中小型水電站完全無(wú)人值班運(yùn)行模式研究

林嘯虎 李長(zhǎng)寧

【摘?要】我國(guó)中小型水電站基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，然而多數(shù)管理模式都為少人值班模式。對(duì)于水電站完全無(wú)人值班運(yùn)行模式來(lái)說(shuō)，只是在部分地區(qū)進(jìn)行樣板試驗(yàn)。此次研究主要是分析中小型水電站完全無(wú)人值班運(yùn)行模式，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員起到參考性?xún)r(jià)值。

【關(guān)鍵詞】中小型水電站;完全無(wú)人值班運(yùn)行模式

在長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中，多數(shù)中小型水電站借助計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)。相比于常規(guī)電站來(lái)說(shuō)，明顯提升了技術(shù)水平，相應(yīng)提升了自動(dòng)化水平。然而需要注意的是，水電站運(yùn)行模式只是減少了值班人員所以為少人值班運(yùn)行模式，但是距離完全無(wú)人值班，運(yùn)行模式的發(fā)展還比較遠(yuǎn)。我國(guó)水利部門(mén)為了全面提升水電站技術(shù)水平，改善工作人員的工作環(huán)境，要求具備條件的水電站建設(shè)完全無(wú)人值班運(yùn)行系統(tǒng)，并且在生活條件優(yōu)越的地區(qū)設(shè)置監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程監(jiān)控水電站運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控以及搖調(diào)等功能。因此，多數(shù)中小型水電站開(kāi)始研制完全無(wú)人值班運(yùn)行模式，注重設(shè)計(jì)任務(wù)、安裝調(diào)試任務(wù)以及遠(yuǎn)方調(diào)度任務(wù)等，并且在部分地區(qū)進(jìn)行樣本試驗(yàn)。

1、完全無(wú)人值班運(yùn)行模式

此種運(yùn)行模式應(yīng)當(dāng)要求水電站全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，具備安全可靠的控制機(jī)制。所以在無(wú)人值班運(yùn)行模式下，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用性能良好的設(shè)備，并且確保一次設(shè)備滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。優(yōu)化設(shè)計(jì)二次設(shè)備，確保其具備穩(wěn)定的通信通道，全面提升二次設(shè)備運(yùn)行可靠性，在設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行容錯(cuò)冗余設(shè)計(jì)。二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)完全無(wú)人值班后應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的管理制度，不斷提升水電站工作人員的業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)。

1.1具備良好性能的一次設(shè)備

水電站一次設(shè)備主要包括高壓配電裝置，主變壓器，水輪機(jī)斷路器以及發(fā)電機(jī)等，上述設(shè)備的級(jí)別評(píng)定均應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足一類(lèi)設(shè)備要求。使用自動(dòng)邏輯編程控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)快速閘門(mén)進(jìn)水閥以及事故閘門(mén)。此外應(yīng)當(dāng)確?？刂葡到y(tǒng)以及依次設(shè)備運(yùn)行可靠性和安全性，從根本上提升周邊建筑物，輸水管道和機(jī)組的安全性，準(zhǔn)確無(wú)誤地將信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心。

某水電廠(chǎng)電源系統(tǒng)采用兩臺(tái)電變壓器，其中一臺(tái)使用本站供電方式，另一臺(tái)采用系統(tǒng)供電方式，由此形成雙電源供電系統(tǒng)。雙電源應(yīng)維護(hù)備電源，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化投親，確保設(shè)備故障或者主電源消失故障，發(fā)生時(shí)能夠?qū)溆秒娫醋詣?dòng)投入使用。水電站應(yīng)當(dāng)將狀態(tài)信號(hào)以及電量數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)系統(tǒng)，之后傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心。

1.2優(yōu)化設(shè)計(jì)二次設(shè)備

完全無(wú)人值班模式，必須確保運(yùn)行安全性和控制可靠性原則。所以對(duì)于重點(diǎn)設(shè)備來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用雙重冗余設(shè)計(jì)方式。例如通訊通道和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)均應(yīng)當(dāng)采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

