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        輸水工程渠道閘門采用風光互補供電的探討

        2021-03-09 06:43:06張飛躍易吉林
        四川水利 2021年1期
        關(guān)鍵詞:閘站控制箱啟閉機

        張飛躍,易吉林

        (貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院,貴陽, 550002)

        1 工程概況

        黃家灣水利樞紐工程是貴州省目前在建的綜合性大型水利樞紐工程,主要由大壩樞紐工程、供水灌溉工程及發(fā)電工程組成。其中供水、灌溉工程將灌區(qū)分為干渠片區(qū)、松白片區(qū)、水宗片區(qū)和水塘片區(qū)4個片區(qū),其中干渠全長24.332km,支渠全長67.626km,鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管線全長8.410km,貓營工業(yè)園專用供水管線全長15.134km。輸水工程中閘(閥)門數(shù)量眾多,運行管理麻煩,大多位于地理位置偏遠、人煙稀少偏僻的鄉(xiāng)村,交通不便等地區(qū)。本工程在各渠道上采用電動控制的閘門共78處,裝機容量小(1.5kW~7.5kW)。下面對渠道上閘門分別采用風光互補供電和傳統(tǒng)交流供電進行討論。

        2 采用傳統(tǒng)交流供電方案

        2.1 電氣主接線

        統(tǒng)一采用一回10kV線路,通過一臺容量為80kVA或50kVA的降壓變壓器降壓到0.4kV,向閘站用負荷供電。10kV側(cè)采用變壓器—線路組接線,0.4kV側(cè)采用單母線接線。根據(jù)400V負荷供電半徑為500m的原則,如果多處閘門的距離在500m以內(nèi),則采用一回10kV對這些閘門統(tǒng)一供電,同時設(shè)置2臺50kW的移動式柴油發(fā)電機作為輸水系統(tǒng)的閘門備用電源。

        2.2 主要電氣設(shè)備選擇

        每套閘門主要電氣設(shè)備選擇見表1。

        表1 10kV供電每套閘門主要電氣設(shè)備

        2.3 控制方式及通訊

        (1)黃家灣水利樞紐工程共設(shè)置兩座閘站,閘站內(nèi)分別設(shè)置1臺現(xiàn)地控制單元(LCU),可實現(xiàn)對該閘站范圍內(nèi)各個對象的監(jiān)視和控制?,F(xiàn)地控制單元可選擇遠程/就地控制方式,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和設(shè)備運行監(jiān)視,通過局域網(wǎng)與監(jiān)控系統(tǒng)其他設(shè)備進行通信,完成自診斷功能等。在調(diào)度中心上位機出現(xiàn)故障或退出運行時,LCU仍能正常運行和實現(xiàn)對閘(閥)的基本控制,所以閘站現(xiàn)地LCU既可作為分布系統(tǒng)中的現(xiàn)地智能終端,又可作為獨立裝置單獨運行,閘站現(xiàn)地LCU向上通過光纖與調(diào)度中心主控級上位機通訊。

        (2)其他閘門:除了上述兩個閘站的閘門外,灌區(qū)中其他閘門較分散,初步確定閘(閥)的控制方式采用就地控制,遠方監(jiān)視,控制電源采用交流220V電源。針對分散閘門控制室內(nèi)各設(shè)計一面智能RTU箱(現(xiàn)地控制單元設(shè)備),實現(xiàn)閘門的數(shù)據(jù)采集和處理,是閘站群集控系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。閘門智能RTU箱完成閘門的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、流程控制、通信等功能,實現(xiàn)閘閥開/閉狀態(tài)、水位各種信號的采集和處理,最終通過無線網(wǎng)絡(luò)(GPRS)向調(diào)度中心傳遞信息。

        2.4 工業(yè)電視監(jiān)控

        為了對閘門、啟閉機室等重要設(shè)備及部位進行監(jiān)視,隨時了解各設(shè)備的運行情況及各部位的安全狀況,設(shè)置有圖象監(jiān)視系統(tǒng)。按被監(jiān)視設(shè)備和部位特點的不同,分別裝設(shè)室內(nèi)、外活動或固定攝像頭。

