華光潭一級(jí)水電站無人值班若干條件的探討

程言忠

（浙江浙能華光潭水力發(fā)電有限公司，浙江 杭州，311322）

0 引言

水電廠無人值班在我國探索、實(shí)踐已有20余年。1996年原電力工業(yè)部發(fā)布《關(guān)于水電廠“無人值班”（少人值守）的若干規(guī)定（試行）》，2002年原國家電力公司發(fā)布《水電廠無人值班的若干規(guī)定》。上述文件對(duì)水電廠控制系統(tǒng)、自動(dòng)化設(shè)備、設(shè)計(jì)、管理等方面提出了相關(guān)要求。國內(nèi)也有一些水電廠積極探索、推廣無人值班的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了實(shí)踐并取得良好的效果。

華光潭梯級(jí)水電站位于浙江省杭州市臨安區(qū)分水江干流昌化江上游的巨溪，由兩個(gè)電站組成，即一級(jí)電站和二級(jí)電站。一級(jí)電站裝機(jī)2×30 MW，二級(jí)電站裝機(jī)2×12.5 MW，兩電站之間距離約8 km，目前已實(shí)現(xiàn)集中控制。集控中心位于二級(jí)電站，具備了較高的自動(dòng)化水平。在此基礎(chǔ)上，提出了一級(jí)電站實(shí)現(xiàn)完全無人值班的目標(biāo)。筆者結(jié)合國內(nèi)情況，對(duì)一級(jí)電站現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施進(jìn)行了評(píng)估，對(duì)電站實(shí)現(xiàn)無人值班的條件進(jìn)行了初步探討。

1 無人值班的基本概念

與傳統(tǒng)意義上的廠房內(nèi)無人值班，但24 h有少人值守的“無人值班”（少人值守）運(yùn)行方式不同，水電廠真正意義上的無人值班可定義為廠房內(nèi)不是全天24 h都有人值班或值守，基本特征是廠房內(nèi)無人值班，白天定時(shí)巡視，夜間鎖門運(yùn)行。

2 華光潭一級(jí)水電站實(shí)現(xiàn)無人值班的若干條件

要實(shí)現(xiàn)水電廠的無人值班，提高設(shè)備可靠性并保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行是基礎(chǔ)，特別要注意保證機(jī)組開停機(jī)過程中的安全穩(wěn)定運(yùn)行。要切實(shí)做好防火、防水淹廠房的安全措施，全面提高全廠綜合自動(dòng)化水平，并且落實(shí)必要的外部條件。同時(shí)，要充分考慮華光潭一級(jí)水電站自身實(shí)際，進(jìn)行有針對(duì)性的改造。

2.1 提高設(shè)備的安全可靠性

（1）采取多重（多級(jí)）過速保護(hù)，以保證機(jī)組不會(huì)發(fā)生長時(shí)間飛逸事故。電站目前機(jī)組過速保護(hù)裝置有霍爾元件測(cè)速裝置、PT測(cè)速裝置、機(jī)械過速保護(hù)裝置（轉(zhuǎn)速信號(hào)器），均通過電氣信號(hào)啟動(dòng)事故停機(jī)流程。在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，可增加一套純機(jī)械過速保護(hù)裝置，在機(jī)組甩負(fù)荷、調(diào)速器失靈等特殊運(yùn)行工況下，機(jī)組出現(xiàn)過速，通過純機(jī)械過速保護(hù)裝置使事故配壓閥動(dòng)作并截?cái)嘀髋鋲洪y與導(dǎo)葉接力器的油路，關(guān)閉接力器，從而提高機(jī)組過速保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

（2）有保證機(jī)組在靜止工況下不發(fā)生蠕動(dòng)或計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)有蠕動(dòng)監(jiān)測(cè)并強(qiáng)制制動(dòng)的措施。電站機(jī)組的運(yùn)行水頭一般都在200 m以上，高水頭電站的機(jī)組蠕動(dòng)現(xiàn)象非常常見，可修改計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組開停機(jī)流程，實(shí)現(xiàn)機(jī)組停機(jī)加閘、開機(jī)撤閘，或者增設(shè)機(jī)組蠕動(dòng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，當(dāng)判斷機(jī)組蠕動(dòng)時(shí)自動(dòng)加閘。

