梯級(jí)集控中心建設(shè)探討

王家陳，楊四紅，張孝武

(1.云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，昆明 650051;2.國(guó)電迪慶香格里拉發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 迪慶 674402)

0 前言

水電資源的管理水平在發(fā)展進(jìn)步，其中，一個(gè)流域內(nèi)的所有電站實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度的管理模式得到了一致認(rèn)可和大力應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)流域電站的統(tǒng)一調(diào)度，必須組建以流域?yàn)閱挝坏奶菁?jí)電站調(diào)度中心或集控中心。目前，華能瀾滄江集控中心、以禮河、西洱河、蘇帕河等的流域梯級(jí)電站集控中心管理的實(shí)踐和取得的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有力地證明了梯級(jí)水電站集控中心管理切實(shí)可行。

本文以碩多崗河流域梯級(jí)電站規(guī)劃為基礎(chǔ)，對(duì)集控中心建設(shè)的選址、系統(tǒng)構(gòu)成、建成后的效益等進(jìn)行分析、探討。

1 流域概況

碩多崗河是金沙江左岸的一級(jí)支流，河流全長(zhǎng)153.32 km，流域面積1 966.2 平方公里，河口多年平均流量30.4 m/s，總落差2 100 m，平均比降13.7‰。水能理論蘊(yùn)藏量35.2 萬(wàn)千瓦，規(guī)劃“一庫(kù)六級(jí)”開(kāi)發(fā)，依次為小中甸水庫(kù)(電站15 MW)、吉沙水電站(120 MW)、吊江巖水電站(25 MW)、沖江河一期水電站(22.3 MW)、沖江河(擴(kuò)容)水電站(48 MW)、螺絲灣水電站(60 MW)、月亮坪水電站(40 MW)。總裝機(jī)容量330.3 MW，保證出力156 MW，年發(fā)電量18.19 億Kw.h，并以螺絲灣水電站為母體，逐步實(shí)施對(duì)全流域的滾動(dòng)、梯級(jí)開(kāi)發(fā)。碩多崗河流域梯級(jí)電站分布情況如圖1 所示:

圖1 碩多崗河流域梯級(jí)電站分布示意圖

2 碩多崗河梯級(jí)集控中心總體規(guī)劃

一期規(guī)劃:在香格里拉發(fā)電有限責(zé)任公司辦公樓建設(shè)碩多崗河集控中心，集控已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行的吉沙水電站、沖江河一期水電站、沖江河擴(kuò)充水電站、螺絲灣水電站四個(gè)電站。在碩多崗河集控中心中納入四個(gè)被集控電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、振擺系統(tǒng)、通信系統(tǒng);基本實(shí)現(xiàn)先運(yùn)行的四個(gè)梯級(jí)電站集中控制和管理，滿足集控中心建立標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)度要求。

二期規(guī)劃:將一期四個(gè)電站的消防監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、ON－CALL系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)納入集控中心，完善一期四個(gè)電站的系統(tǒng)功能。將吊江巖水電站、小中甸水庫(kù)電站、月亮坪水電站三個(gè)電站納入集控中心，并完成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、振擺系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、ON－CALL 系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)接入集控中心的工作。

三期規(guī)劃:在麗江市或昆明市成立碩多崗河梯級(jí)電站遠(yuǎn)方集控中心。實(shí)現(xiàn)與國(guó)電在云南的其它電站或流域更大規(guī)模的集控中心。

3 集控中心系統(tǒng)配置

在碩多崗河集控中心中納入四個(gè)被集控電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、振擺系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)先運(yùn)行的四個(gè)梯級(jí)電站集中控制和管理，滿足集控中心建立標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)度要求。

3.1 生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)

流域梯級(jí)電站集中控制與管理系統(tǒng)是將現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中的自動(dòng)化與信息化完美結(jié)合，互相兼容，實(shí)現(xiàn)資源共享，將自動(dòng)化系統(tǒng)各方面產(chǎn)生的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行積累。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的控制、收集、存儲(chǔ)、整合、統(tǒng)計(jì)、分析和挖掘，經(jīng)系統(tǒng)過(guò)濾，統(tǒng)計(jì)，分析后形成管理數(shù)據(jù)，即保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，真實(shí)性和唯一性，又提高了工作效率，管理者可在最短的時(shí)間內(nèi)查找到當(dāng)前最新的數(shù)據(jù)信息，避免了因數(shù)據(jù)不及時(shí)和不準(zhǔn)確造成的損失。

