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小水电站群综合自动化的探讨

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-24 17:34:06

摘要：针对小型水电站比较集中的地区，结合小水电自身的特点，论述了目前小水电站自动化改造中存在的问题，提出了小型水电站群实现综合自动化的结构模式和管理方法，从而实现小水电站的无人值班（少人值守）运行。
关键词：小水电群；综合自动化；实现方式
　　1 概述
　　1.1 我国小水电的开发现状
　　21世纪，中国将坚定地向中等发达国家迈进，其中能源、电力供应是首当其冲要解决的问题。我国水电资源丰富，居世界首位，可开发装机容量378GW，发电量1.9PWh。在我国可开发的水电资源中，其中可开发小水电资源占75GW。小水电资源分布广泛，在全国2166个县（市）中有1573个县有可开发小水电资源，其中可开发量在10～30MW的县有470个，30～100MW的县有500个，超过100MW的县有134个。目前全国已建成小型水电站6万余座，装机容量超过30GW。
　　党中央、国务院尤其重视农村小水电建设，2003年部署启动了小水电代燃料建设。规划目标到2020年解决2830万户、1.04亿农村居民生活燃料，新增小水电代燃料装机24.04GW。实现人与自然和谐发展，以水资源的可持续利用保障经济和社会的可持续发展。
　　1.2 小水电自动化方面存在的问题
　　目前我国大、中型水电站已经普遍采用计算机监控系统，尤其是百万以上装机容量的水电站大多已经实现“无人值班”或这些电站所采用的自动化设备和装置一般都比较先进和复杂，价格昂贵，不仅不适合于在小型水电站中推广应用，同时也与小水电站的自身特点不相适应。
　　1.2.1 小水电站建设资金短缺，自动化水平低
　　小水电站以地方投资和民间集资为主，资金来源有限。因此，在兴建过程中主要力求设备简单、造价低廉，这样就制约了小水电站自动化水平的提高。同时由于小水电站每年的技术更新费用很少，即使设备存在缺陷也没有足够的资金去更新和完善。例如在某些几百kW的小水电站在机组停机过程中采用木棍撬杠进行机组刹车的情况并不少见；再如在小水电站中基础自动化装置不完善，很多小水电站没有自动同期装置，调速一般采用老式机械液压调速器，很多已经不能进行远方操作和调节。
　　1.2.2 技术力量薄弱，不能适应自动化运行要求
　　小水电站一般地处偏远山区，技术力量薄弱，运行维护人员以本地人为主，大多没有受过正规的专业教育和培训，无法适应复杂、繁多的自动化装置和应付复杂的运行方式的要求。有些小水电站连一块万用表都没有，更别说示波器等先进的检测仪器和设备了。表1、2是兰州工业高等专科学校尤世炎老师统计的甘肃四地区水电资源利用情况和从业人员组成情况表。

　　1.2.3 管理体制制约了自动化水平的提高
　　长期以来，多个部门对小水电进行管理，在部门间产生了职能交叉。由于职责不明，分工不清，在一定程度上削弱了政府对小水电的宏观调控和行业管理。在省县级机构改革中，这种情况进一步加剧，使有的地区小水电管理处于混乱和停滞状态，严重的制约了小水电综合自动化水平的提高。
　　2 小水电站群实现综合自动化的必要性、模式和步骤
　　2.1 小水电站群实现综合自动化的必要性
　　小水电站一般地处偏远山区，同一流域内往往有几座或十几座电站构成梯级小水电站群，每个小水电站都配备了各自的技术、运行和管理人员，缺乏各电站间的协调运行管理。由于各小水电站普遍存在设备老化、技术落后、人浮于事、效益差等现象，无法实现优化运行管理。因此，设法整合各小水电站的优势，提高小水电站群的综合自动化水平势在必行。以吉林省为例，目前吉林省已建、在建和规划小水电站161座，装机451台，总容量691.103MW。其中1MW以上小水电站59座，装机195台，总容量288.829MW；已建1MW以下小水电站79座，装机184台，总容量29.734MW；在建小水电站10座，装机29台，总容量89.32MW；规划建设小水电站13座，装机43台，总容量283.22MW。这些电站的大部分集中在安图、抚松、长白和通化境内。
　　类似安图、长白这样小水电站集中地区在全国有很多，每座小水电站的运行管理人员平均达到20人左右，不仅加大了发电成本，也阻碍了电站自动化水平的提高。因此有必要探讨和研究小水电站群的综合自动化问题。
　　2.2 小水电站群实现综合自动化的模式
　　小水电站群的综合自动化问题包括电站级自动化和集中控制中心自动化两方面内容。
　　2.2.1 电站级自动化
　　小水电站的自动化重点不在于高性能，也不能像大中型水电站那样追求功能的完善化，不能照搬大、中型水电站自动化系统的模式和配置，而要根据小水电站的特点选择适合自身要求的自动化系统，重点是在实现基本的控制、操作和保护功能的基础上，提高系统的可靠性。就目前的技术发展和人们的认可情况，小水电站的自动化也应采用计算机监控系统，但在监控系统的配置上要进行适当的简化。对于单机容量小于1MW，电站装机台数小于4台的小水电站可以采用如图1所示的简易分布式计算机监控系统模式。
　　这种监控系统结构简单，主要配置如图1所示：

