“完全無人值班”水電站可行性研究報告

1、中小型水電站“完全無人值班”運行模式可行性研究報告長沙華能自控集團有限公司2009年11月8日 目 錄一、“完全無人值班”水電站的意義目前，我國大部分水電站已采用計算機綜合自動化系統(tǒng)，使整個行業(yè)自動化水平大大提高，然而，到目前為止，我國數(shù)萬座小水電站仍然處于有人值班狀態(tài)，即使近幾年投入運行的新電站，雖然實現(xiàn)了計算機監(jiān)控與保護，但并沒有完全實現(xiàn)無人值班，跟常規(guī)電站相比，只是值班人員有所減少，僅能稱“少人值守”?！巴耆珶o人值班”是指水電站站內(nèi)沒有人值班，機組開、停、調(diào)相等工況轉(zhuǎn)換操作、有功、無功功率調(diào)整以及運行監(jiān)視等工作，由設(shè)置在縣城或其他遠方調(diào)度控制中心完成，在水電站現(xiàn)場最多只留有保安值守人員負

2、責現(xiàn)場治安看守和特殊事件處理。實現(xiàn)水電站完全無人值班后，可以達到下面的效果。、提高農(nóng)村小型水電站運行的可靠性農(nóng)村小型水電站大多存在運行維護人員專業(yè)水平不理想的現(xiàn)實情況，造成水電站運行可靠性較低，設(shè)備隱患不能及時發(fā)現(xiàn)，誤操作較多，電站利用率下降，水電站實現(xiàn)自動化及完全無人值班后，一方面可通過各種自動裝置快速、準確、及時地進行檢測、記錄和報警，既可防止不正常工作狀態(tài)發(fā)展成事故,又可使發(fā)生事故的設(shè)備免遭更嚴重的損壞，從而提高了供電的可靠性。另一方面，通過各種自動裝置來完成水電站的各項操作和控制（如開停機操作和并列），不僅可以大大減少運行人員誤操作的可能，從而也減少了發(fā)生事故的機會；而且還可大大加快操

3、作或控制的過程，尤其在發(fā)生事故的緊急情況下，保證系統(tǒng)的安全運行和對用戶的正常供電，具有非常重大的意義。、提高農(nóng)村小型水電站運行的經(jīng)濟性水電站實現(xiàn)自動化后，可根據(jù)系統(tǒng)分配給電站的負荷和電站的具體條件，合理地進行調(diào)度，保持高水頭運行，同時合理選擇開機臺數(shù)，使機組在高效率區(qū)運行，以獲得較好的經(jīng)濟效益。如何實現(xiàn)各電站合理最優(yōu)調(diào)度，避免不必要的棄水，充分利用好水力資源，對于梯級電站來說尤為重要。、提高效率、節(jié)省投資農(nóng)村小型水電站大多地處人口較少，交通不便的地方,完全無人值班水電站可降低運行和維護人員的勞動強度，提高效率，有效減小運行值班人員數(shù)量，降低水電站人員開支費用。完全可以省去建設(shè)職工的辦公樓和生活

4、樓，節(jié)省大量的基建費用。、保證電能質(zhì)量電力產(chǎn)品中電壓和頻率作為衡量電能質(zhì)量好壞兩項基本指標。電壓正常偏移不超過額定值的±5%，頻率正常偏移不超過額定值的0.5 Hz。電壓或頻率的的穩(wěn)定主要取決于電力系統(tǒng)中無功功率和有功功率的平衡。因此要維持系統(tǒng)電壓和頻率在規(guī)定范圍內(nèi)，就必須迅速而又準確地調(diào)節(jié)有關(guān)發(fā)電機組發(fā)出的有功和無功功率。特別是在發(fā)生事故的情況下，快速的調(diào)節(jié)或控制對迅速恢復電能質(zhì)量具有決定性的意義，而這個過程，單純靠手動操作，無論在速度方面還是在精度方面都是難于實現(xiàn)的，只能借助于自動裝置來完成。 農(nóng)村小水電站經(jīng)常脫網(wǎng)運行，這種情況下，提高電能質(zhì)量，保證用發(fā)電設(shè)備及農(nóng)村用電設(shè)備安全，

