微機自動化在小水電中的應用

□李　灝□李　冰□張佳男（珠海市水利勘測設計院；河南省農村水電及電氣化發展中心；河南省農田水利水土保持技術推廣站）

微機自動化在小水電中的應用

□李灝1□李冰2□張佳男3
（1珠海市水利勘測設計院；2河南省農村水電及電氣化發展中心；3河南省農田水利水土保持技術推廣站）

小水電站的綜合自動化是一項綜合性工程，包括電站流域的水文氣象、各電站之間的互聯、通訊遙測技術的應用、設備自動控制和保護功能等。文章結合河南省小水電站微機自動化發展的現狀和出現的問題，提出今后微機自動化發展的設想，以供大家探討。

微機自動化；模塊化；智能化

1　自動化系統綜述

1.1水電站微機自動化的基本功能

水電站的綜合自動化是以微機處理系統為平臺，對整個電站（或流域內梯級電站）從水文測報、機組啟停、工況監視、輔助和公用設備控制、負荷分配、運行調度等全過程的自動控制。自動化系統還集成了數據采集預處理、機組監測和記錄、操作與保護及功率調節等功能，并通過遙信技術與上一級調度部門進行實時數據通信。

與傳統的繼電保護相比，水電站的綜合自動化有如下優勢：①減少運行人員，提高勞動效率，降低電站的年運行成本和經營成本，從而提高了電站的經濟效益。②采用微機自動準同期裝置，并網速度快，減少機電設備磨損。③微機自動化系統能實現更復雜的邏輯控制，增強操作安全性和智能性，提高事故處理能力，提高控制效率。④改變二次設備模式，減少控制室面積，降低工程造價。⑤實現數據信號的遠距離傳輸。微機自動化控制系統所有的狀態和物理量經過模數轉換，信息量數字化，保證數據的不失真、高精度、抗干擾特性，便于遠距離傳輸。⑥組成水電站階梯調度系統，發揮水電站群聯合優化調度優勢。

1.2小水電站自動化基本結構

微機自動化現已成為小水電站控制保護的主流技術，微機自動化結構簡圖如下：

2　小水電運行現狀與問題

圖1　站內計算機監控系統結構圖

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、豫南偏遠山區和革命老區，水能資源理論蘊藏量為504.50萬kW，技術可開發量320.70萬kW，適宜小水電資源可開發量達100.20萬kW。小水電資源絕大部分分布在豫北太行山區、豫西及豫西南伏牛山區、豫南桐柏——大別山區。從“七五”開始，河南省開始水電電氣化縣建設，截止到2015年底，共建成小水電站530座，年發電量10億kW/h，總裝機49.27萬kW，還有近50.83%的小水電資源尚未開發，有很大的開發空間。

2.2河南省小水電微機自動化現狀

國家從“七五”開始小水電電氣化縣的建設，經過三十余年的努力，小水電建設取得長足進展，但是電站的控制保護系統相對落后。2000年左右，河南省水電站開始應用微機自動化控制系統。最開始的自動化技術不太成熟，各種機械、電氣設備在接口和兼容上不能達到微機自動化的要求，造成一些電站“大腦發達，四肢不靈”，經過十幾年的發展，微機自動化系統已成為水電控制保護的主流技術，其功能、穩定性、兼容性都能很好滿足電站的運行，但也存在一些不盡如人意的地方，主要表現在以下幾個方面：

2.2.1自動化水平低

由于水電項目大多建設在偏遠山區，地方融資能力較差，主要靠政府投資，建設速度遠遠落后于自動化技術的發展，一些電站自動化設備還是幾十年前的繼電器型，極大落后于市場。

2.2.2技術力量薄弱，不能適應自動化運行要求

小水電站一般地處偏遠山區，技術力量薄弱，運行維護人員以本地人為主，大多沒有受過專業教育和培訓，無法適應復雜、繁多的自動化裝置和應付復雜的運行方式的要求。有些小水電站連一塊萬用表都沒有，更別說示波器等先進的檢測儀器和設備了。

2.2.3微機自動化設計冗雜

小水電站定義為裝機5萬kw以下的電站，河南省小水電大多裝機在幾千千瓦，對整個電力系統穩定性影響甚小，但一些微機自動化廠家為追求經濟利益，對一些并不實用的技術和功能大肆炒作，使微機自動化向貴族化、復雜化發展。

