小型水電站自動化無人值守運行的應用分析

舒繼武

摘? 要：我國水利資源較為豐富且分布廣泛，在許多河流上都建有小型水電站，為我國電力能源的穩定供給提供了有力的支撐作用。然而，很多小水電站地處偏遠，交通閉塞，造成電站的運維管理成本較高，管理水平相對較低。該文依據我國小型水電站運行過程中面臨的實際需求，闡明了自動化無人值守系統在小型水電站運行管理中的作用和價值，并深入分析了自動化無人值守系統的功能要求和關鍵技術，希望為我國小型水力發電運行管理部門提供一定的參考思路。

關鍵詞：小型水電站;自動化;無人值守

中圖分類號：TV736? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

使用自動化無人值守系統能夠有效解決問題，提升小型水電站運行效率，降低運行管理成本，具有很強的現實意義。

1 自動化無人值守在小型水電站運行中的作用和價值

1.1 提升設備可靠性

大多數小型水電站的運行維護人員專業水平不高，導致水電站運行可靠性低，無法及時發現設備隱患，人工運行時誤操作較多，降低了水電站的運行效率。水電站使用自動化無人值守系統后，可以通過各種自動化控制設備對水電系統進行快速、準確地檢測、控制和報警，既能防止異常工況發展成事故，又能保護事故中的設備不受更嚴重的損壞，從而提高電站的安全運行水平。另一方面，通過自動控制設備來完成小型水電站的運行和控制，不僅可以有效降低運行人員誤操作的可能性，從而減少由于人為因素引發事故的可能性，而且可以縮短系統控制時間，特別是在水電站設備出現緊急故障時，自動化系統能根據故障信息進行快速處置，及時防止更嚴重的事故發生。

1.2 提升發電效率和電能質量

近年來，我國電網對發電設備上網質量要求不斷提升，要求水電站上網電壓波形偏移不能超過額定電壓的5%，上網頻率偏差低于0.5 Hz，這對水電站的控制精度具有較高的要求，此外，還有一些小型水電站水頭并不穩定，為了提高水輪機利用效率，采用變速運行策略，這要求控制系統具有較高的實時性，這些現實需求如果利用傳統的人工控制無論是在控制精度還是在響應時間上都難以滿足要求，因此，必須利用具有高響應速度、高控制精度的自動化無人值守系統對水電站設備進行快速調節，這樣才能滿足水電站的運行需求，進而提高發電效率和上網電能質量。

1.3 提升經濟性

小型水電站采用自動化無人值守系統后，首先能夠根據電站分配的負荷情況快速調節有功輸出，并可以自動選擇開機運行機組的臺數，有效減少機組不必要的磨損，降低設備維護費用。其次是能夠實現梯級水電站的合理優化調度，充分利用水力資源，有效避免對水資源的浪費。最后，自動化無人值守的運用有助于實現電廠的經濟運行任務，尤其是一些有調節能力的水電站，自動控制系統的應用不僅可以預測和計算水庫的涌水量，還可以綜合水頭、流量、網側負載等重要參數，實現經濟化運行策略自動控制，進而有效提高了水電站設備運行的經濟性。最后，自動化無人值守系統運用后，減少了水電站運行中大量的人工操作，讓運行維護任務更加方便快捷，可以減少運行維護人員數量，實現人力成本的有效節約。

1.4 促進信息化管理發展

當前，企業的信息化管理正在高速發展且日漸成熟，對于發電企業來說，要想實現水電站現場設備的信息化管理，首先必須構建完善的自動化無人值守系統，利用自動化系統，可以將水電站的實際運行情況轉化為電子數據信息，再通過網絡傳輸到發電企業上級管理單位，實現多層次全方位的遠程信息化管理，從而提升發電企業的生產經營管理效率，促進企業經濟效益的提升。