（3）進(jìn)水口閘門應(yīng)實(shí)現(xiàn)冗余控制。既可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地自動(dòng)啟、落門，又可通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟、落門，特別應(yīng)具備動(dòng)水條件下遠(yuǎn)程、可靠、快速關(guān)閉的功能。

（4）調(diào)速器控制系統(tǒng)雙重冗余配置。電站原機(jī)組調(diào)速器電氣控制、液壓控制均為單套控制系統(tǒng)，無冗余配置，投產(chǎn)時(shí)間長、設(shè)備可靠性低，需進(jìn)行改造，采用雙冗余控制系統(tǒng)。

2.2 加強(qiáng)防火的安全措施

（1）廠房內(nèi)應(yīng)有火災(zāi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，消防報(bào)警信號(hào)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

（2）在通信機(jī)房、蓄電池室、10 kV開關(guān)室、繼電保護(hù)室等重要區(qū)域增設(shè)自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

（3）增設(shè)高位消防水池，作為備用消防給水系統(tǒng)。

（4）在開關(guān)柜、斷路器、變壓器、電纜頭等電力設(shè)備的重點(diǎn)部位或區(qū)域加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)，在過熱前可及時(shí)采取措施，將事故隱患消除在萌芽狀態(tài)。

2.3 防止水淹廠房的安全措施

（1）對(duì)廠房漏水、廠房排水等進(jìn)行排查整治，逐步消除廠房各滲水點(diǎn)，確保廠房排水系統(tǒng)暢通。

（2）滲漏集水井水位信號(hào)冗余配置?？稍O(shè)置兩種不同原理的液位采集方式測(cè)量滲漏集水井水位，控制滲漏水泵啟停，并將水位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）對(duì)水淹廠房報(bào)警水位信號(hào)器進(jìn)行完善。對(duì)現(xiàn)有的水淹廠房報(bào)警水位信號(hào)器進(jìn)行排查、梳理，對(duì)不滿足要求的水位信號(hào)器進(jìn)行更換，并根據(jù)實(shí)際情況增加水位信號(hào)器的布置點(diǎn)。

（4）對(duì)廠外排水系統(tǒng)進(jìn)行改造。電站廠外排水系統(tǒng)作為防止水淹廠房至關(guān)重要的安全保障，分上游側(cè)廠外排水系統(tǒng)和下游側(cè)廠外排水系統(tǒng)，每側(cè)廠外排水系統(tǒng)由一臺(tái)潛水泵、一套閘閥、排水管路組成。原排水系統(tǒng)閘閥密封效果較差，只有手動(dòng)操作，無遠(yuǎn)程控制功能，且操作不便。因此，需對(duì)廠外排水系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高設(shè)備可靠性，并增加遠(yuǎn)程控制功能。

2.4 提高電站綜合自動(dòng)化水平

2.4.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

（1）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備應(yīng)冗余配置，系統(tǒng)功能應(yīng)實(shí)用、可靠。采用雙網(wǎng)冗余模式，配置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、數(shù)據(jù)庫、人機(jī)界面、報(bào)表等功能，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)的主備自動(dòng)切換、操作監(jiān)視、調(diào)度通訊、事故追憶處理、自診斷及自恢復(fù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、打印等基本功能。

（2）設(shè)置緊急停機(jī)及聯(lián)跳硬布線回路。對(duì)于水力機(jī)械事故，如機(jī)組過速、調(diào)速器事故低油壓以及緊急停機(jī)按鈕等信號(hào)，正常停機(jī)時(shí)，停機(jī)流程由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。而就地控制單元完全故障時(shí)，其故障信號(hào)將停機(jī)回路切換到簡單硬布線停機(jī)回路[1]。

（3）研究制定當(dāng)電站設(shè)備設(shè)施等出現(xiàn)緊急情況時(shí)由現(xiàn)場(chǎng)保安人員協(xié)助處理的應(yīng)急措施和處理方法。

