□李　灝□李　冰□張佳男（珠海市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院；河南省農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展中心；河南省農(nóng)田水利水土保持技術(shù)推廣站）

微機(jī)自動(dòng)化在小水電中的應(yīng)用

□李灝1□李冰2□張佳男3
（1珠海市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院；2河南省農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展中心；3河南省農(nóng)田水利水土保持技術(shù)推廣站）

小水電站的綜合自動(dòng)化是一項(xiàng)綜合性工程，包括電站流域的水文氣象、各電站之間的互聯(lián)、通訊遙測(cè)技術(shù)的應(yīng)用、設(shè)備自動(dòng)控制和保護(hù)功能等。文章結(jié)合河南省小水電站微機(jī)自動(dòng)化發(fā)展的現(xiàn)狀和出現(xiàn)的問(wèn)題，提出今后微機(jī)自動(dòng)化發(fā)展的設(shè)想，以供大家探討。

微機(jī)自動(dòng)化；模塊化；智能化

1　自動(dòng)化系統(tǒng)綜述

1.1水電站微機(jī)自動(dòng)化的基本功能

水電站的綜合自動(dòng)化是以微機(jī)處理系統(tǒng)為平臺(tái)，對(duì)整個(gè)電站（或流域內(nèi)梯級(jí)電站）從水文測(cè)報(bào)、機(jī)組啟停、工況監(jiān)視、輔助和公用設(shè)備控制、負(fù)荷分配、運(yùn)行調(diào)度等全過(guò)程的自動(dòng)控制。自動(dòng)化系統(tǒng)還集成了數(shù)據(jù)采集預(yù)處理、機(jī)組監(jiān)測(cè)和記錄、操作與保護(hù)及功率調(diào)節(jié)等功能，并通過(guò)遙信技術(shù)與上一級(jí)調(diào)度部門(mén)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。

與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)相比，水電站的綜合自動(dòng)化有如下優(yōu)勢(shì)：①減少運(yùn)行人員，提高勞動(dòng)效率，降低電站的年運(yùn)行成本和經(jīng)營(yíng)成本，從而提高了電站的經(jīng)濟(jì)效益。②采用微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，并網(wǎng)速度快，減少機(jī)電設(shè)備磨損。③微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的邏輯控制，增強(qiáng)操作安全性和智能性，提高事故處理能力，提高控制效率。④改變二次設(shè)備模式，減少控制室面積，降低工程造價(jià)。⑤實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。微機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)所有的狀態(tài)和物理量經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，信息量數(shù)字化，保證數(shù)據(jù)的不失真、高精度、抗干擾特性，便于遠(yuǎn)距離傳輸。⑥組成水電站階梯調(diào)度系統(tǒng)，發(fā)揮水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度優(yōu)勢(shì)。

1.2小水電站自動(dòng)化基本結(jié)構(gòu)

微機(jī)自動(dòng)化現(xiàn)已成為小水電站控制保護(hù)的主流技術(shù)，微機(jī)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：

2　小水電運(yùn)行現(xiàn)狀與問(wèn)題

圖1　站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1河南省小水電情況

河南省小水電主要分布在豫北、豫西、豫南偏遠(yuǎn)山區(qū)和革命老區(qū)，水能資源理論蘊(yùn)藏量為504.50萬(wàn)kW，技術(shù)可開(kāi)發(fā)量320.70萬(wàn)kW，適宜小水電資源可開(kāi)發(fā)量達(dá)100.20萬(wàn)kW。小水電資源絕大部分分布在豫北太行山區(qū)、豫西及豫西南伏牛山區(qū)、豫南桐柏——大別山區(qū)。從“七五”開(kāi)始，河南省開(kāi)始水電電氣化縣建設(shè)，截止到2015年底，共建成小水電站530座，年發(fā)電量10億kW/h，總裝機(jī)49.27萬(wàn)kW，還有近50.83%的小水電資源尚未開(kāi)發(fā)，有很大的開(kāi)發(fā)空間。