第一，水電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。中小型水電站主要分為以下三種工況：小小型水電站、小型水電站和中型水電站不同容量的水電站對(duì)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求也不相同。對(duì)于小小型水電站來(lái)說(shuō)，由于容量少，因此建設(shè)維護(hù)的成本投入也比較低，在實(shí)行完全無(wú)人值班運(yùn)行模式時(shí)，可以通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)或者全球定位網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，此種設(shè)計(jì)方法能夠減少通訊通道的成本投資，通過(guò)手機(jī)就能夠進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。對(duì)于小型水電站來(lái)說(shuō)，該類(lèi)水電站的容量不大，為了降低成本投入，可以應(yīng)用單星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。然而為了滿(mǎn)足實(shí)際需求，可以應(yīng)用雙通訊通道。對(duì)于中型水電站來(lái)說(shuō)，由于容量比較大，因此前期建設(shè)的投入成本也比較多，在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，必須應(yīng)用雙星形型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通訊通道應(yīng)當(dāng)使用雙光纖通道，可編輯邏輯控制系統(tǒng)可以采用雙電源模塊。

第二，水電站梯級(jí)調(diào)度系統(tǒng)。當(dāng)流域內(nèi)存在多座水電站時(shí)，則需要應(yīng)用梯級(jí)調(diào)度系統(tǒng)以此確保用水調(diào)度的合理性。來(lái)水問(wèn)題會(huì)影響梯級(jí)調(diào)度的實(shí)踐。所以需要進(jìn)行水情水文預(yù)報(bào)，以此確保水電站發(fā)電計(jì)劃的合理性，全面提升水頭與水量的有效利用率，按照水電站實(shí)際情況制定科學(xué)的梯級(jí)調(diào)度方案，并且按照實(shí)際變化情況對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行修改。水電站實(shí)行完全無(wú)人值班運(yùn)行模式時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用雙星型以太網(wǎng)作為PC調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對(duì)于梯級(jí)水電站來(lái)說(shuō)，不同水電站都具備雙條以光纖傳輸為主的通訊通道，以此確保傳輸帶寬和速度，還能夠明顯提升通訊通道的可靠性。然而需要注意的是，完全無(wú)人值班運(yùn)行模式下，可以采用環(huán)形以太網(wǎng)作為梯級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

第三，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該類(lèi)系統(tǒng)也需要分為三種不同容量的水電站進(jìn)行分析。對(duì)于小小型水電站來(lái)說(shuō)，可以選擇手機(jī)監(jiān)控方式，不需要設(shè)置獨(dú)立的調(diào)度中心。對(duì)于小型水電站來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的難度比較小。主要采用單還行以太網(wǎng)組成監(jiān)控中心，按照水電站的規(guī)模合理配置不同工作站服務(wù)器以及視頻工作站。如果需要連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，則應(yīng)當(dāng)增設(shè)安全隔離裝置。為了提升通訊可靠性，則需要采用光纖通訊通道方式。對(duì)于中型水電站來(lái)說(shuō)，由于水電站的規(guī)模比較大，可以設(shè)計(jì)適當(dāng)復(fù)雜的調(diào)度中心。若水電站為梯級(jí)開(kāi)發(fā)，則應(yīng)當(dāng)組成無(wú)人值班梯級(jí)調(diào)度系統(tǒng)，考慮到網(wǎng)絡(luò)速度和可靠性問(wèn)題。