5、尤為重要。、完全無人值班水電站實現(xiàn)的現(xiàn)實性隨著電力自動化生產(chǎn)企業(yè)水平的提高，水電站自動化設(shè)備的完全國產(chǎn)化和本地化,降低了完全無人值班水電站實現(xiàn)的成本，使農(nóng)村水電站實現(xiàn)完全無人值班有了堅定的物質(zhì)基礎(chǔ)和較優(yōu)的性價比。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢隨著計算機技術(shù)在各個領(lǐng)域的高速發(fā)展，分層分布計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電站推廣應(yīng)用，逐步取代了傳統(tǒng)的常規(guī)控制、人工操作為主的控制模式，大大提高水電站的自動化程度，為實現(xiàn)水電站“完全無人值班”奠定了良好的基礎(chǔ)。國內(nèi)實現(xiàn)完全無人值班的單機容量為5萬千瓦中小型水電站還沒有，因此，本項目應(yīng)是填補國內(nèi)空白項目。 在發(fā)達國家，經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，對水電廠的控制和管理取得了很多

6、成果，水電廠大多實行無人值班的運行方式，職工生活在城市里，只有少數(shù)電站有很少的人員在現(xiàn)場進行維護管理，如法國、日本、美國、加拿大等。機組開、停、工況轉(zhuǎn)換、運行監(jiān)視等工作都由上級調(diào)度通過監(jiān)控系統(tǒng)及自動裝置來完成。目前，國內(nèi)實施的鼓勵水電開發(fā)政策，梯級或區(qū)域水電將會越來越多。單座電站一般都會采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，但區(qū)域內(nèi)或流域內(nèi)水電廠群不具備集中控制功能， 各電站都配有大量運行人員，因此區(qū)域內(nèi)水電廠群實現(xiàn)無人值班集中控制是一種必然趨勢。完全無人值班控制系統(tǒng)的開發(fā)成功，將代表我國小水電發(fā)展的方向，具有典范作用和廣泛的推廣應(yīng)用價值。三、項目實施主要內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵、預(yù)期目標3.1 本項目實施的主要技術(shù)內(nèi)容

7、、水電站“完全無人值班”的三種形式 ：1、梯級水電站全部實現(xiàn)“完全無人值班”，將調(diào)度監(jiān)控中心設(shè)置在遠離水電站的城鎮(zhèn)。2、單座水電站實現(xiàn)“完全無人值班”，將監(jiān)控中心設(shè)置在遠距離的縣城。3、400V小小水電站實現(xiàn)“完全無人值班”，沒有遠距離的監(jiān)控中心，利用GPRS網(wǎng)用手機實現(xiàn)水電站的自動控制。、完全無人值班水電站的計算機系統(tǒng)的要求 完全無人值班水電站應(yīng)以“安全運行、可靠控制”為第一重要原則，因此，在關(guān)鍵部分均采用雙重冗余設(shè)計；計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布開放式結(jié)構(gòu)，滿足于業(yè)主要求的安全可靠、經(jīng)濟實用、技術(shù)先進、功能齊全和便于擴充等基本原則?？删幊炭刂破鱌LC采用雙CPU、雙電源、雙通訊模塊的配置；遠

8、程通訊通道采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)（或環(huán)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)），為可靠起見，應(yīng)架設(shè)兩根單模光纜，不采用一根光纜中用不同光纖的結(jié)構(gòu)；條件允許的地方，也可采用無線擴頻技術(shù)組成遠程通訊通道。系統(tǒng)設(shè)計采用最新的計算機硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，按全計算機監(jiān)控、微機保護進行總體設(shè)計及系統(tǒng)配置，計算機監(jiān)控、保護系統(tǒng)能夠滿足自動控制和安全自動化要求，保證電站運行管理達到真正的“完全無人值班”；系統(tǒng)設(shè)計符合計算機技術(shù)發(fā)展的特點，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，便于硬件設(shè)備的擴充及系統(tǒng)規(guī)模的擴展；監(jiān)控系統(tǒng)與勵磁、調(diào)速器、電子式電度表、直流系統(tǒng)等站內(nèi)智能設(shè)備的通訊亦采用雙重配置。計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有自我診斷和容錯技術(shù)。、計算機監(jiān)控系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)是

9、水電站自動化的核心。完善、可靠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)能有效地完成對機組和主設(shè)備的各項操作和控制，提高電站的運行管理水平。計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用的是冗余設(shè)計的雙網(wǎng)配置，也就是將上位機和下位機采用雙以太網(wǎng)系統(tǒng)和雙現(xiàn)場總線網(wǎng)配置。運行中他們能自動切換，保證機組安全可靠運行。計算機監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如下 ：上圖中各LCU屏的PLC表示為2臺，實際是采用單臺具有雙CPU、雙以太網(wǎng)口、雙電源的PLC（下同）。、可靠的遠程通訊通道通訊通道建議采用單模光纖，根據(jù)不同的情況有下面幾種通訊通道的結(jié)構(gòu) ： A. 單座完全無人值班水電站的雙通訊通道 ： B. 完全無人值班梯級水電站雙通道網(wǎng)絡(luò) ：C. 完全無人值班梯級水電站環(huán)行網(wǎng)絡(luò)