3.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

碩多崗河流域梯級(jí)水電站集控中心是以自動(dòng)發(fā)電控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度為目的，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人值守”的管理模式，對(duì)于集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最核心的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)流域經(jīng)濟(jì)調(diào)度和自動(dòng)發(fā)電。能實(shí)現(xiàn)各梯級(jí)電站的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自動(dòng)加減負(fù)荷，AGC、AVC、EDC 功能。在硬件設(shè)備和監(jiān)控軟件都必須是具有先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、升級(jí)維護(hù)比較方便等。

3.3 工業(yè)電視系統(tǒng)

一般情況下，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)缺點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境(人、設(shè)備、線路等對(duì)象)缺乏直觀的觀察和了解。工業(yè)電視作為監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充手段，具有可靠性，實(shí)時(shí)性、清晰性，可記錄性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電廠安全運(yùn)行的重要保證。工業(yè)電視已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)水電廠“無(wú)人值班，少人值守”的重要技術(shù)保證。同時(shí)兼顧電站消防監(jiān)控系統(tǒng)火災(zāi)確認(rèn)的需要，有效的防范火災(zāi)事故的發(fā)生和蔓延，保障電站設(shè)備的安全運(yùn)行和人員的安全。

3.4 機(jī)組振擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過(guò)設(shè)置機(jī)組振擺在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采集機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)等數(shù)據(jù)，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析機(jī)組穩(wěn)定性狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組故障、指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行和檢修。集控中心納入機(jī)組振擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)掌握機(jī)組振動(dòng)區(qū)與運(yùn)行水頭、功率等的關(guān)系。通過(guò)專家系統(tǒng)的分析和判斷，能夠得到各機(jī)組動(dòng)態(tài)的振動(dòng)區(qū)，即能確定機(jī)組振動(dòng)區(qū)邊界曲線與運(yùn)行水頭的函數(shù)關(guān)系，為機(jī)組負(fù)荷分配優(yōu)化運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。

3.5 通信系統(tǒng)

根據(jù)碩多崗河流域梯級(jí)電站集控中心對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的考慮，對(duì)梯級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行全流域的統(tǒng)一規(guī)劃，以滿足碩多崗河梯級(jí)集控中心和各梯級(jí)電站之間的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視、機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(振動(dòng)擺渡)及水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、對(duì)調(diào)度通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求。結(jié)合目前各梯級(jí)電站光纖通信的現(xiàn)狀，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝逦Y(jié)構(gòu)合理，層次分明，網(wǎng)絡(luò)分期實(shí)施，易擴(kuò)展，后期網(wǎng)絡(luò)接入主干時(shí)不應(yīng)影響已有網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。

3.6 其它重要系統(tǒng)

集控中心綜合自動(dòng)化系統(tǒng)還包括:消防監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、ONCALL 系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)等。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目建成后，年均增加發(fā)電量(1 117.5～2 235)萬(wàn)kw.h，減少值班運(yùn)行人員41 人，降低運(yùn)行成本，增加機(jī)組運(yùn)行壽命年限，減少停機(jī)事故次數(shù)，可預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)效益在(511.25～841)萬(wàn)/年。

4.1.1 成組控制效益

對(duì)不同的電廠，由于其設(shè)計(jì)水頭不同，水庫(kù)調(diào)節(jié)能力各異，因而其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)電成組控制功能所產(chǎn)生的超發(fā)電率a 值有較大差別。高水頭、水庫(kù)具有多年調(diào)節(jié)能力的水電廠其a 值可高達(dá)4%，低水頭徑流式水電廠則僅為0.2 %左右，故一般0.2 %－＜a＜－4 %。水電廠成組控制增益值a (%)，可查詢表1。