2.4.2 輔助設(shè)備自動(dòng)化

（1）自動(dòng)化元器件應(yīng)滿足無人值班的要求。需對(duì)電站現(xiàn)有的自動(dòng)化元器件進(jìn)行排查、梳理，對(duì)健康水平和自動(dòng)化程度不能滿足無人值班要求的元器件進(jìn)行改造。

（2）輔機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。電站目前輔機(jī)設(shè)備的控制部分采用常規(guī)控制，部分采用PLC控制，采用PLC控制的也是各自獨(dú)立、沒有互聯(lián)，且多數(shù)控制系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間長，自動(dòng)化元器件老化較為嚴(yán)重。為了實(shí)現(xiàn)無人值班，可對(duì)原本獨(dú)立運(yùn)行的各輔機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行更新、改造，采用以太網(wǎng)方式與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊，采用光纖介質(zhì)連接，各輔機(jī)控制單元通過網(wǎng)絡(luò)接入輔機(jī)系統(tǒng)交換機(jī)，搭建輔機(jī)系統(tǒng)星型網(wǎng)，再將該網(wǎng)接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的通訊，向主控傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)，接收主控遠(yuǎn)程下達(dá)的控制命令。主控負(fù)責(zé)對(duì)各輔機(jī)控制器下達(dá)總命令，輔機(jī)控制器負(fù)責(zé)輔機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的具體控制邏輯。同時(shí)，在集控中心具備常規(guī)遠(yuǎn)程的緊急操作。電站輔機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 輔機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1 Topology of auxiliary network

（3）調(diào)速器、球閥壓油裝置應(yīng)具備自動(dòng)補(bǔ)氣功能。目前調(diào)速器、球閥壓油槽仍采用手動(dòng)補(bǔ)氣，需對(duì)調(diào)速器、球閥壓油槽自動(dòng)補(bǔ)氣裝置進(jìn)行改造，選擇質(zhì)量可靠的自動(dòng)補(bǔ)氣裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)氣。

2.4.3 廠用電系統(tǒng)自動(dòng)化

廠用電各段之間必須合理裝設(shè)可靠的備自投裝置，避免重要廠用設(shè)備中斷而引發(fā)事故。備自投裝置應(yīng)設(shè)計(jì)為雙向備自投,即當(dāng)故障電源恢復(fù)后,應(yīng)能自動(dòng)切換為常用的分段運(yùn)行方式。電站部分廠用電400 V進(jìn)線開關(guān)配置有失壓脫扣功能，該功能在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)予以取消，否則備自投裝置將無法正確動(dòng)作。

2.4.4 可靠、完善的遙視功能

對(duì)工業(yè)電視系統(tǒng)（包含安防系統(tǒng)）進(jìn)行更新?lián)Q代，增加前端監(jiān)視點(diǎn)，以便遠(yuǎn)程集控中心能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行、安全管理、防火防盜等方面進(jìn)行圖像監(jiān)控。工業(yè)電視系統(tǒng)可具備與監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)工業(yè)電視系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出指令將攝像頭對(duì)準(zhǔn)報(bào)警設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)重要設(shè)備或部位的紅外測(cè)溫監(jiān)視，以及對(duì)重要安防區(qū)域的人員智能跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)智慧視頻監(jiān)視，為遠(yuǎn)程值班人員提供現(xiàn)場(chǎng)的圖像畫面，便于及時(shí)遠(yuǎn)程處理及決策。

2.4.5 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

無人值班水電站主設(shè)備應(yīng)能初步實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷，獲取各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而使無人值班建立在充分可靠與安全的基礎(chǔ)之上[2]。

（1）機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。電站原機(jī)組振動(dòng)、擺度監(jiān)測(cè)裝置只能顯示數(shù)據(jù)，無數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、查找、分析等功能，不能實(shí)現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障分析，且裝置投運(yùn)時(shí)間長，故障頻率增大。可增設(shè)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過監(jiān)測(cè)與水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性有關(guān)的參數(shù)，如大軸擺度、機(jī)架振動(dòng)、壓力脈動(dòng)等，實(shí)時(shí)監(jiān)視水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)故障隱患。

