舒繼武

摘? 要：我國(guó)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(guó)電力能源的穩(wěn)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(yuǎn)，交通閉塞，造成電站的運(yùn)維管理成本較高，管理水平相對(duì)較低。該文依據(jù)我國(guó)小型水電站運(yùn)行過(guò)程中面臨的實(shí)際需求，闡明了自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)在小型水電站運(yùn)行管理中的作用和價(jià)值，并深入分析了自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)的功能要求和關(guān)鍵技術(shù)，希望為我國(guó)小型水力發(fā)電運(yùn)行管理部門(mén)提供一定的參考思路。

關(guān)鍵詞：小型水電站;自動(dòng)化;無(wú)人值守

中圖分類(lèi)號(hào)：TV736? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

使用自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)能夠有效解決問(wèn)題，提升小型水電站運(yùn)行效率，降低運(yùn)行管理成本，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 自動(dòng)化無(wú)人值守在小型水電站運(yùn)行中的作用和價(jià)值

1.1 提升設(shè)備可靠性

大多數(shù)小型水電站的運(yùn)行維護(hù)人員專(zhuān)業(yè)水平不高，導(dǎo)致水電站運(yùn)行可靠性低，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，人工運(yùn)行時(shí)誤操作較多，降低了水電站的運(yùn)行效率。水電站使用自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)后，可以通過(guò)各種自動(dòng)化控制設(shè)備對(duì)水電系統(tǒng)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)、控制和報(bào)警，既能防止異常工況發(fā)展成事故，又能保護(hù)事故中的設(shè)備不受更嚴(yán)重的損壞，從而提高電站的安全運(yùn)行水平。另一方面，通過(guò)自動(dòng)控制設(shè)備來(lái)完成小型水電站的運(yùn)行和控制，不僅可以有效降低運(yùn)行人員誤操作的可能性，從而減少由于人為因素引發(fā)事故的可能性，而且可以縮短系統(tǒng)控制時(shí)間，特別是在水電站設(shè)備出現(xiàn)緊急故障時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)能根據(jù)故障信息進(jìn)行快速處置，及時(shí)防止更嚴(yán)重的事故發(fā)生。

1.2 提升發(fā)電效率和電能質(zhì)量

近年來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)對(duì)發(fā)電設(shè)備上網(wǎng)質(zhì)量要求不斷提升，要求水電站上網(wǎng)電壓波形偏移不能超過(guò)額定電壓的5%，上網(wǎng)頻率偏差低于0.5 Hz，這對(duì)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(wěn)定，為了提高水輪機(jī)利用效率，采用變速運(yùn)行策略，這要求控制系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)性，這些現(xiàn)實(shí)需求如果利用傳統(tǒng)的人工控制無(wú)論是在控制精度還是在響應(yīng)時(shí)間上都難以滿足要求，因此，必須利用具有高響應(yīng)速度、高控制精度的自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)對(duì)水電站設(shè)備進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，這樣才能滿足水電站的運(yùn)行需求，進(jìn)而提高發(fā)電效率和上網(wǎng)電能質(zhì)量。

1.3 提升經(jīng)濟(jì)性

小型水電站采用自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)后，首先能夠根據(jù)電站分配的負(fù)荷情況快速調(diào)節(jié)有功輸出，并可以自動(dòng)選擇開(kāi)機(jī)運(yùn)行機(jī)組的臺(tái)數(shù)，有效減少機(jī)組不必要的磨損，降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。其次是能夠?qū)崿F(xiàn)梯級(jí)水電站的合理優(yōu)化調(diào)度，充分利用水力資源，有效避免對(duì)水資源的浪費(fèi)。最后，自動(dòng)化無(wú)人值守的運(yùn)用有助于實(shí)現(xiàn)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行任務(wù)，尤其是一些有調(diào)節(jié)能力的水電站，自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以預(yù)測(cè)和計(jì)算水庫(kù)的涌水量，還可以綜合水頭、流量、網(wǎng)側(cè)負(fù)載等重要參數(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行策略自動(dòng)控制，進(jìn)而有效提高了水電站設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。最后，自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)運(yùn)用后，減少了水電站運(yùn)行中大量的人工操作，讓運(yùn)行維護(hù)任務(wù)更加方便快捷，可以減少運(yùn)行維護(hù)人員數(shù)量，實(shí)現(xiàn)人力成本的有效節(jié)約。

1.4 促進(jìn)信息化管理發(fā)展

當(dāng)前，企業(yè)的信息化管理正在高速發(fā)展且日漸成熟，對(duì)于發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，要想實(shí)現(xiàn)水電站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息化管理，首先必須構(gòu)建完善的自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)，利用自動(dòng)化系統(tǒng)，可以將水電站的實(shí)際運(yùn)行情況轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)信息，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)桨l(fā)電企業(yè)上級(jí)管理單位，實(shí)現(xiàn)多層次全方位的遠(yuǎn)程信息化管理，從而提升發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理效率，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

