中小型水電站完全無人值班運行模式研究

林嘯虎 李長寧

【摘?要】我國中小型水電站基本實現自動化管理，然而多數管理模式都為少人值班模式。對于水電站完全無人值班運行模式來說，只是在部分地區進行樣板試驗。此次研究主要是分析中小型水電站完全無人值班運行模式，希望能夠對相關人員起到參考性價值。

【關鍵詞】中小型水電站;完全無人值班運行模式

在長期發展過程中，多數中小型水電站借助計算機技術實現實時監控和保護。相比于常規電站來說，明顯提升了技術水平，相應提升了自動化水平。然而需要注意的是，水電站運行模式只是減少了值班人員所以為少人值班運行模式，但是距離完全無人值班，運行模式的發展還比較遠。我國水利部門為了全面提升水電站技術水平，改善工作人員的工作環境，要求具備條件的水電站建設完全無人值班運行系統，并且在生活條件優越的地區設置監控中心，遠程監控水電站運行情況，實現遙測遙控以及搖調等功能。因此，多數中小型水電站開始研制完全無人值班運行模式，注重設計任務、安裝調試任務以及遠方調度任務等，并且在部分地區進行樣本試驗。

1、完全無人值班運行模式

此種運行模式應當要求水電站全面實現自動化運行，具備安全可靠的控制機制。所以在無人值班運行模式下，應當優先采用性能良好的設備，并且確保一次設備滿足標準要求。優化設計二次設備，確保其具備穩定的通信通道，全面提升二次設備運行可靠性，在設計時需要進行容錯冗余設計。二次設備實現完全無人值班后應當制定相應的管理制度，不斷提升水電站工作人員的業務能力和綜合素質。

1.1具備良好性能的一次設備

水電站一次設備主要包括高壓配電裝置，主變壓器，水輪機斷路器以及發電機等，上述設備的級別評定均應當滿足一類設備要求。使用自動邏輯編程控制系統，設計快速閘門進水閥以及事故閘門。此外應當確保控制系統以及依次設備運行可靠性和安全性，從根本上提升周邊建筑物，輸水管道和機組的安全性，準確無誤地將信息傳輸到遠程控制中心。

某水電廠電源系統采用兩臺電變壓器，其中一臺使用本站供電方式，另一臺采用系統供電方式，由此形成雙電源供電系統。雙電源應維護備電源，可以實現自動化投親，確保設備故障或者主電源消失故障，發生時能夠將備用電源自動投入使用。水電站應當將狀態信號以及電量數據傳輸到上位機系統，之后傳輸到遠程控制中心。

1.2優化設計二次設備

完全無人值班模式，必須確保運行安全性和控制可靠性原則。所以對于重點設備來說，應當應用雙重冗余設計方式。例如通訊通道和計算機監控系統均應當采用雙網結構。

第一，水電站網絡系統結構。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于系統結構的要求也不相同。對于小小型水電站來說，由于容量少，因此建設維護的成本投入也比較低，在實行完全無人值班運行模式時，可以通過4G網絡或者全球定位網絡實現，此種設計方法能夠減少通訊通道的成本投資，通過手機就能夠進行監測和控制。對于小型水電站來說，該類水電站的容量不大，為了降低成本投入，可以應用單星型以太網結構。然而為了滿足實際需求，可以應用雙通訊通道。對于中型水電站來說，由于容量比較大，因此前期建設的投入成本也比較多，在設計計算機監控系統時，必須應用雙星形型以太網結構。通訊通道應當使用雙光纖通道，可編輯邏輯控制系統可以采用雙電源模塊。