表1 水電站成組控制效益表

梯級(jí)電站集控效益評(píng)估:各梯級(jí)電站水頭均高于100 m，年調(diào)節(jié)的方式下進(jìn)行評(píng)估。

梯級(jí)電站的發(fā)電增加量Wi:Wi=W×a (%);

式中:W=設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量;

a (%)=梯級(jí)電站集控中心綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行成組控制效益評(píng)估;

梯級(jí)電站增加發(fā)電量有效緩解枯水期間火電廠承擔(dān)電網(wǎng)基負(fù)荷造成的CO2排放量QC:QC=Wi×k;

式中:k=0.886，k 為火電廠發(fā)電功率與CO2排放量之比。

梯級(jí)電站的發(fā)電增效益T:T=Wi×d=W×a×d;

式中:d=年平均上網(wǎng)電價(jià)。

綜上所述，結(jié)合碩多崗河流域各梯級(jí)電站的現(xiàn)狀，可以得出碩多崗河流域梯級(jí)電站成組控制效益如表2 所示:

表2 碩多崗河流域梯級(jí)電站成組控制效益表

4.1.2 電站運(yùn)行安全指標(biāo)的提高所帶來(lái)的增益

水輪發(fā)電機(jī)組避開(kāi)流態(tài)不穩(wěn)的水力不平衡區(qū)，受蝸殼、尾水壓力脈動(dòng)影響變小，降低因壓力脈動(dòng)較大引起蝸殼、尾水管等金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生形變的幾率，減弱轉(zhuǎn)輪氣蝕強(qiáng)度，延長(zhǎng)檢修周期，縮短檢修工期。以吉沙水電站一臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)處理轉(zhuǎn)輪裂紋及尾水管焊縫裂紋為例:按照標(biāo)準(zhǔn)，水電站機(jī)組每三年至五年需進(jìn)行一次較大檢修，每次檢修處理轉(zhuǎn)輪裂紋及尾水管焊縫裂紋費(fèi)用約3 萬(wàn)元。吉沙水電站從投產(chǎn)后機(jī)組經(jīng)常處于振動(dòng)區(qū)域運(yùn)行，在近兩年C 修時(shí)均對(duì)轉(zhuǎn)輪裂紋及尾水管焊縫裂紋進(jìn)行過(guò)處理，如果能夠避開(kāi)振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，處理次數(shù)變?yōu)槿暌淮危瑒t每臺(tái)機(jī)至少可節(jié)約資金6 萬(wàn)元。每年吉沙水電站可節(jié)約檢修資金12 萬(wàn)元。

4.2 社會(huì)效益

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，有利于該地區(qū)的扶貧發(fā)展，造福地方百姓的能力和決心，并使之成為滇西北重要的水電能源基地，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

4.3 環(huán)境效益

合理利用流域水資源，采用各種優(yōu)化技術(shù)統(tǒng)一安排優(yōu)化的梯級(jí)電站運(yùn)行方式，不僅可使梯級(jí)電站發(fā)電效益最大。而且“節(jié)水增發(fā)電”還意味著整個(gè)電力系統(tǒng)電煤消耗的減少，具有全局意義上的節(jié)能和環(huán)保的作用，實(shí)現(xiàn)“節(jié)能調(diào)度”。

5 結(jié)束語(yǔ)

要實(shí)現(xiàn)流域電站的統(tǒng)一調(diào)度，必須組建以流域?yàn)閱挝坏奶菁?jí)電站調(diào)度中心或集控中心。建立碩多崗河流域梯級(jí)集控中心，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)電站遠(yuǎn)方集中控制、機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行，減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益，意義十分重大。

［1］楊非，李東風(fēng).梯級(jí)電站集控中心監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案［J］.水電廠自動(dòng)化，2010，31 (3):31－3.

［2］刁東海，吳正義.瀾滄江流域梯級(jí)電站集控中心監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.水電廠自動(dòng)化，2008，29 (4):50－54.

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［4］單文坤.王國(guó)華.流域梯級(jí)水電站集控中心監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.內(nèi)江科技，2010，31 (9).

［5］馬光文，劉金煥，李菊根.流域梯級(jí)水電站群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.