        運行人員、調(diào)度人員可以通過該系統(tǒng)在控制中心了解閘站及啟閉機室設(shè)備的運行狀況,各閘站的防盜、防火等進行實時監(jiān)視并進行紀錄,閘站分別通過光纖將視頻圖像傳輸至遠端調(diào)度中心。灌區(qū)內(nèi)其他閘門設(shè)備的運行情況及各部位的安全狀況,則采用GPRS通信方式傳輸。閘門現(xiàn)地視頻系統(tǒng)由于GPRS通信費用的限制,視頻采集采用抓拍球或槍形攝像機,實現(xiàn)對閘門內(nèi)重要部位的視頻圖像采集,通過GPRS通信上傳圖片至調(diào)度中心,達到遠程可視化操作與管理。

        3 采用風光互補直流系統(tǒng)方案設(shè)計

        3.1 系統(tǒng)組成及功能

        系統(tǒng)由太陽能光伏電池板及光伏控制系統(tǒng)、風力發(fā)電機及風電控制系統(tǒng)、PLC編程控制箱、儲能蓄電池組及BMS電池管理系統(tǒng)、大功率直流電機及控制系統(tǒng)(直流閥門電動裝置及直流啟閉機)、安防報警喇叭及控制系統(tǒng)、直流照明燈及控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、流量采集系統(tǒng)、液位采集系統(tǒng)、無線通信及遠程云平臺管控系統(tǒng)、安裝托架塔桿以及至各耗電設(shè)備的所有線纜等組成。

        由太陽能光伏電池板及光伏控制、風力發(fā)電機及風電控制互補發(fā)電后經(jīng)PLC編程控制箱將電能儲存在蓄電池組及BMS電池管理系統(tǒng)中。直流電能通過BMS電池管理系統(tǒng)輸出到PLC編程控制箱,由PLC編程控制箱給大功率直流電機、無線通信、安防報警喇叭、直流照明燈、視頻監(jiān)控、流量采集、液位采集供電。PLC編程控制箱對直流電機、安防報警喇叭、直流照明燈、視頻監(jiān)控、流量、液位、無線通信進行數(shù)據(jù)雙向傳輸,并遠傳至控制中心實現(xiàn)遠控及后臺管理。

        3.2 閘、閥風光互補的設(shè)備布置

        閘門布置點的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要由閘門門體與閘門啟閉設(shè)備組成,每個閘門布置點均設(shè)置有啟閉機排架,并設(shè)置有啟閉機室以保護啟閉機。在閘門布置點中,太陽能光伏電池板及風力發(fā)電機布置在啟閉機室屋頂,直流智能電動裝置、BMS電池管理系統(tǒng)及儲能電池組、可編程PLC控制箱布置在啟閉機室內(nèi)。

        圖1 風光互補設(shè)備布置

        3.3 安防報警及視頻監(jiān)控

        安防報警系統(tǒng)由PLC編程箱進行供電并雙向傳輸信號,采用紅外、微波、移動偵測三種互補方式,保障信號的準確性,紅外、微波入侵探測器與移動偵測采用隨機工作制,即在系統(tǒng)布防時當有人員進入探測器探測范圍內(nèi),系統(tǒng)主機便會發(fā)送報警信號,就地警示感應(yīng)式自動喊話喇叭高分貝語音警示,同時報警信號通過無線通信系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

        視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)可對閘室周圍設(shè)備360°云臺監(jiān)控,還應(yīng)設(shè)置對閘室內(nèi)部設(shè)備進行監(jiān)控,視頻監(jiān)控攝像儀由PLC編程箱進行供電并雙向傳輸信號。

        視頻信號經(jīng)過對應(yīng)的視頻輸入口進入球機本地SD卡進行保存,可保存30天以上的圖像資料,便于取證和查詢。

        視頻攝像儀采用無線網(wǎng)絡(luò)高清紅外智能球形攝像機,球機應(yīng)具備本機存儲功能,支持SD卡熱插拔,最大支持256GB,球機插入4G卡通過無線網(wǎng)絡(luò)將視頻信號傳輸?shù)竭h端,通過遠控端軟件憑權(quán)限觀看實時圖像或視頻,并可下載機內(nèi)錄像資料進行調(diào)看。