第二，水電站梯級調度系統。當流域內存在多座水電站時，則需要應用梯級調度系統以此確保用水調度的合理性。來水問題會影響梯級調度的實踐。所以需要進行水情水文預報，以此確保水電站發電計劃的合理性，全面提升水頭與水量的有效利用率，按照水電站實際情況制定科學的梯級調度方案，并且按照實際變化情況對調度方案進行修改。水電站實行完全無人值班運行模式時，應當采用雙星型以太網作為PC調度系統的網絡結構。對于梯級水電站來說，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，完全無人值班運行模式下，可以采用環形以太網作為梯級調度系統的網絡結構。

第三，遠程控制系統。該類系統也需要分為三種不同容量的水電站進行分析。對于小小型水電站來說，可以選擇手機監控方式，不需要設置獨立的調度中心。對于小型水電站來說，設計遠程監控中心的難度比較小。主要采用單還行以太網組成監控中心，按照水電站的規模合理配置不同工作站服務器以及視頻工作站。如果需要連接網絡系統，則應當增設安全隔離裝置。為了提升通訊可靠性，則需要采用光纖通訊通道方式。對于中型水電站來說，由于水電站的規模比較大，可以設計適當復雜的調度中心。若水電站為梯級開發，則應當組成無人值班梯級調度系統，考慮到網絡速度和可靠性問題。

第四。通訊通道。水電站實現完全無人值班，運行模式是必須確保通訊通道性能的良好性，全面提升運營安全性。在設計通訊通道時，必須考慮到水電站的實際情況。對于光纖通訊來說，所能容納的通訊容量比較大，并且通訊速率比較高，能夠實現遠距離傳輸。水電站可以租用通訊企業的光纖作為通道設計介質。對于GPRS網絡來說，用戶可以租用通訊通道，以此降低通信建設成本。用戶可按照所需帶寬租賃相應的通訊通道，按照流量計算租用費用。GPRS帶寬為115kbps，只能傳輸數據。所以應當按照水電站的實際情況，合理應用4G網絡，以此傳輸圖像和數據。對于無線擴頻來說，當區域空間比較開闊時，客戶可以購買無線擴頻專制建設無線通訊通道。無線擴頻帶寬在20兆左右，可以實現圖像和數據的雙傳輸。無線擴頻的霧霾率比較低，并且具備良好的抗電磁干擾性能，可以實現遠距離傳輸。無線擴頻主要應用超短波傳輸方式，工作頻率在2.8G左右，只可以實現直線傳播。對于載波通訊來說，由于此種通訊方式不需要架設獨立電纜，可通過電力架空線進行信息傳輸，然而此種傳輸方式的誤碼率比較高，容易受到線路運行影響，無法應用在完全無人值班水電站當中。對于衛星通訊來說，該種通訊方式具備較高的可靠性，并且不會受到地理環境影響，然而需要建設地面通訊站，建設成本比較高。

2、中小型水電站完全無人值班運行模式的管理制度

為了實現完全無人值班運行模式，應當全面發揮出設備維護管理，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容如下：第一，應急處理現場制度。第二，設備退出運行監護制度以及安全隔離制度。第三，調度監控中心值班制度。第四，事故處理制度以及故障維護制度。

此外，還應當不斷提升水電站工作人員的素質水平。為了實現中小型水電站完全無人運行模式，必須提升對一次設備和二次設備的要求，還應當不斷提升工作人員的素質能力。水電站應當從現有員工當中挑選出具備高素質高能力的人員，通過崗位培訓制度，確保員工能夠掌握多項技能，能夠熟練掌握完全無人值班運行技術。

3、結束語

綜上所述，中小型水電站完全無人值班運行模式能夠滿意技術可行性要求，安全性和可靠性比較高，有助于提升水電站設備的自動化水平。然而由于完全無人值班模式的發展還未形成系統化模式，所以還需要相關人員進一步研究分析，不斷完善完全無人值班運行模式的內容。

作者簡介：

林嘯虎，出生于1968-2-20，陜西省寧強縣，男，漢，大專，助理工程師，發電部運行專責，研究方向：中小型水電站管理。

（作者單位：陜西省水電開發有限責任公司二郎壩發電公司）