孫德懷

（通山縣水利局，437600）

1 九宮梯級水電站概況

湖北省通山縣九宮梯級水電站座落在幕埠山脈主峰九宮山北麓，水頭總落差1056m，由3座水庫8級電站構(gòu)成，始建于上世紀代70年代末80年代初，總裝機5505kW，設計年均發(fā)電量1400多萬kW·h 。建成以來，累計發(fā)電 5.5億kW·h，發(fā)電收入超1億元，上繳稅收2276萬元，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。九宮梯級水電站一級站龍頭水庫造就了我國第三大高山湖泊——云中湖，庫容125.4萬m3，海撥高程1220m，是國家4A級風景名勝區(qū)九宮山的標識性景觀，促進了九宮山旅游資源的開發(fā)，而且梯級電站的發(fā)電尾水可灌溉農(nóng)田1930畝，造福了當?shù)厝罕姟?/p>

因受當時資金投入、設計、施工和設備制造等方面的制約，九宮梯級水電站存在設計標準偏低，施工質(zhì)量不高，發(fā)電設備不配套、不完善等問題，加之后期運營過程中無力改造升級，能效逐年衰減。梯級電站多數(shù)是七十年代的設備，電氣設備嚴重老化，水輪機轉(zhuǎn)輪磨損和汽蝕嚴重，整體設備完好率低下，安全隱患突出，水能資源利用率逐年降低，本次改造前發(fā)電量僅為1000余萬kW·h。2011年，在水利部、財政部和湖北省水利廳、財政廳的關心支持下，我縣先后對九宮梯級電站的3座水庫進行了除險加固，累計投入1300萬元。水庫完成除險加固后，電站沒有進行改造，導致水庫的綜合效能不能完全發(fā)揮，電站經(jīng)濟效益低下，迫切需要進行增效擴容改造。

2 梯級調(diào)度系統(tǒng)的改造

2011年九宮梯級電站被列入全國農(nóng)村水電增效擴容改造試點項目。項目改造的內(nèi)容主要有：①各站水輪發(fā)電機組更新改造；②輔助機械設備更新改造；③一、二次電氣設備更新改造；④部分輸電線路改造；⑤部分引水系統(tǒng)和金屬設備更新改造；⑥通信調(diào)度系統(tǒng)智能化改造；⑦站容站貌改造。

流域梯級智能調(diào)度，是梯級小水電站調(diào)度的理想模式。九宮梯級電站在調(diào)度方面，經(jīng)歷了手遙電話調(diào)度、程控電話調(diào)度兩個階段。由于站點分散，梯級電站相距較遠，調(diào)度的隨意性較大、連貫性不強，往往造成大量棄水，流域水資源利用效率不高，電站經(jīng)濟效益低下，運行安全方面存在諸多隱患。

2.1 調(diào)度系統(tǒng)的構(gòu)建

九宮梯級電站集中調(diào)度控制通訊采用專用局域網(wǎng)，架設專用光纖線路，通過光纖將梯級電站連成一個局域網(wǎng)，然后再經(jīng)路由器接入英特網(wǎng)，梯級電站集中調(diào)度控制中心主機置于五級站。該方案具有帶寬高，可以傳輸調(diào)度信號和監(jiān)控視頻信號，通訊穩(wěn)定的優(yōu)點。

梯級電站集中調(diào)度控制中心通過自架光纖與各電站監(jiān)控系統(tǒng)連接，梯級電站集中調(diào)度控制中心計算機網(wǎng)絡配置為：一臺路由器、一臺服務器、一臺交換機、一臺監(jiān)控工作站、一臺打印機、一套UPS電源。各電站監(jiān)控系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡配置為：一臺路由器、一臺服務器、一臺交換機、一臺監(jiān)控工作站、一臺打印機、一套UPS電源。電站監(jiān)視系統(tǒng)組成由監(jiān)控主機、硬盤錄像機、攝像機三個主要部分組成，主要完成圖像采集、編碼和傳輸、攝像機控制、報警的輸入輸出。電站視頻監(jiān)控點主要是水輪發(fā)電機組及調(diào)速器、廠房電氣設備、升壓站設備。

2.2 調(diào)度系統(tǒng)的操作

（1）畫面監(jiān)視可按監(jiān)視地點分組，每組有四路、九路視頻，地點可以擴充，點擊某路圖像時可以實時放大。

（2）單畫面全屏時，可通過鼠標移動和左右控制鍵控制攝像機，可方便用戶將計算機圖像顯示在屏幕上，有利于集中控制的需要。

（3）在多個用戶控制某個攝像機時，系統(tǒng)規(guī)定的優(yōu)先級別高的享有控制權(quán)，只有高優(yōu)先級別放棄控制權(quán)時，低優(yōu)先級的用戶才能控制。錄像提供三種方式，計劃錄像、報警錄像、手動錄像。