10、圖 ：D. 無線擴頻的通訊網(wǎng)絡(luò)無線擴頻技術(shù)它具有很強的抗干擾能力 ，可進行多址通信 ，安全保密強，抗多徑干擾。它使用國際自由頻道，不用申請無線電頻道使用權(quán)。目前，多采用和的通訊頻率。無線擴頻不用架設(shè)通訊電纜或光纖，它的有效傳輸距離為50公里，但不宜在多山地區(qū)使用（高山地區(qū)使用應(yīng)架設(shè)中繼站），并要注意防雷措施。采用無線擴頻網(wǎng)絡(luò)組成水電站無人值班調(diào)度系統(tǒng)的示意圖如下。E. 400V小小型水電站的GPRS網(wǎng)絡(luò)通道許多400V小小型水電站為降低成本，不必架設(shè)通訊網(wǎng)絡(luò)，可以利用移動電信的GPRS技術(shù)，對水電站進行控制。也就是用手機進行監(jiān)測與控制。此時，對水機的控制設(shè)備要求較高。、冗余設(shè)計的PLC控制技術(shù)

11、1、完全無人值班水電站控制應(yīng)可靠，核心的設(shè)備是可編程控制器PLC，要選擇冗余設(shè)計的PLC產(chǎn)品，這些產(chǎn)品一般都是雙CPU、雙電源、雙以太網(wǎng)通訊口設(shè)計；2、小小型水電站可用普通的非冗余設(shè)計的PLC既可。兩路電源接線互相自動投切、廠用電系統(tǒng)與直流電源系統(tǒng)的設(shè)計 ：1、廠用電源系統(tǒng)應(yīng)完善可靠，有必要的備用。應(yīng)該有二臺廠用電變壓器。2、應(yīng)有完善可靠的備用電源自動投入裝置，雙電源應(yīng)互為備用，保證電源消失及設(shè)備故障時自動投入備用電源。3、廠用電應(yīng)該有電量數(shù)據(jù)及狀態(tài)信號 輸入上位機系統(tǒng)。4、直流電源系統(tǒng)是水電站安全生產(chǎn)的保證， 一般中大型水電站應(yīng)配置雙系統(tǒng)的直流電源，互為備用，自動投切。N1設(shè)計的直流電源由于

12、目前的高頻開關(guān)式直流電源的充電模塊都采用了N1的冗余設(shè)計，容量較小的水電站也可只采用一套直流電源系統(tǒng)。但應(yīng)考慮增加直流出線回路的“微機絕緣監(jiān)測儀”和“電池狀態(tài)巡檢儀”。、保護裝置的雙重配置1、單機容量在10000kW以上的機組，各種保護裝置應(yīng)考慮采用雙重配置；2、采用雙跳閘線圈斷路器的地方，應(yīng)采用雙重保護裝置；3、單機容量在10000kW以下的機組，由于變壓器、發(fā)電機均是配置了差動保護、后備保護、失磁保護等多套保護裝置，可以不再配置雙重保護，但連接電網(wǎng)的出口斷路器，建議采用雙重保護配置。 雙重配置的保護單元、微機準同期裝置的雙重配置1、每個同期點應(yīng)單獨配置微機自動準同期裝置，不采用多個同期點共

13、用一臺微機準同期裝置的設(shè)計；2、中大型機組可以考慮每個同期點采用2臺微機同期裝置；3、仍需配置手動同期裝置，用于試機調(diào)試或手動同期并網(wǎng)之用。雙通道微機勵磁系統(tǒng)、微機勵磁系統(tǒng)（1）采用雙通道微機勵磁系統(tǒng)；（2）勵磁系統(tǒng)應(yīng)能穩(wěn)定運行，性能滿足標準規(guī)定的要求，年強迫退出比應(yīng)不大于； （3）靜止勵磁的可控硅功率柜及其風扇故障需要有自動控制功能（例如：風壓監(jiān)測、風機缺相運行等），有限制無功功率和系統(tǒng)故障自動停機功能； （4）滅磁系統(tǒng)運行正常；（5）采用環(huán)氧澆注變壓器或干式變壓器 。（6） 與上位機的通訊功能良好。16Mpa的微機調(diào)速器、微機調(diào)速器系統(tǒng)（1）應(yīng)采用微機調(diào)速器，調(diào)速器應(yīng)能穩(wěn)定運行，性能滿足標

