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(xiàn)自動化管理，然而多數(shù)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(qū)進(jìn)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?qū)ο嚓P(guān)人員起到參考性價值。

【關(guān)鍵詞】中小型水電站;完全無人值班運行模式

在長期發(fā)展過程中，多數(shù)中小型水電站借助計算機技術(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)控和保護(hù)。相比于常規(guī)電站來說，明顯提升了技術(shù)水平，相應(yīng)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(fā)展還比較遠(yuǎn)。我國水利部門為了全面提升水電站技術(shù)水平，改善工作人員的工作環(huán)境，要求具備條件的水電站建設(shè)完全無人值班運行系統(tǒng)，并且在生活條件優(yōu)越的地區(qū)設(shè)置監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程監(jiān)控水電站運行情況，實現(xiàn)遙測遙控以及搖調(diào)等功能。因此，多數(shù)中小型水電站開始研制完全無人值班運行模式，注重設(shè)計任務(wù)、安裝調(diào)試任務(wù)以及遠(yuǎn)方調(diào)度任務(wù)等，并且在部分地區(qū)進(jìn)行樣本試驗。

1、完全無人值班運行模式

此種運行模式應(yīng)當(dāng)要求水電站全面實現(xiàn)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(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用性能良好的設(shè)備，并且確保一次設(shè)備滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。優(yōu)化設(shè)計二次設(shè)備，確保其具備穩(wěn)定的通信通道，全面提升二次設(shè)備運行可靠性，在設(shè)計時需要進(jìn)行容錯冗余設(shè)計。二次設(shè)備實現(xiàn)完全無人值班后應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的管理制度，不斷提升水電站工作人員的業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)。

1.1具備良好性能的一次設(shè)備

水電站一次設(shè)備主要包括高壓配電裝置，主變壓器，水輪機斷路器以及發(fā)電機等，上述設(shè)備的級別評定均應(yīng)當(dāng)滿足一類設(shè)備要求。使用自動邏輯編程控制系統(tǒng)，設(shè)計快速閘門進(jìn)水閥以及事故閘門。此外應(yīng)當(dāng)確保控制系統(tǒng)以及依次設(shè)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(zhǔn)確無誤地將信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心。

某水電廠電源系統(tǒng)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(tǒng)供電方式，由此形成雙電源供電系統(tǒng)。雙電源應(yīng)維護(hù)備電源，可以實現(xiàn)自動化投親，確保設(shè)備故障或者主電源消失故障，發(fā)生時能夠?qū)溆秒娫醋詣油度胧褂谩Ｋ娬緫?yīng)當(dāng)將狀態(tài)信號以及電量數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C系統(tǒng)，之后傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心。

1.2優(yōu)化設(shè)計二次設(shè)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(shè)備來說，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用雙重冗余設(shè)計方式。例如通訊通道和計算機監(jiān)控系統(tǒng)均應(yīng)當(dāng)采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

第一，水電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。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(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)維護(hù)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(wǎng)絡(luò)或者全球定位網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，此種設(shè)計方法能夠減少通訊通道的成本投資，通過手機就能夠進(jìn)行監(jiān)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(yīng)用單星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。然而為了滿足實際需求，可以應(yīng)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(shè)的投入成本也比較多，在設(shè)計計算機監(jiān)控系統(tǒng)時，必須應(yīng)用雙星形型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通訊通道應(yīng)當(dāng)使用雙光纖通道，可編輯邏輯控制系統(tǒng)可以采用雙電源模塊。

第二，水電站梯級調(diào)度系統(tǒng)。當(dāng)流域內(nèi)存在多座水電站時，則需要應(yīng)用梯級調(diào)度系統(tǒng)以此確保用水調(diào)度的合理性。來水問題會影響梯級調(diào)度的實踐。所以需要進(jìn)行水情水文預(yù)報，以此確保水電站發(fā)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(xué)的梯級調(diào)度方案，并且按照實際變化情況對調(diào)度方案進(jìn)行修改。水電站實行完全無人值班運行模式時，應(yīng)當(dāng)采用雙星型以太網(wǎng)作為PC調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。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(huán)形以太網(wǎng)作為梯級調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

第三，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該類系統(tǒng)也需要分為三種不同容量的水電站進(jìn)行分析。對于小小型水電站來說，可以選擇手機監(jiān)控方式，不需要設(shè)置獨立的調(diào)度中心。對于小型水電站來說，設(shè)計遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的難度比較小。主要采用單還行以太網(wǎng)組成監(jiān)控中心，按照水電站的規(guī)模合理配置不同工作站服務(wù)器以及視頻工作站。如果需要連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，則應(yīng)當(dāng)增設(shè)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(guī)模比較大，可以設(shè)計適當(dāng)復(fù)雜的調(diào)度中心。若水電站為梯級開發(fā)，則應(yīng)當(dāng)組成無人值班梯級調(diào)度系統(tǒng)，考慮到網(wǎng)絡(luò)速度和可靠性問題。

第四。通訊通道。水電站實現(xiàn)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(shè)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?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。水電站可以租用通訊企業(yè)的光纖作為通道設(shè)計介質(zhì)。對于GPRS網(wǎng)絡(luò)來說，用戶可以租用通訊通道，以此降低通信建設(shè)成本。用戶可按照所需帶寬租賃相應(yīng)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(shù)據(jù)。所以應(yīng)當(dāng)按照水電站的實際情況，合理應(yīng)用4G網(wǎng)絡(luò)，以此傳輸圖像和數(shù)據(jù)。對于無線擴(kuò)頻來說，當(dāng)區(qū)域空間比較開闊時，客戶可以購買無線擴(kuò)頻專制建設(shè)無線通訊通道。無線擴(kuò)頻帶寬在20兆左右，可以實現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)的雙傳輸。無線擴(kuò)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(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。無線擴(kuò)頻主要應(yīng)用超短波傳輸方式，工作頻率在2.8G左右，只可以實現(xiàn)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(shè)獨立電纜，可通過電力架空線進(jìn)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(yīng)用在完全無人值班水電站當(dāng)中。對于衛(wèi)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(huán)境影響，然而需要建設(shè)地面通訊站，建設(shè)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(xiàn)完全無人值班運行模式，應(yīng)當(dāng)全面發(fā)揮出設(shè)備維護(hù)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(nèi)容如下：第一，應(yīng)急處理現(xiàn)場制度。第二，設(shè)備退出運行監(jiān)護(hù)制度以及安全隔離制度。第三，調(diào)度監(jiān)控中心值班制度。第四，事故處理制度以及故障維護(hù)制度。

此外，還應(yīng)當(dāng)不斷提升水電站工作人員的素質(zhì)水平。為了實現(xiàn)中小型水電站完全無人運行模式，必須提升對一次設(shè)備和二次設(shè)備的要求，還應(yīng)當(dāng)不斷提升工作人員的素質(zhì)能力。水電站應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)有員工當(dāng)中挑選出具備高素質(zhì)高能力的人員，通過崗位培訓(xùn)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(shù)。

3、結(jié)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(shù)可行性要求，安全性和可靠性比較高，有助于提升水電站設(shè)備的自動化水平。然而由于完全無人值班模式的發(fā)展還未形成系統(tǒng)化模式，所以還需要相關(guān)人員進(jìn)一步研究分析，不斷完善完全無人值班運行模式的內(nèi)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(fā)電部運行專責(zé)，研究方向：中小型水電站管理。

（作者單位：陜西省水電開發(fā)有限責(zé)任公司二郎壩發(fā)電公司）