采用了重新建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)的改造方式，改造后值守人員僅負(fù)責(zé)S小水電安全，設(shè)備的管理和維護(hù)將由集控中心統(tǒng)一負(fù)責(zé)，改造后的S小水電將無需設(shè)置運(yùn)行、維護(hù)人員。

2.2.2 改造方案

由于S小水電的傳感器、變換器等信息采集設(shè)備運(yùn)行良好，因此具體改造僅圍繞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、廠級監(jiān)控功能配置三方面展開，具體改造方案如下所示：①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造。采用了全開放、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，圖1為改造后的S小水電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中以太網(wǎng)的選擇可提升系統(tǒng)和設(shè)備的兼容性和先進(jìn)性，各LCU也能夠更好承擔(dān)監(jiān)控功能，廠級監(jiān)控采用了由控制層、網(wǎng)絡(luò)層、現(xiàn)地層組成的三層結(jié)構(gòu)。②設(shè)備選型。由于現(xiàn)實因素影響，S小水電未選擇上文提及的機(jī)箱式一體化可編程智能控制裝置，而是選擇了與繼電保護(hù)平臺裝置的同類型PLC產(chǎn)品，由此實現(xiàn)了直接對一次設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，PLC的故障點減少、變送器轉(zhuǎn)換中間環(huán)節(jié)省略在一定程度上彌補(bǔ)了PLC存在的不足。此外，選擇了Windows系統(tǒng)的計算機(jī)作為主機(jī)和操作員站，并同時配備了工業(yè)裝置型通訊設(shè)備、2kVA的UPS后備電源。③廠級監(jiān)控的功能配置。該配置用于應(yīng)急情況，具體配置功能包括人機(jī)接口、通訊接口、自診斷、統(tǒng)計及記錄、安全監(jiān)視及報警、電站運(yùn)行維護(hù)管理、數(shù)據(jù)采集與處理、控制操作。

圖1 改造后S小水電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 改造效果

S小水電改造于2016年底開始實施，2017年初進(jìn)行試運(yùn)行、2017年6月接入集控中心。完成改造后，S小水電人員由26人減為3人，截至本文發(fā)稿前該小水電尚未出現(xiàn)過數(shù)據(jù)錯誤情況，且檢修及維護(hù)工作量大幅減少，可見進(jìn)一步開展自動化改造具備的現(xiàn)實意義。

值得注意的是，加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)、提高農(nóng)村小水電經(jīng)營管理水平同樣能夠為農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行提供支持，但由于這類策略建議的治標(biāo)不治本、施行難度較大，因此本文不進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3 結(jié)論

綜上所述，近年來我國農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行水平不斷提升。而在此基礎(chǔ)上，本文涉及的合理選擇現(xiàn)地控制設(shè)備、進(jìn)一步開展自動化改造等實例，則證明了研究的實踐價值。因此，在農(nóng)村小水電自動化設(shè)備運(yùn)行相關(guān)的理論研究和實踐探索中，本文內(nèi)容能夠發(fā)揮一定程度的參考作用。

[1]劉香，袁汝華.基于熵權(quán)和AHP的農(nóng)村綠色小水電建設(shè)成效模糊綜合評價[J].水利經(jīng)濟(jì)，2016，34（06）：21～25+80.

[2]謝傳萍，張帥.小水電增效擴(kuò)容自動化改造常見問題探討[J].水電廠自動化，2015，36（03）：20～21.

[3]雷小玲.農(nóng)村小水電實現(xiàn)自動控制的技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（09）：133.