2 小型水電站自動化無人值守系統功能需求

2.1 信號采集和處理功能

在小型水電站自動化無人值守系統中，需要采集水電站各個系統的狀態信號和各傳感器的輸入信號，如環境溫濕度信號、調速器信號、發電機轉速信號，輸出功率反饋信號，發電機溫度信號、發電機輸出的三相電流、電網頻率、發電機功率因數等，這些模擬信號和數字信號經過信號采集卡進入自動化系統控制器，控制器需要對信號進行濾波、選擇、運算等處理，為水電系統的自動化控制提供輸入數據依據。

2.2 自動調節功能

水電自動化無人值守系統需要實現機組的一鍵啟動、停機功能，在啟停機過程中對并網、離網開關進行自動控制，在自動化運行過程中需要對水輪機轉速、對發電機勵磁、對發電有功負荷等重要參數進行自動調節，并需要根據電網情況進行無功控制和功率因數調節等操作。

2.3 告警和故障保護功能

自動化系統需要具有告警和快速的故障保護功能，并能對故障信息進行記錄，還需要具備故障錄波功能，以供電站技術服務和運行維護人員查詢。

2.4 人機交互功能

小型水電自動化無人值守系統雖然能夠自動控制水電站主要設備的運行，但依然需要提供完善的人機交互接口，運行人員可以在人機界面上監控機組全部運行數據，在一些特殊工況，可以采用手動控制方式控制水電站設備運行。

3 小型水電站自動化無人值守系統關鍵技術分析

3.1 現場總線通信技術

對于實現標準通信協議的儀器或智能設備，控制器使用相同的協議進行通信，完成智能儀器的數據采集。對于使用非標準或自由協議的設備，控制器可以通過自由端口通信技術與其通信。通過控制器強大的數據采集功能，實現各種智能儀表的數據上傳。控制器采集數據后，通過控制器內的邏輯程序與計算機監控系統進行通信。在通信過程中，計算機監控系統嚴格按照控制器所能支持的協議與控制器進行通信。例如，西門子S7-200系列控制器可以根據Modbus RTU協議向自動化無人值守監控系統上傳設備數據信息，而倍福、巴合曼等控制器可以通過TCP/IP協議和計算機監控系統進行數據交互，控制器與自動化無人值守監控系統上位機的數據傳輸可通過星型或環形網絡進行傳輸，對于距離較長的數據傳輸（超過200 m以上的距離），可以采用光纖網絡進行數據傳輸。

3.2 遠端監控技術

遠端計算機監控技術是小水電站無人值守自動化系統的核心。小水電站機組及其他公用輔助設備的自動啟停，可采用計算機自動保護裝置、計算機自動勵磁裝置、計算機自動調速裝置等自動化元件對全站進行控制和監視，并可對負荷進行控制和監視。同時可以對整條輸電線的調節、分配甚至運行進行自動控制。完善可靠的計算機監控系統能有效地完成機組和主要設備的運行控制，提高電廠的運行管理水平。計算機遠端監控系統通常采用冗余的雙網結構，即上位監控系統和下位機控制設備之間采用雙以太網線路進行數據交換和控制指令的下發，進而保證小型水電站的安全穩定運行。

3.3 數據挖掘技術

近年來，大數據技術在工業生產領域正在廣泛應用，對于小型水電站自動化無人值守系統而言，也應該充分利用數據挖掘技術，在長期的水電站運行過程中，積累了大量的歷史運行數據和故障記錄，自動化系統應對這些歷史數據進行全面的分析和深入的挖掘，根據數據分析結果來不斷優化自動化無人值守系統的控制策略和軟件算法，從而進一步提升小型水電站系統的運行效率和穩定性。

4 結語

綜上所述，在小型水電站運行管理中，采用自動化無人值守系統能夠有效提高水電站的發電效率和設備可靠性，并提升電站的經濟效益。未來，隨著水利資源得到更加充分的開發和利用，自動化無人值守系統將會得到更廣泛的運用，為我國能源結構調整提供更大的助力作用。

參考文獻

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