梯級集控中心建設探討

王家陳，楊四紅，張孝武

(1.云南電力技術有限責任公司，昆明 650051;2.國電迪慶香格里拉發電有限責任公司，云南 迪慶 674402)

0 前言

水電資源的管理水平在發展進步，其中，一個流域內的所有電站實行統一調度的管理模式得到了一致認可和大力應用。要實現流域電站的統一調度，必須組建以流域為單位的梯級電站調度中心或集控中心。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電站集控中心管理的實踐和取得的巨大經濟效益和社會效益，有力地證明了梯級水電站集控中心管理切實可行。

本文以碩多崗河流域梯級電站規劃為基礎，對集控中心建設的選址、系統構成、建成后的效益等進行分析、探討。

1 流域概況

碩多崗河是金沙江左岸的一級支流，河流全長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‰。水能理論蘊藏量35.2 萬千瓦，規劃“一庫六級”開發，依次為小中甸水庫(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)。總裝機容量330.3 MW，保證出力156 MW，年發電量18.19 億Kw.h，并以螺絲灣水電站為母體，逐步實施對全流域的滾動、梯級開發。碩多崗河流域梯級電站分布情況如圖1 所示:

圖1 碩多崗河流域梯級電站分布示意圖

2 碩多崗河梯級集控中心總體規劃

一期規劃:在香格里拉發電有限責任公司辦公樓建設碩多崗河集控中心，集控已經投產運行的吉沙水電站、沖江河一期水電站、沖江河擴充水電站、螺絲灣水電站四個電站。在碩多崗河集控中心中納入四個被集控電站的計算機監控系統、工業電視系統、振擺系統、通信系統;基本實現先運行的四個梯級電站集中控制和管理，滿足集控中心建立標準和調度要求。

二期規劃:將一期四個電站的消防監控系統、生產管理信息系統、水情測報系統、ON－CALL系統及仿真系統、水調自動化系統納入集控中心，完善一期四個電站的系統功能。將吊江巖水電站、小中甸水庫電站、月亮坪水電站三個電站納入集控中心，并完成計算機監控系統、工業電視系統、振擺系統、通信系統、消防監控系統、生產管理信息系統、水情測報系統、ON－CALL 系統及仿真系統、水調自動化系統接入集控中心的工作。

三期規劃:在麗江市或昆明市成立碩多崗河梯級電站遠方集控中心。實現與國電在云南的其它電站或流域更大規模的集控中心。

3 集控中心系統配置

在碩多崗河集控中心中納入四個被集控電站的計算機監控系統、工業電視系統、振擺系統、通信系統，基本實現先運行的四個梯級電站集中控制和管理，滿足集控中心建立標準和調度要求。

3.1 生產管理數據服務系統

流域梯級電站集中控制與管理系統是將現代工業系統中的自動化與信息化完美結合，互相兼容，實現資源共享，將自動化系統各方面產生的生產數據進行積累。實現數據的控制、收集、存儲、整合、統計、分析和挖掘，經系統過濾，統計，分析后形成管理數據，即保證了數據的實時性，真實性和唯一性，又提高了工作效率，管理者可在最短的時間內查找到當前最新的數據信息，避免了因數據不及時和不準確造成的損失。

3.2 計算機監控系統

碩多崗河流域梯級水電站集控中心是以自動發電控制和經濟調度為目的，實現“無人值班，少人值守”的管理模式，對于集控中心計算機監控系統來說，最核心的任務是實現流域經濟調度和自動發電。能實現各梯級電站的遠程控制和監視，可實現遠方自動加減負荷，AGC、AVC、EDC 功能。在硬件設備和監控軟件都必須是具有先進性、可擴展性、升級維護比較方便等。

3.3 工業電視系統

一般情況下，計算機監控系統缺點是對現場環境(人、設備、線路等對象)缺乏直觀的觀察和了解。工業電視作為監控系統的補充手段，具有可靠性，實時性、清晰性，可記錄性的特點，實現電廠安全運行的重要保證。工業電視已經成為實現水電廠“無人值班，少人值守”的重要技術保證。同時兼顧電站消防監控系統火災確認的需要，有效的防范火災事故的發生和蔓延，保障電站設備的安全運行和人員的安全。