　　（1）主计算机：电站设置一台工业控制计算机作为主机，有条件的电站可以设置两台主机，其中一台作为冷备用主机，当工作主机故障退出运行时，由备用主机替代工作。
　　（2） CRT：采用大屏幕显示器，供运行人员监视机组运行状态使用。
　　（3）打印机：可以采用普通针式或激光打印机，用于打印各种报表。
　　（4）马赛克模拟屏：可以根据电站实际需要设置，主要用于显示电站主辅设备的运行状态和模拟操作演练。模拟屏上各设备的状态由监控主机实时提供。
　　（5）温度巡检单元：智能型温度巡检仪，主要对各台机组轴承和定子温度进行采集并通过RS485总线与监控主机进行数据通信。
　　（6）电量采集单元：智能型电量巡检仪，用于采集各台机组和线路的电压、电流、有功、无功、电量等电气信息，同样通过RS485总线传送给主机。
　　（7）非电量采集单元：智能型非电量巡检仪，完成各台机组压力、流量、液位等信号的采集。
　　（8）机组现地控制单元（LCU）：由性能价格比较高的小型可编程序控制器（PLC）构成，主要完成本台机组和辅助设备的顺序操作与调节。如机组的开停机操作、机组运行工况的转换操作、机组有功、无功功率的调节等，在主计算机故障时可以通过LCU完成对机组的操作控制。
　　（9）全站公用现地控制单元（LCU）：主要对全站公用设备，如开关站、主变压器等进行监视和操作控制。
　　（10）调制解调器（MODEM）：主要用于通过公用电话网与集中控制中心相连接。
　　2.2.2 集中控制中心自动化
　　这里所说的集中控制中心相当于大、中型梯级水电站的梯级调度中心，只不过它所承担的任务要比大、中型梯级水电站的梯级调度中心弱得多，同时其复杂程度和自动化水平以及造价也要低得多。其基本思路是将中心设在小水电站比较集中的某一县城或规模较大的电站内，控制中心微机通过调制解调器与公用电话网相连，这样就将本区域内各小水电站的计算机监控系统连接在一起了，如图2所示。

　　在这里之所以采用公用电话网作为网络信道主要是由成本因素和集中控制中心的地位所决定的。我们知道目前的数据通信信道主要以光纤为主，其优点是通信容量大、衰减小、抗干扰与抗腐蚀性能强、传输速率高，但其成本与通信距离成正比，加之小水电站大多分布在偏远山区，敷设光纤与实际成本的投入形成了矛盾，不适宜进行系统的推广应用。同时，由于小水电站容量小，在系统中的地位也比大、中型电站低得多，所采集的数据量相对也少得多。集中控制中心的主要任务是了解小水电站运行的历史数据和下达任务指标，站内机组的优化运行主要由站内监控系统根据中心下达的指标自动调节。因此，对控制中心的实时性要求不高，经过必要的技术处理，采用公用电话网作为通信信道不仅可以满足监控系统的要求，还可以节约大量的建设资金。
　　2.3 小水电站群实现综合自动化的步骤
　　鉴于小水电站的设备状况和基础自动化水平，实现小水电群的综合自动化必须采取总体规划、分步实施、区域试点、逐步推广的方式。所谓总体规划是指小水电站的主管部门在充分了解和掌握本地区小水电站的分布与设备自然状况的前提下，选择小水电站分布密集，设备条件好的若干小水电站作为首批试点区域，如吉林省的安图、长白等类似地区；分布实施和区域试点是指先对各电站内部的自动化网络进行建设，使区域内电站均能达到综合自动化的要求，然后进行集中控制中心的建设。在这个过程中需要联合有关科研单位一起研发适用于小水电站的有关软、硬件和基础自动化设备。在试点区域的综合自动化系统完善后逐步向其它区域推广。在实施过程中需要注意以下几方面的问题：
　　（1）对电站原有设备的技术改造。小水电站现有的调速器、励磁调节装置、同期装置是实现站内自动化的最大的薄弱环节，为了和微机监控系统连接往往需要进行必要的技术改造，在改造过程中应该本着实用、经济的原则进行。
　　（2）机组现地控制单元的研发。机组现地控制单元是实现站内自动化的关键。各电站应该选择统一的设备，以便于运行和维护。建议参照区域内较大容量的电站进行有针对性的集成或研发。
　　（3）技术人员的超前培训。实现小水电站群综合自动化以后，对运行人员提出了更高的要求：一是要求运行人员思想政治素质高，具有高度的责任感和良好的职业道德，以及较强的法制观念；二是要求业务技术素质高，不仅要熟练掌握全电站发电设备的基本原理和技术性能，还应掌握必要的计算机知识和监控系统知识；三是身体素质要好，能精力充沛的值守岗位；四是要求有良好的心理素质和事故状态下的应变能力。因此，在系统实施前应该在各电站选派部分专业素质比较高的技术人员到有关的单位参与研发过程或到相关院校进行有针对性的技术培训。
　　（4）运行与管理方式的变革。小水电站群实现综合自动化以后，各电站可以采用少人值班或无人值班或少人值守的方式运行。区域内配备专业检修与技术服务队伍负责各电站的检修与系统维护工作。剩余人员可以结合地区特点从事第三产业的工作，当然这是政策性较强也是比较棘手的问题，需要各级职能部门相互配合协调解决。
　　3 结语
　　小水电站群的综合自动化问题是一个复杂的技术课题，试点的成败直接关系到今后小水电站的自动化水平。小水电站群综合自动化方案的选择，要从实用、经济、先进的角度出发，既要充分考虑现代化水电站的技术特征，又要结合小水电站的实际状况；既不能追求大而全，又不能使之太落后不适应信息时代的要求；同时富裕人员的安置、运行和管理机制的变更等一系列问题也是需要深入研究和探讨的。

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