2.2河南省小水電微機(jī)自動(dòng)化現(xiàn)狀

國(guó)家從“七五”開(kāi)始小水電電氣化縣的建設(shè)，經(jīng)過(guò)三十余年的努力，小水電建設(shè)取得長(zhǎng)足進(jìn)展，但是電站的控制保護(hù)系統(tǒng)相對(duì)落后。2000年左右，河南省水電站開(kāi)始應(yīng)用微機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。最開(kāi)始的自動(dòng)化技術(shù)不太成熟，各種機(jī)械、電氣設(shè)備在接口和兼容上不能達(dá)到微機(jī)自動(dòng)化的要求，造成一些電站“大腦發(fā)達(dá)，四肢不靈”，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)已成為水電控制保護(hù)的主流技術(shù)，其功能、穩(wěn)定性、兼容性都能很好滿足電站的運(yùn)行，但也存在一些不盡如人意的地方，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.2.1自動(dòng)化水平低

由于水電項(xiàng)目大多建設(shè)在偏遠(yuǎn)山區(qū)，地方融資能力較差，主要靠政府投資，建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，一些電站自動(dòng)化設(shè)備還是幾十年前的繼電器型，極大落后于市場(chǎng)。

2.2.2技術(shù)力量薄弱，不能適應(yīng)自動(dòng)化運(yùn)行要求

小水電站一般地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，技術(shù)力量薄弱，運(yùn)行維護(hù)人員以本地人為主，大多沒(méi)有受過(guò)專(zhuān)業(yè)教育和培訓(xùn)，無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜、繁多的自動(dòng)化裝置和應(yīng)付復(fù)雜的運(yùn)行方式的要求。有些小水電站連一塊萬(wàn)用表都沒(méi)有，更別說(shuō)示波器等先進(jìn)的檢測(cè)儀器和設(shè)備了。

2.2.3微機(jī)自動(dòng)化設(shè)計(jì)冗雜

小水電站定義為裝機(jī)5萬(wàn)kw以下的電站，河南省小水電大多裝機(jī)在幾千千瓦，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性影響甚小，但一些微機(jī)自動(dòng)化廠家為追求經(jīng)濟(jì)利益，對(duì)一些并不實(shí)用的技術(shù)和功能大肆炒作，使微機(jī)自動(dòng)化向貴族化、復(fù)雜化發(fā)展。

3　微機(jī)自動(dòng)化的發(fā)展方向

一是小水電站的運(yùn)行具有裝機(jī)小、開(kāi)停機(jī)方便等特點(diǎn)，決定了小水電微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向上要與火電或大水電區(qū)分開(kāi)來(lái)。由于小水電對(duì)系統(tǒng)沖擊較小，小水電站微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)不需要強(qiáng)調(diào)供電的可靠性，主要注重運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)；運(yùn)行界面上力求簡(jiǎn)化，接口盡量少，能夠做到“傻瓜操作”，這樣便于運(yùn)行人員接受，也更能體現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)化的優(yōu)越性。二是微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)不僅要滿足自動(dòng)化控制保護(hù)的需要，還要考慮優(yōu)化運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益。水電站的出力主要靠流量和水頭實(shí)現(xiàn)，河南省的徑流式電站較多，在不使用微機(jī)自動(dòng)化優(yōu)化運(yùn)行情況下，電站運(yùn)行人員靠目測(cè)或簡(jiǎn)單測(cè)量保證水輪機(jī)高水頭運(yùn)行的方法基本不可能，而微機(jī)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)這些功能不增加多少投資，但能產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。三是模塊化設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在許多高科技產(chǎn)品都有向模塊化發(fā)展的方向，水電自控方案如果也采用模塊化設(shè)計(jì)，將大幅減少不必要的設(shè)備和投資。例如水電微機(jī)自動(dòng)化設(shè)計(jì)上可以以每500～1000 kW作為一個(gè)功率單元來(lái)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，裝機(jī)容量每上升一個(gè)單位，相應(yīng)的配置也高一個(gè)檔次。不同的單機(jī)和總裝機(jī)容量采用不同的保護(hù)方案，刪去許多不必要的方案，根據(jù)容量設(shè)計(jì)各種控制保護(hù)方案，供業(yè)主選擇，這樣雖然不能達(dá)到為每個(gè)電站進(jìn)行訂做具體保護(hù)方案的效果，但更便于規(guī)模化生產(chǎn)，提高了自動(dòng)化廠家的生產(chǎn)效率。