3　微機自動化的發展方向

一是小水電站的運行具有裝機小、開停機方便等特點，決定了小水電微機自動化系統設計方向上要與火電或大水電區分開來。由于小水電對系統沖擊較小，小水電站微機自動化系統不需要強調供電的可靠性，主要注重運行安全、經濟；運行界面上力求簡化，接口盡量少，能夠做到“傻瓜操作”，這樣便于運行人員接受，也更能體現微機自動化的優越性。二是微機自動化系統不僅要滿足自動化控制保護的需要，還要考慮優化運行，提高經濟效益。水電站的出力主要靠流量和水頭實現，河南省的徑流式電站較多，在不使用微機自動化優化運行情況下，電站運行人員靠目測或簡單測量保證水輪機高水頭運行的方法基本不可能，而微機自動化實現這些功能不增加多少投資，但能產生可觀的經濟效益。三是模塊化設計。現在許多高科技產品都有向模塊化發展的方向，水電自控方案如果也采用模塊化設計，將大幅減少不必要的設備和投資。例如水電微機自動化設計上可以以每500～1000 kW作為一個功率單元來進行模塊設計，裝機容量每上升一個單位，相應的配置也高一個檔次。不同的單機和總裝機容量采用不同的保護方案，刪去許多不必要的方案，根據容量設計各種控制保護方案，供業主選擇，這樣雖然不能達到為每個電站進行訂做具體保護方案的效果，但更便于規模化生產，提高了自動化廠家的生產效率。

4　水電微機未來展望

4.1電站的自動化

未來小水電站微機自動化設計可以參照街道上房式變壓器的形式，在電站正常運行的情況下，電站進行全封閉作業，未經集控中心的調度命令，禁止人員進入，如果發生故障，則經調度中心批準，派專門人員或廠家進入電站進行維修。這樣可以大大減小電站的運行人員開支，甚至不需要運行人員，電站與廠家合作關系，電站自動運行，有故障就停機自動轉接廠家客服，這樣既能節省電站的各種運行成本，也方便廠家更了解生產中的問題，掌握第一手的設計資料。

4.2小水電集控系統

由于小水電站基本上不存在火電相關的各種輔助的設備和設施，開停機方便，自動化程度很高，火電或者大水電根本不能實現的“無人值班”在小水電站中可以輕松實現。“無人值班”型小水電站通過遙控技術互聯在一起，就形成了小水電站的集控系統。其基本思路是將集控中心設在小水電站比較集中的某一縣城或規模較大的電站內，控制中心微機通過調制解調器與公用電話網相連，這樣就將本區域內各小水電站的計算機監控系統連接在一起了，如圖所示。

圖2　集中控制中心監控系統結構圖

實行水電的綜合調度，可以利用本地域內的水文氣象、汛期的防汛需要等建立來水流量、防汛水位的數據庫，在不同的時期引入不同的自動發電模式。例如，在汛期可以采用棄水最少化的模式，根據汛期常年來水流量和防汛需要，在盡可能減少棄水的情況下發電。在枯水期可以采用用水最小化模式，抬高電站水位，調整導葉開度，利用盡可能少的水發盡可能多的電。并可以調整調度范圍內的電站運行時間，對沒有蓄水能力的徑流式電站多發，對有蓄水能力的水庫電站可以先儲存部分水量，調節峰谷，提高水資源的利用效率。小水電作為綠色可再生能源，不僅運行成本低、綠色環保，而且在運行上能快速開停機，運行較火電更顯優勢。但在電力系統中，小規模的電站由于在電力系統中的地位較小，經常在運行、調度等各方面受人掣肘，致使在運行成本、環境成本都遠低于火電的小水電卻頻頻因為調峰、調荷等借口成為限發的對象。國家對小水電的各種優惠政策不能得到體現，許多縣市的小水電上網電價偏低。

通過調度中心對小水電的運行進行統一調度，使小水電形成一種運行、發電上的聯盟，或許小水電就能擺脫了長期以來在電力系統中地位較低、發展受限的劣勢，并能使電力調度與水利防汛合理結合，科學調配，在汛期與用電峰谷期進行綜合考慮，為防汛和發電的綜合決策提供一個統觀全局的依據。

5　結語

綜上所述，水電站綜合自動化系統不僅在單一電站的運行控制上要遠優于常規控制，并且對于梯級電站和電站群的集中調度控制上體現了更大的價值，其作用不能簡單的用1+1〉2來表示，微機自動化的應用，使小水電這樣一種作坊式的電站發展成為連鎖店規模的水電群，不僅有利于水電產業的發展，節省充分利用可再生能源，提高了水電站的運行效率，值得大力提倡。

（責任編輯：韋詩佳）

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