（4）系統(tǒng)具有聯(lián)動控制及報警功能。

（5）系統(tǒng)采用嚴格的操作密碼保護機制。

2.3 調(diào)度系統(tǒng)的配置

九宮梯級電站發(fā)電機均為0.4kV低壓出線，電站的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用ME-SHP-0.4-M低壓機組水電站自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)由ME-0.4-M低壓機組一體化控制屏組成。ME-0.4-M低壓機組一體化控制屏用一塊屏將一臺水輪發(fā)電機組的斷路器、機組控制、測量、保護、微機調(diào)速、微機勵磁、自動準同期、溫度檢測、電能計量等一、二次設備組合起來，實現(xiàn)對一臺水輪發(fā)電機組全部自動化控制。

系統(tǒng)配置的主要自動化裝置設備接線形式統(tǒng)一、外形一致、通訊規(guī)約相同。正常情況下，電站運行值班人員通過計算機系統(tǒng)的彩色液晶顯示器和鍵盤進行人機對話，對電站的水輪發(fā)電機組、主變壓器、線路、廠用電、勵磁、調(diào)速等主要設備進行控制和監(jiān)視，計算機監(jiān)控系統(tǒng)也可以按運行值班人員設定的負荷、負荷曲線、母線電壓，自動進行開、停機組、并網(wǎng)操作，分配負荷，調(diào)整電壓、頻率，監(jiān)視電站主要設備的運行情況。

監(jiān)控系統(tǒng)能及時發(fā)現(xiàn)、分析處理故障，提高了水電站的運行可靠性和自動化水平，保障了水電站系統(tǒng)的安全性、可靠性、連續(xù)性。

2.4 調(diào)度系統(tǒng)的功能

通過上述改造，梯級電站能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：

（1）將三座蓄水水庫和各電站前池水位信號分成三檔輸入微機控制裝置，通過在水庫或前池中安裝的液位測量裝置，能準確無誤地反映水庫水位的高低位置。在高水位時，自動開機和控制機組滿負荷發(fā)電；在中水位時（二檔），將自動減少輸出功率至設定值；在低水位時，自動停機，以利于水庫水量的合理利用。通過水位監(jiān)控和系統(tǒng)強大的信息傳輸功能實現(xiàn)梯級聯(lián)動和自動調(diào)度。

（2）自動開機及自動調(diào)速、自動同期、自動調(diào)功。

（3）就地或遠方控制停機，發(fā)生事故時自動快速減少水機開度，跳滅磁開關，出現(xiàn)機組超速時，將控制進水閥門（或折向器）關閉。

（4）自動顯示電壓、電流、有功功率、無功功率、發(fā)電機組溫度等測量值。

（5）根據(jù)水位自動選擇經(jīng)濟運行方式，手動開機、停機，手動起勵、滅磁，手動同期、手動增功、手動減功、常規(guī)儀表測量。

（6）微機控制裝置可通過RS485通訊口與后臺機相連，亦可以多臺機組同時聯(lián)接，組成一個現(xiàn)地控制網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠方調(diào)度功能，實現(xiàn)發(fā)電機和變壓器的常規(guī)保護。

3 梯級智能調(diào)度系統(tǒng)的效益

九宮梯級電站位于較高海撥地區(qū)，交通和通信極不方便，梯級電站以往調(diào)度是通過工作人員直接到水庫觀察蓄水情況，再通過有線電話進行梯級調(diào)度，有時電話聯(lián)絡不通，只能派車或派人進行聯(lián)絡，不能及時有效地進行梯級調(diào)度，影響了發(fā)電效益，增加了生產(chǎn)成本。

九宮梯級電站的智能調(diào)度系統(tǒng)完全改變了電站落后的運行方式，水情觀測、梯級聯(lián)動、發(fā)電運行在運行操作人員的監(jiān)控下全部自動進行，全面提高了梯級電站發(fā)電運行的安全性、可靠性和靈活性，實現(xiàn)了最大限度地利用流域水能資源，發(fā)電經(jīng)濟效益可提高29.79%。

4 結(jié)語

九宮梯級電站通過上述改造后，實現(xiàn)了流域梯級自動調(diào)度，梯級電站能夠根據(jù)三座水庫的蓄水情況自動實現(xiàn)開機發(fā)電、停機，實現(xiàn)了梯級調(diào)度自動化，減少了盲目調(diào)度造成的水資源浪費，發(fā)電效率顯著提高，達到了安全、可靠、自動聯(lián)合調(diào)度的改造目標。