（2）主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。電站主變目前只具備油溫、繞組溫度的監(jiān)測(cè)，不具備對(duì)主變油色譜、油微水等的監(jiān)測(cè)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)主變運(yùn)行狀態(tài)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可根據(jù)主變的結(jié)構(gòu)位置及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，加裝主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)采集變壓器油色譜、微水、油溫及繞組溫度等運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患。

2.4.6 數(shù)據(jù)的集中采集、分析

通過智能診斷、預(yù)警、移動(dòng)查詢技術(shù)的應(yīng)用，可以充分利用電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，建成大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并找到解決問題的手段，提升電站的運(yùn)行維護(hù)管理水平。

（1）水電廠設(shè)備監(jiān)測(cè)分析、診斷技術(shù)。以大型數(shù)據(jù)庫為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，全面采集計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結(jié)合關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的集成分析，實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與故障診斷，為優(yōu)化運(yùn)行、檢修策略提供智能輔助決策。

（2）水電廠移動(dòng)智能查詢技術(shù)。為了使生產(chǎn)管理人員及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在移動(dòng)智能終端實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理、信息查詢、數(shù)據(jù)預(yù)警、智能分析、實(shí)時(shí)決策等功能。

2.4.7 良好的通信通道

無人值班水電站的大部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、事故和故障報(bào)警數(shù)據(jù)、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)與管理數(shù)據(jù)等均應(yīng)能安全、可靠地上傳至遠(yuǎn)程集控中心[2]。電站通過構(gòu)建生產(chǎn)區(qū)光纖通信環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，即電站與集控中心之間分別采用兩條獨(dú)立的光纖環(huán)網(wǎng)通道，承載所有功能業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息通信和數(shù)據(jù)交互，并保證其安全可靠穩(wěn)定。電站通信環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖2所示。

2.5 必要的外部條件

圖2 通信環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋱DFig.2 Topology of communication ring network

（1）對(duì)人員素質(zhì)的要求。無人值班方式下，運(yùn)行值班人員需要全面、熟練掌握設(shè)備、運(yùn)行方式、操作方法，應(yīng)具有較強(qiáng)的應(yīng)急處置能力?？赏菩羞\(yùn)維一體化的管理模式，進(jìn)一步打破運(yùn)行、維護(hù)的界限，實(shí)行運(yùn)行、維護(hù)交叉互學(xué)。

（2）完善規(guī)章制度。制定和推行適合無人值班的一系列新的制度和規(guī)程、規(guī)范，明確工作責(zé)任、內(nèi)容和范圍，如車輛管理制度、安全警衛(wèi)制度以及設(shè)備退出運(yùn)行時(shí)隔離、安全措施的操作和監(jiān)護(hù)制度等，特別在日常要做好事故預(yù)演和預(yù)案演練，提高相關(guān)人員的應(yīng)急處置能力。

3 結(jié)語

水電站無人值班的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行更加安全，對(duì)電站的設(shè)備狀態(tài)、自動(dòng)化水平、人員素質(zhì)和管理水平都提出了更高要求，而不是簡單地將運(yùn)行人員從站內(nèi)撤出。因此，需要對(duì)設(shè)備配置、系統(tǒng)功能、技術(shù)性能、管理模式等進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，積極穩(wěn)妥地推進(jìn)。 ■

[1]水電廠無人值班的若干規(guī)定:國電發(fā)[2002]685號(hào)[Z].

[2]謝宇正,張志猛.關(guān)于大型水電廠實(shí)現(xiàn)無人值班若干條件的探討[J].水力發(fā)電,2000(2):59-61.

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[4]王申煜宸.從隔河巖水電廠的運(yùn)行現(xiàn)狀探討“無人值班”(少人值守)值班方式[J].水電與新能源,2013(2):55-57.

[5]黃文寶,盧任文.中小型水電站完全無人值班運(yùn)行模式[J].中國水能及電氣化,2012(3):34-39.