小型水電站自動化無人值守運行的應(yīng)用分析

舒繼武

摘? 要：我國水利資源較為豐富且分布廣泛，在許多河流上都建有小型水電站，為我國電力能源的穩(wěn)定供給提供了有力的支撐作用。然而，很多小水電站地處偏遠，交通閉塞，造成電站的運維管理成本較高，管理水平相對較低。該文依據(jù)我國小型水電站運行過程中面臨的實際需求，闡明了自動化無人值守系統(tǒng)在小型水電站運行管理中的作用和價值，并深入分析了自動化無人值守系統(tǒng)的功能要求和關(guān)鍵技術(shù)，希望為我國小型水力發(fā)電運行管理部門提供一定的參考思路。

關(guān)鍵詞：小型水電站;自動化;無人值守

中圖分類號：TV736? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

使用自動化無人值守系統(tǒng)能夠有效解決問題，提升小型水電站運行效率，降低運行管理成本，具有很強的現(xiàn)實意義。

1 自動化無人值守在小型水電站運行中的作用和價值

1.1 提升設(shè)備可靠性

大多數(shù)小型水電站的運行維護人員專業(yè)水平不高，導(dǎo)致水電站運行可靠性低，無法及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，人工運行時誤操作較多，降低了水電站的運行效率。水電站使用自動化無人值守系統(tǒng)后，可以通過各種自動化控制設(shè)備對水電系統(tǒng)進行快速、準(zhǔn)確地檢測、控制和報警，既能防止異常工況發(fā)展成事故，又能保護事故中的設(shè)備不受更嚴(yán)重的損壞，從而提高電站的安全運行水平。另一方面，通過自動控制設(shè)備來完成小型水電站的運行和控制，不僅可以有效降低運行人員誤操作的可能性，從而減少由于人為因素引發(fā)事故的可能性，而且可以縮短系統(tǒng)控制時間，特別是在水電站設(shè)備出現(xiàn)緊急故障時，自動化系統(tǒng)能根據(jù)故障信息進行快速處置，及時防止更嚴(yán)重的事故發(fā)生。

1.2 提升發(fā)電效率和電能質(zhì)量

近年來，我國電網(wǎng)對發(fā)電設(shè)備上網(wǎng)質(zhì)量要求不斷提升，要求水電站上網(wǎng)電壓波形偏移不能超過額定電壓的5%，上網(wǎng)頻率偏差低于0.5 Hz，這對水電站的控制精度具有較高的要求，此外，還有一些小型水電站水頭并不穩(wěn)定，為了提高水輪機利用效率，采用變速運行策略，這要求控制系統(tǒng)具有較高的實時性，這些現(xiàn)實需求如果利用傳統(tǒng)的人工控制無論是在控制精度還是在響應(yīng)時間上都難以滿足要求，因此，必須利用具有高響應(yīng)速度、高控制精度的自動化無人值守系統(tǒng)對水電站設(shè)備進行快速調(diào)節(jié)，這樣才能滿足水電站的運行需求，進而提高發(fā)電效率和上網(wǎng)電能質(zhì)量。

1.3 提升經(jīng)濟性

小型水電站采用自動化無人值守系統(tǒng)后，首先能夠根據(jù)電站分配的負荷情況快速調(diào)節(jié)有功輸出，并可以自動選擇開機運行機組的臺數(shù)，有效減少機組不必要的磨損，降低設(shè)備維護費用。其次是能夠?qū)崿F(xiàn)梯級水電站的合理優(yōu)化調(diào)度，充分利用水力資源，有效避免對水資源的浪費。最后，自動化無人值守的運用有助于實現(xiàn)電廠的經(jīng)濟運行任務(wù)，尤其是一些有調(diào)節(jié)能力的水電站，自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以預(yù)測和計算水庫的涌水量，還可以綜合水頭、流量、網(wǎng)側(cè)負載等重要參數(shù)，實現(xiàn)經(jīng)濟化運行策略自動控制，進而有效提高了水電站設(shè)備運行的經(jīng)濟性。最后，自動化無人值守系統(tǒng)運用后，減少了水電站運行中大量的人工操作，讓運行維護任務(wù)更加方便快捷，可以減少運行維護人員數(shù)量，實現(xiàn)人力成本的有效節(jié)約。

1.4 促進信息化管理發(fā)展

當(dāng)前，企業(yè)的信息化管理正在高速發(fā)展且日漸成熟，對于發(fā)電企業(yè)來說，要想實現(xiàn)水電站現(xiàn)場設(shè)備的信息化管理，首先必須構(gòu)建完善的自動化無人值守系統(tǒng)，利用自動化系統(tǒng)，可以將水電站的實際運行情況轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)信息，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)桨l(fā)電企業(yè)上級管理單位，實現(xiàn)多層次全方位的遠程信息化管理，從而提升發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理效率，促進企業(yè)經(jīng)濟效益的提升。