3.4 機組振擺監測系統

通過設置機組振擺在線監測系統，采集機組運行過程中的振動、擺度、壓力脈動等數據，能實時監測分析機組穩定性狀況，及時發現機組故障、指導機組運行和檢修。集控中心納入機組振擺監測系統，能夠實時、動態掌握機組振動區與運行水頭、功率等的關系。通過專家系統的分析和判斷，能夠得到各機組動態的振動區，即能確定機組振動區邊界曲線與運行水頭的函數關系，為機組負荷分配優化運行提供數據支持和依據。

3.5 通信系統

根據碩多崗河流域梯級電站集控中心對網絡業務、安全性、可靠性和經濟性的考慮，對梯級通信網絡系統進行全流域的統一規劃，以滿足碩多崗河梯級集控中心和各梯級電站之間的計算機監控系統、工業電視、機組在線監測系統(振動擺渡)及水情測報系統、對調度通信傳輸網絡的要求。結合目前各梯級電站光纖通信的現狀，網絡拓撲清晰，結構合理，層次分明，網絡分期實施，易擴展，后期網絡接入主干時不應影響已有網絡的運行。

3.6 其它重要系統

集控中心綜合自動化系統還包括:消防監控系統、生產管理信息系統、水情測報系統、ONCALL 系統及仿真系統、水調自動化系統等。

4 效益分析

4.1 經濟效益

項目建成后，年均增加發電量(1 117.5～2 235)萬kw.h，減少值班運行人員41 人，降低運行成本，增加機組運行壽命年限，減少停機事故次數，可預測經濟效益在(511.25～841)萬/年。

4.1.1 成組控制效益

對不同的電廠，由于其設計水頭不同，水庫調節能力各異，因而其計算機監控系統自動發電成組控制功能所產生的超發電率a 值有較大差別。高水頭、水庫具有多年調節能力的水電廠其a 值可高達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

梯級電站集控效益評估:各梯級電站水頭均高于100 m，年調節的方式下進行評估。

梯級電站的發電增加量Wi:Wi=W×a (%);

式中:W=設計年平均發電量;

a (%)=梯級電站集控中心綜合自動化系統進行成組控制效益評估;

梯級電站增加發電量有效緩解枯水期間火電廠承擔電網基負荷造成的CO2排放量QC:QC=Wi×k;

式中:k=0.886，k 為火電廠發電功率與CO2排放量之比。

梯級電站的發電增效益T:T=Wi×d=W×a×d;

式中:d=年平均上網電價。

綜上所述，結合碩多崗河流域各梯級電站的現狀，可以得出碩多崗河流域梯級電站成組控制效益如表2 所示:

表2 碩多崗河流域梯級電站成組控制效益表

4.1.2 電站運行安全指標的提高所帶來的增益

水輪發電機組避開流態不穩的水力不平衡區，受蝸殼、尾水壓力脈動影響變小，降低因壓力脈動較大引起蝸殼、尾水管等金屬結構發生形變的幾率，減弱轉輪氣蝕強度，延長檢修周期，縮短檢修工期。以吉沙水電站一臺機組檢修時處理轉輪裂紋及尾水管焊縫裂紋為例:按照標準，水電站機組每三年至五年需進行一次較大檢修，每次檢修處理轉輪裂紋及尾水管焊縫裂紋費用約3 萬元。吉沙水電站從投產后機組經常處于振動區域運行，在近兩年C 修時均對轉輪裂紋及尾水管焊縫裂紋進行過處理，如果能夠避開振動區運行，處理次數變為三年一次，則每臺機至少可節約資金6 萬元。每年吉沙水電站可節約檢修資金12 萬元。

4.2 社會效益

通過本項目的實施，有利于該地區的扶貧發展，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，為我國社會經濟可持續發展做出貢獻。

4.3 環境效益

合理利用流域水資源，采用各種優化技術統一安排優化的梯級電站運行方式，不僅可使梯級電站發電效益最大。而且“節水增發電”還意味著整個電力系統電煤消耗的減少，具有全局意義上的節能和環保的作用，實現“節能調度”。

5 結束語

要實現流域電站的統一調度，必須組建以流域為單位的梯級電站調度中心或集控中心。建立碩多崗河流域梯級集控中心，實現流域內電站遠方集中控制、機組優化運行，減輕運行人員勞動強度，提高經濟效益，意義十分重大。

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［2］刁東海，吳正義.瀾滄江流域梯級電站集控中心監控系統的實現［J］.水電廠自動化，2008，29 (4):50－54.

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