2 小型水電站自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)功能需求

2.1 信號(hào)采集和處理功能

在小型水電站自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)中，需要采集水電站各個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)和各傳感器的輸入信號(hào)，如環(huán)境溫濕度信號(hào)、調(diào)速器信號(hào)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，輸出功率反饋信號(hào)，發(fā)電機(jī)溫度信號(hào)、發(fā)電機(jī)輸出的三相電流、電網(wǎng)頻率、發(fā)電機(jī)功率因數(shù)等，這些模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)采集卡進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)控制器，控制器需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、選擇、運(yùn)算等處理，為水電系統(tǒng)的自動(dòng)化控制提供輸入數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 自動(dòng)調(diào)節(jié)功能

水電自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)機(jī)組的一鍵啟動(dòng)、停機(jī)功能，在啟停機(jī)過(guò)程中對(duì)并網(wǎng)、離網(wǎng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制，在自動(dòng)化運(yùn)行過(guò)程中需要對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速、對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、對(duì)發(fā)電有功負(fù)荷等重要參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并需要根據(jù)電網(wǎng)情況進(jìn)行無(wú)功控制和功率因數(shù)調(diào)節(jié)等操作。

2.3 告警和故障保護(hù)功能

自動(dòng)化系統(tǒng)需要具有告警和快速的故障保護(hù)功能，并能對(duì)故障信息進(jìn)行記錄，還需要具備故障錄波功能，以供電站技術(shù)服務(wù)和運(yùn)行維護(hù)人員查詢。

2.4 人機(jī)交互功能

小型水電自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)雖然能夠自動(dòng)控制水電站主要設(shè)備的運(yùn)行，但依然需要提供完善的人機(jī)交互接口，運(yùn)行人員可以在人機(jī)界面上監(jiān)控機(jī)組全部運(yùn)行數(shù)據(jù)，在一些特殊工況，可以采用手動(dòng)控制方式控制水電站設(shè)備運(yùn)行。

3 小型水電站自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)

對(duì)于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的儀器或智能設(shè)備，控制器使用相同的協(xié)議進(jìn)行通信，完成智能儀器的數(shù)據(jù)采集。對(duì)于使用非標(biāo)準(zhǔn)或自由協(xié)議的設(shè)備，控制器可以通過(guò)自由端口通信技術(shù)與其通信。通過(guò)控制器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)現(xiàn)各種智能儀表的數(shù)據(jù)上傳?？刂破鞑杉瘮?shù)據(jù)后，通過(guò)控制器內(nèi)的邏輯程序與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。在通信過(guò)程中，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)嚴(yán)格按照控制器所能支持的協(xié)議與控制器進(jìn)行通信。例如，西門(mén)子S7-200系列控制器可以根據(jù)Modbus RTU協(xié)議向自動(dòng)化無(wú)人值守監(jiān)控系統(tǒng)上傳設(shè)備數(shù)據(jù)信息，而倍福、巴合曼等控制器可以通過(guò)TCP/IP協(xié)議和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，控制器與自動(dòng)化無(wú)人值守監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸可通過(guò)星型或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，對(duì)于距離較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸（超過(guò)200 m以上的距離），可以采用光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 遠(yuǎn)端監(jiān)控技術(shù)

遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)是小水電站無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)的核心。小水電站機(jī)組及其他公用輔助設(shè)備的自動(dòng)啟停，可采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置、計(jì)算機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁裝置、計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)速裝置等自動(dòng)化元件對(duì)全站進(jìn)行控制和監(jiān)視，并可對(duì)負(fù)荷進(jìn)行控制和監(jiān)視。同時(shí)可以對(duì)整條輸電線的調(diào)節(jié)、分配甚至運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)控制。完善可靠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能有效地完成機(jī)組和主要設(shè)備的運(yùn)行控制，提高電廠的運(yùn)行管理水平。計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)通常采用冗余的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即上位監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)控制設(shè)備之間采用雙以太網(wǎng)線路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和控制指令的下發(fā)，進(jìn)而保證小型水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域正在廣泛應(yīng)用，對(duì)于小型水電站自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)而言，也應(yīng)該充分利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，在長(zhǎng)期的水電站運(yùn)行過(guò)程中，積累了大量的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障記錄，自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)對(duì)這些歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析和深入的挖掘，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)不斷優(yōu)化自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)的控制策略和軟件算法，從而進(jìn)一步提升小型水電站系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在小型水電站運(yùn)行管理中，采用自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)能夠有效提高水電站的發(fā)電效率和設(shè)備可靠性，并提升電站的經(jīng)濟(jì)效益。未來(lái)，隨著水利資源得到更加充分的開(kāi)發(fā)和利用，自動(dòng)化無(wú)人值守系統(tǒng)將會(huì)得到更廣泛的運(yùn)用，為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整提供更大的助力作用。

參考文獻(xiàn)

[1]黃祚繼，黃忠赤，馬浩.水利工程自動(dòng)化現(xiàn)狀與適應(yīng)技術(shù)分析研究[J].水利建設(shè)與管理，2012（10）：53-55.

[2]熊霽.自動(dòng)化設(shè)備在水電站中的實(shí)際應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2011，18（6）：50-51.

[3]朱尚林，喬榮耀.電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息，2014（17）：45-46.

[4]秦濤.電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究，2014（21）：111-112.