2 小型水電站自動化無人值守系統(tǒng)功能需求

2.1 信號采集和處理功能

在小型水電站自動化無人值守系統(tǒng)中，需要采集水電站各個系統(tǒng)的狀態(tài)信號和各傳感器的輸入信號，如環(huán)境溫濕度信號、調(diào)速器信號、發(fā)電機轉(zhuǎn)速信號，輸出功率反饋信號，發(fā)電機溫度信號、發(fā)電機輸出的三相電流、電網(wǎng)頻率、發(fā)電機功率因數(shù)等，這些模擬信號和數(shù)字信號經(jīng)過信號采集卡進入自動化系統(tǒng)控制器，控制器需要對信號進行濾波、選擇、運算等處理，為水電系統(tǒng)的自動化控制提供輸入數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 自動調(diào)節(jié)功能

水電自動化無人值守系統(tǒng)需要實現(xiàn)機組的一鍵啟動、停機功能，在啟停機過程中對并網(wǎng)、離網(wǎng)開關(guān)進行自動控制，在自動化運行過程中需要對水輪機轉(zhuǎn)速、對發(fā)電機勵磁、對發(fā)電有功負荷等重要參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，并需要根據(jù)電網(wǎng)情況進行無功控制和功率因數(shù)調(diào)節(jié)等操作。

2.3 告警和故障保護功能

自動化系統(tǒng)需要具有告警和快速的故障保護功能，并能對故障信息進行記錄，還需要具備故障錄波功能，以供電站技術(shù)服務(wù)和運行維護人員查詢。

2.4 人機交互功能

小型水電自動化無人值守系統(tǒng)雖然能夠自動控制水電站主要設(shè)備的運行，但依然需要提供完善的人機交互接口，運行人員可以在人機界面上監(jiān)控機組全部運行數(shù)據(jù)，在一些特殊工況，可以采用手動控制方式控制水電站設(shè)備運行。

3 小型水電站自動化無人值守系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 現(xiàn)場總線通信技術(shù)

對于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的儀器或智能設(shè)備，控制器使用相同的協(xié)議進行通信，完成智能儀器的數(shù)據(jù)采集。對于使用非標(biāo)準(zhǔn)或自由協(xié)議的設(shè)備，控制器可以通過自由端口通信技術(shù)與其通信。通過控制器強大的數(shù)據(jù)采集功能，實現(xiàn)各種智能儀表的數(shù)據(jù)上傳?？刂破鞑杉瘮?shù)據(jù)后，通過控制器內(nèi)的邏輯程序與計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行通信。在通信過程中，計算機監(jiān)控系統(tǒng)嚴(yán)格按照控制器所能支持的協(xié)議與控制器進行通信。例如，西門子S7-200系列控制器可以根據(jù)Modbus RTU協(xié)議向自動化無人值守監(jiān)控系統(tǒng)上傳設(shè)備數(shù)據(jù)信息，而倍福、巴合曼等控制器可以通過TCP/IP協(xié)議和計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，控制器與自動化無人值守監(jiān)控系統(tǒng)上位機的數(shù)據(jù)傳輸可通過星型或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，對于距離較長的數(shù)據(jù)傳輸（超過200 m以上的距離），可以采用光纖網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 遠端監(jiān)控技術(shù)

遠端計算機監(jiān)控技術(shù)是小水電站無人值守自動化系統(tǒng)的核心。小水電站機組及其他公用輔助設(shè)備的自動啟停，可采用計算機自動保護裝置、計算機自動勵磁裝置、計算機自動調(diào)速裝置等自動化元件對全站進行控制和監(jiān)視，并可對負荷進行控制和監(jiān)視。同時可以對整條輸電線的調(diào)節(jié)、分配甚至運行進行自動控制。完善可靠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)能有效地完成機組和主要設(shè)備的運行控制，提高電廠的運行管理水平。計算機遠端監(jiān)控系統(tǒng)通常采用冗余的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即上位監(jiān)控系統(tǒng)和下位機控制設(shè)備之間采用雙以太網(wǎng)線路進行數(shù)據(jù)交換和控制指令的下發(fā)，進而保證小型水電站的安全穩(wěn)定運行。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

近年來，大數(shù)據(jù)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域正在廣泛應(yīng)用，對于小型水電站自動化無人值守系統(tǒng)而言，也應(yīng)該充分利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，在長期的水電站運行過程中，積累了大量的歷史運行數(shù)據(jù)和故障記錄，自動化系統(tǒng)應(yīng)對這些歷史數(shù)據(jù)進行全面的分析和深入的挖掘，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來不斷優(yōu)化自動化無人值守系統(tǒng)的控制策略和軟件算法，從而進一步提升小型水電站系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

綜上所述，在小型水電站運行管理中，采用自動化無人值守系統(tǒng)能夠有效提高水電站的發(fā)電效率和設(shè)備可靠性，并提升電站的經(jīng)濟效益。未來，隨著水利資源得到更加充分的開發(fā)和利用，自動化無人值守系統(tǒng)將會得到更廣泛的運用，為我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整提供更大的助力作用。

參考文獻

[1]黃祚繼，黃忠赤，馬浩.水利工程自動化現(xiàn)狀與適應(yīng)技術(shù)分析研究[J].水利建設(shè)與管理，2012（10）：53-55.

[2]熊霽.自動化設(shè)備在水電站中的實際應(yīng)用[J].技術(shù)與市場，2011，18（6）：50-51.

[3]朱尚林，喬榮耀.電氣自動化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息，2014（17）：45-46.

[4]秦濤.電氣自動化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究，2014（21）：111-112.