第四。通訊通道。水電站實(shí)現(xiàn)完全無(wú)人值班，運(yùn)行模式是必須確保通訊通道性能的良好性，全面提升運(yùn)營(yíng)安全性。在設(shè)計(jì)通訊通道時(shí)，必須考慮到水電站的實(shí)際情況。對(duì)于光纖通訊來(lái)說(shuō)，所能容納的通訊容量比較大，并且通訊速率比較高，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。水電站可以租用通訊企業(yè)的光纖作為通道設(shè)計(jì)介質(zhì)。對(duì)于GPRS網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，用戶(hù)可以租用通訊通道，以此降低通信建設(shè)成本。用戶(hù)可按照所需帶寬租賃相應(yīng)的通訊通道，按照流量計(jì)算租用費(fèi)用。GPRS帶寬為115kbps，只能傳輸數(shù)據(jù)。所以應(yīng)當(dāng)按照水電站的實(shí)際情況，合理應(yīng)用4G網(wǎng)絡(luò)，以此傳輸圖像和數(shù)據(jù)。對(duì)于無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻來(lái)說(shuō)，當(dāng)區(qū)域空間比較開(kāi)闊時(shí)，客戶(hù)可以購(gòu)買(mǎi)無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻專(zhuān)制建設(shè)無(wú)線(xiàn)通訊通道。無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻帶寬在20兆左右，可以實(shí)現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)的雙傳輸。無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻的霧霾率比較低，并且具備良好的抗電磁干擾性能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻主要應(yīng)用超短波傳輸方式，工作頻率在2.8G左右，只可以實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)傳播。對(duì)于載波通訊來(lái)說(shuō)，由于此種通訊方式不需要架設(shè)獨(dú)立電纜，可通過(guò)電力架空線(xiàn)進(jìn)行信息傳輸，然而此種傳輸方式的誤碼率比較高，容易受到線(xiàn)路運(yùn)行影響，無(wú)法應(yīng)用在完全無(wú)人值班水電站當(dāng)中。對(duì)于衛(wèi)星通訊來(lái)說(shuō)，該種通訊方式具備較高的可靠性，并且不會(huì)受到地理環(huán)境影響，然而需要建設(shè)地面通訊站，建設(shè)成本比較高。

2、中小型水電站完全無(wú)人值班運(yùn)行模式的管理制度

為了實(shí)現(xiàn)完全無(wú)人值班運(yùn)行模式，應(yīng)當(dāng)全面發(fā)揮出設(shè)備維護(hù)管理，缺陷管理，巡檢管理以及檢修管理等功能。所制定的管理制度內(nèi)容如下：第一，應(yīng)急處理現(xiàn)場(chǎng)制度。第二，設(shè)備退出運(yùn)行監(jiān)護(hù)制度以及安全隔離制度。第三，調(diào)度監(jiān)控中心值班制度。第四，事故處理制度以及故障維護(hù)制度。

此外，還應(yīng)當(dāng)不斷提升水電站工作人員的素質(zhì)水平。為了實(shí)現(xiàn)中小型水電站完全無(wú)人運(yùn)行模式，必須提升對(duì)一次設(shè)備和二次設(shè)備的要求，還應(yīng)當(dāng)不斷提升工作人員的素質(zhì)能力。水電站應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)有員工當(dāng)中挑選出具備高素質(zhì)高能力的人員，通過(guò)崗位培訓(xùn)制度，確保員工能夠掌握多項(xiàng)技能，能夠熟練掌握完全無(wú)人值班運(yùn)行技術(shù)。

3、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，中小型水電站完全無(wú)人值班運(yùn)行模式能夠滿(mǎn)意技術(shù)可行性要求，安全性和可靠性比較高，有助于提升水電站設(shè)備的自動(dòng)化水平。然而由于完全無(wú)人值班模式的發(fā)展還未形成系統(tǒng)化模式，所以還需要相關(guān)人員進(jìn)一步研究分析，不斷完善完全無(wú)人值班運(yùn)行模式的內(nèi)容。

作者簡(jiǎn)介：

林嘯虎，出生于1968-2-20，陜西省寧強(qiáng)縣，男，漢，大專(zhuān)，助理工程師，發(fā)電部運(yùn)行專(zhuān)責(zé)，研究方向：中小型水電站管理。

（作者單位：陜西省水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司二郎壩發(fā)電公司）