4　水電微機(jī)未來(lái)展望

4.1電站的自動(dòng)化

未來(lái)小水電站微機(jī)自動(dòng)化設(shè)計(jì)可以參照街道上房式變壓器的形式，在電站正常運(yùn)行的情況下，電站進(jìn)行全封閉作業(yè)，未經(jīng)集控中心的調(diào)度命令，禁止人員進(jìn)入，如果發(fā)生故障，則經(jīng)調(diào)度中心批準(zhǔn)，派專(zhuān)門(mén)人員或廠家進(jìn)入電站進(jìn)行維修。這樣可以大大減小電站的運(yùn)行人員開(kāi)支，甚至不需要運(yùn)行人員，電站與廠家合作關(guān)系，電站自動(dòng)運(yùn)行，有故障就停機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)接廠家客服，這樣既能節(jié)省電站的各種運(yùn)行成本，也方便廠家更了解生產(chǎn)中的問(wèn)題，掌握第一手的設(shè)計(jì)資料。

4.2小水電集控系統(tǒng)

由于小水電站基本上不存在火電相關(guān)的各種輔助的設(shè)備和設(shè)施，開(kāi)停機(jī)方便，自動(dòng)化程度很高，火電或者大水電根本不能實(shí)現(xiàn)的“無(wú)人值班”在小水電站中可以輕松實(shí)現(xiàn)?！盁o(wú)人值班”型小水電站通過(guò)遙控技術(shù)互聯(lián)在一起，就形成了小水電站的集控系統(tǒng)。其基本思路是將集控中心設(shè)在小水電站比較集中的某一縣城或規(guī)模較大的電站內(nèi)，控制中心微機(jī)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器與公用電話網(wǎng)相連，這樣就將本區(qū)域內(nèi)各小水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接在一起了，如圖所示。

圖2　集中控制中心監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

實(shí)行水電的綜合調(diào)度，可以利用本地域內(nèi)的水文氣象、汛期的防汛需要等建立來(lái)水流量、防汛水位的數(shù)據(jù)庫(kù)，在不同的時(shí)期引入不同的自動(dòng)發(fā)電模式。例如，在汛期可以采用棄水最少化的模式，根據(jù)汛期常年來(lái)水流量和防汛需要，在盡可能減少棄水的情況下發(fā)電。在枯水期可以采用用水最小化模式，抬高電站水位，調(diào)整導(dǎo)葉開(kāi)度，利用盡可能少的水發(fā)盡可能多的電。并可以調(diào)整調(diào)度范圍內(nèi)的電站運(yùn)行時(shí)間，對(duì)沒(méi)有蓄水能力的徑流式電站多發(fā)，對(duì)有蓄水能力的水庫(kù)電站可以先儲(chǔ)存部分水量，調(diào)節(jié)峰谷，提高水資源的利用效率。小水電作為綠色可再生能源，不僅運(yùn)行成本低、綠色環(huán)保，而且在運(yùn)行上能快速開(kāi)停機(jī)，運(yùn)行較火電更顯優(yōu)勢(shì)。但在電力系統(tǒng)中，小規(guī)模的電站由于在電力系統(tǒng)中的地位較小，經(jīng)常在運(yùn)行、調(diào)度等各方面受人掣肘，致使在運(yùn)行成本、環(huán)境成本都遠(yuǎn)低于火電的小水電卻頻頻因?yàn)檎{(diào)峰、調(diào)荷等借口成為限發(fā)的對(duì)象。國(guó)家對(duì)小水電的各種優(yōu)惠政策不能得到體現(xiàn)，許多縣市的小水電上網(wǎng)電價(jià)偏低。

通過(guò)調(diào)度中心對(duì)小水電的運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，使小水電形成一種運(yùn)行、發(fā)電上的聯(lián)盟，或許小水電就能擺脫了長(zhǎng)期以來(lái)在電力系統(tǒng)中地位較低、發(fā)展受限的劣勢(shì)，并能使電力調(diào)度與水利防汛合理結(jié)合，科學(xué)調(diào)配，在汛期與用電峰谷期進(jìn)行綜合考慮，為防汛和發(fā)電的綜合決策提供一個(gè)統(tǒng)觀全局的依據(jù)。

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅在單一電站的運(yùn)行控制上要遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)控制，并且對(duì)于梯級(jí)電站和電站群的集中調(diào)度控制上體現(xiàn)了更大的價(jià)值，其作用不能簡(jiǎn)單的用1+1〉2來(lái)表示，微機(jī)自動(dòng)化的應(yīng)用，使小水電這樣一種作坊式的電站發(fā)展成為連鎖店規(guī)模的水電群，不僅有利于水電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，節(jié)省充分利用可再生能源，提高了水電站的運(yùn)行效率，值得大力提倡。

（責(zé)任編輯：韋詩(shī)佳）

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1673-8853（2016）07-0138-02

2016-04-07