14、準規(guī)定的要求，年平均無故障時間達8670小時以上。 （2）調(diào)速器故障時應(yīng)有自動停機功能。 （3）壓油裝置應(yīng)可靠工作。如補氣頻繁的應(yīng)有自動補氣裝置。盡量采用16MPa以上油壓的調(diào)速器； （4）漏油裝置應(yīng)有足夠的容量和工作可靠。 （5）與上位機的通訊功能應(yīng)良好。 、工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)水電站完全無人值班時，為安全可靠，應(yīng)配置工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，并將圖像壓縮轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送到調(diào)度中心。更好的方案是工業(yè)視頻系統(tǒng)與自動消防系統(tǒng)能聯(lián)動控制，當某處發(fā)生火災(zāi)時，能將附近的攝像頭對準火災(zāi)處。、計算機自動巡檢系統(tǒng)計算機自動巡檢系統(tǒng)具備巡檢管理、缺陷管理，檢修管理和維護管理四大功能。計算機自動巡檢系統(tǒng)包括工作計算機和

15、手持計算機兩部分，工作計算機與電站MIS系統(tǒng)連接。電氣和水工巡檢人員巡檢時，必須按照規(guī)定的路線、設(shè)備進行，利用手持機與設(shè)備上的計算機條形碼進行對話，當發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷在現(xiàn)場直接輸入手持機，巡檢完畢后，將手持機與工作計算機連接后，巡檢信息進入工作計算機并自動形成表格和缺陷紀錄。 應(yīng)定出管理制度，定期對設(shè)備進行巡檢。 、計算機在線檢測系統(tǒng)PSTA系統(tǒng) 中大型機組應(yīng)該配置PSTA計算機在線監(jiān)測系統(tǒng)。 監(jiān)測對象是機組的振動、擺動、壓力及壓力脈動、 渦殼差壓、定轉(zhuǎn)子之間氣隙和機組有功、無功等工況參數(shù)。 、ONCall 系統(tǒng)（及時呼喚系統(tǒng)）On - Call系統(tǒng)是近年來人們逐漸發(fā)展起來的技術(shù)，它與計算機監(jiān)控系

16、統(tǒng)相結(jié)合，利用無線尋呼技術(shù)（電信發(fā)短信）、將生產(chǎn)運行信息（主要是事故報警信息）遠傳到相關(guān)人員的手機上，給水電站的“完全無人值班”、安全生產(chǎn)，提供了有力的保證。、自動消防系統(tǒng)它有報警系統(tǒng)和火災(zāi)聯(lián)動系統(tǒng)兩部分組成，在中控室與計算機室采用的是氣體滅火裝置，其它可安裝了煙感式、纜式報警裝置和水消防裝置。當發(fā)生火災(zāi)時火災(zāi)聯(lián)動系統(tǒng)迅速關(guān)閉火災(zāi)現(xiàn)場的風道。在報警的同時并啟動滅火系統(tǒng)滅火。水消防系統(tǒng)的雨淋閥和電動閥特別應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，以免引起誤動和拒動 ，造成重大損失。 、水電站大壩安全檢測系統(tǒng)大中型水電站對水庫大壩應(yīng)有計算機大壩安全檢測系統(tǒng)，大壩安全檢測系統(tǒng)對大壩的表面變形、內(nèi)部變形、裂縫及岸坡位移,滲流等

17、進行檢測監(jiān)測：同時也對大壩的滲流壓力、滲流量及浸潤線、孔隙水壓力、土壓力、揚壓力、混凝土應(yīng)力等進行檢測 ,系統(tǒng)可接入各種大壩安全監(jiān)測傳感器，系統(tǒng)具有信息接收、處理、存貯、計算分析等完整的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。大壩計算機安全檢測系統(tǒng)示意圖如下。、水電站的自動化元件水電站的基礎(chǔ)自動化元件是指各種類型的電量、非電量傳感器、反映設(shè)備狀態(tài)的行程開關(guān)、輔助接點、執(zhí)行命令的電磁閥、伺服電機、各種開關(guān)操作機構(gòu)和獨立的調(diào)節(jié)裝置、自動裝置等。各種傳感器應(yīng)優(yōu)先采用 4 20ma 輸出的信號。應(yīng)采用目前市場上最先進的自動化元件，以保證運行的可靠性。否則，將引起許多的麻煩！ 3.2 無人值班水電站項目選點的參考意見目前，國內(nèi)中小型水電站尚沒有完全無人值班水電站成功運行的先例，因此沒有成熟的經(jīng)驗，為此，如何選點建設(shè)水電站，完