        4 方案比較

        4.1 按供電方式及控制比較

        傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)通過變壓器升壓和降壓,便于遠距離傳輸,配送電能方便。但根據(jù)本工程負荷小、閘(閥)門使用頻次低、設(shè)置在地理位偏遠、人煙稀少、交通不便等特點,閘(閥)門啟閉機供電若采用架設(shè)交流電網(wǎng)線路的方式,則需架設(shè)很長的輸電線路,電力線路所經(jīng)之處占用的土地較多,協(xié)調(diào)工作復雜,賠付費用較高,其本身線路供電造價高,需要花費大量的人力物力及財力去建設(shè)電力供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施,其經(jīng)濟性很差。

        風光互補直流供電方案是獨立的發(fā)電系統(tǒng),無需架設(shè)高低壓線路、操作性高、運行方便且投資相對較低,特別適用于水利工程中閘、閥使用頻次低、布置分散的特點。

        風光互補系統(tǒng)的智能測控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計,不僅可在現(xiàn)場查看和編程控制,還可通過提供的標準通訊接口進行遠程數(shù)據(jù)傳輸和管控。

        4.2 供電可靠性比較

        傳統(tǒng)交流供電方案閘閥電源引自農(nóng)網(wǎng),農(nóng)網(wǎng)普遍存在設(shè)備老化,供電半徑長,線經(jīng)小,抗災(zāi)能力差,供電可靠率低。在遇到斷電情況下,需要采用應(yīng)急發(fā)電車供電,極為不便。

        風光互補直流供電方案電池可以儲存電能,相當于后備電源,還可以根據(jù)需要設(shè)定電池電量的報警,預(yù)留備用電量應(yīng)急使用。而且在連續(xù)陰雨無風的極端天氣情況下,若電池電量用盡,可攜帶移動電池到現(xiàn)場,接上電池的正負極兩根線即可實現(xiàn)供電,移動電池可以在雨中安全使用。

        4.3 施工安裝比較

        傳統(tǒng)交流供電方案供電線路施工周期長、每個供電點均需到現(xiàn)場實地踏勘,根據(jù)電網(wǎng)情況設(shè)計,并向供電局申請,還需征地向農(nóng)民賠償土地費,各方面協(xié)調(diào)繁瑣。

        風光互補直流供電系統(tǒng)是全模塊化設(shè)計、標準化生產(chǎn),便于安裝維修??梢愿鶕?jù)工程進度,自主決定設(shè)備安裝時間,節(jié)約大量的人力物力財力。

        4.4 運行管理比較

        傳統(tǒng)交流供電方案輸電線路長,線路維護檢修工作量大、費用高、專業(yè)性強、管理難度大,易受低溫雨雪天氣影響。

        風光互補直流供電系統(tǒng)方案應(yīng)用前景廣闊,可視實際需要隨時隨地投入使用,整個過程綠色環(huán)保 (可再生自然能源 )、施工安裝簡便、安全無隱患、自動控制免維護、性價比高。

        風光互補直流供電方案PLC控制箱為鋁壓鑄件,防盜,防塵,可以放在水中使用,防護等級IP68;PLC控制箱表面上沒實體開關(guān),采用磁力筆,紅外藍牙遙控器,防止誤操作,還可現(xiàn)場編程。

        5 結(jié)語

        隨著水利工程的發(fā)展和水利自動化要求的不斷提高,渠道供水的運行管理及信息采集越來越重要,結(jié)合輸水工程中閘(閥)門等設(shè)備負荷小,運行頻次不高等特點,風光互補系統(tǒng)能夠為輸水工程提供低成本、綠色可靠的電力,能夠滿足輸水工程的需要,解決遠離電網(wǎng)覆蓋地區(qū)供電難的問題,將有效彌補輸水工程建設(shè)及管理上的難題,推動綠色發(fā)展,謀求更佳質(zhì)量和經(jīng)濟效益。

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