水電站“無人值班”的探討-盧課件

水電站“無人值班”的探討水電站“完全無人值班”的提出早在二十世紀(jì)六十年代我國就開始提出：提高水電站的自動化水平，逐步實現(xiàn)水電站的少人值守，然后過渡到“無人值班”。盡管國外己經(jīng)在水電站大量實現(xiàn)了無人值班，但由于我國當(dāng)時的自動化技術(shù)不高和對我國人口眾多須解決就業(yè)問題等歷史現(xiàn)實，在當(dāng)時對水電站“無人值班”還是一個頗有爭議的間題。直到二十世紀(jì)九十年代，隨著計算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的不斷發(fā)展，在我國水電站特別是大、中型水電站和流域開發(fā)的中小型水電站群采用計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)來實現(xiàn)水電站的“無人值班”條件完全成熟。目前“少人值班”已在我國的水電站得到廣泛的應(yīng)用。目前，由于計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)和水電站各種配套設(shè)備性能質(zhì)量不斷進(jìn)步，質(zhì)量不斷提高，人們的觀念和管理水平不斷的進(jìn)步，為水電站“無人值班”的實現(xiàn)提供了良好的條件。為了適應(yīng)電力工業(yè)發(fā)展的需要，提高設(shè)備安全運行和自動化水平，改變我國電廠管理用人多、效率低的落后局面，水電站實現(xiàn)“完全無人值班”是改革的必由之路。水電站值班方式的發(fā)展過程水電站值班方式，大致發(fā)展過程如下：1、一階段：“水機(jī)、電氣各設(shè)多名值班員”；2、二階段：“取消水機(jī)值班員，實現(xiàn)電氣一體化多人值班”；3、三階段：“實現(xiàn)水電站綜合自動化，１人值班，少人值守”；4、四階段：實現(xiàn)“完全無人值班”；其中三階段是非常重要的一個發(fā)展階段。為水電站“完全無人值班”積累了寶貴的經(jīng)驗。水電站“完全無人值班”的幾種形式水電站“完全無人值班”有三種形式：1、梯級水電站全部實現(xiàn)“完全無人值班”，將各水電站連成網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)度監(jiān)控中心設(shè)置在遠(yuǎn)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(yuǎn)距離的縣城。3、小小水電站實現(xiàn)“完全無人值班”，沒有設(shè)置遠(yuǎn)距離的監(jiān)控中心，利用GPRS網(wǎng)用手機(jī)實現(xiàn)水電站的自動控制。水電站實現(xiàn)“完全無人值班”的條件水電站要實現(xiàn)“完全無人值班”，應(yīng)該具備下列四個條件：1、性能優(yōu)良的一次設(shè)備；2、合理設(shè)計的二次設(shè)備；3、相應(yīng)配套的管理制度；4、普遍提高的人員素質(zhì)。上述四個條件是一個總體提法。對不同電壓等級、不同容量的水電站，具體作法是有差別的。一、性能優(yōu)良的一次設(shè)備

一次設(shè)備的定級分類1、一類設(shè)備：是指經(jīng)過預(yù)試及運行鑒定，技術(shù)狀況良好，技術(shù)檔案資料齊全，能達(dá)到銘牌出力確保安全、經(jīng)濟(jì)、可靠供電的完好設(shè)備。

2、二類設(shè)備：個別次要部件或次要試驗結(jié)果不合格，但暫時尚不致影響安全運行，或影響小，外觀尚可，主要技術(shù)資料具備，且基本符合實際者，或檢修和預(yù)防性試驗超過周期，但不超過半年者。

3、三類設(shè)備：是指有重大缺陷，不能保證安全運行或出力降低、效率很差、三漏嚴(yán)重，外觀很不整潔；主要技術(shù)資料殘缺不全，或檢修和預(yù)防性試驗超過一個周期和半年仍未修試者；上級規(guī)定的防止重大事故的措施未完成者。每種設(shè)備都定有分類的標(biāo)準(zhǔn)。例如：斷路器的分類

1、一類設(shè)備

1.1按照規(guī)定定期進(jìn)行檢修試驗，并符合規(guī)程要求。

1.2各項參數(shù)滿足實際運行需要，無過熱現(xiàn)象。

1.3部件完整、零件齊全、瓷件無損、接地良好。

1.4操作機(jī)構(gòu)靈活，無卡澀現(xiàn)象。

1.5油位、氣壓、油色正常。

1.6無滲油、漏氣現(xiàn)象。

1.7斷路器整潔，油漆完整，標(biāo)志正確清楚。

1.8資料齊全、正確，與實際相符。

2、二類設(shè)備

2.1能達(dá)到一類設(shè)備1－5條標(biāo)準(zhǔn)的。

2.2有輕微滲油、漏氣。

2.3油質(zhì)呈微酸性。

3、三類設(shè)備

3.1達(dá)不到二類標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。雙跳閘線圈的斷路器根據(jù)水電站的電壓等級和容量，在重要的設(shè)備處，配置雙跳閘線圈的斷路器。例如：1、大型水電站均應(yīng)配置雙跳閘線圈的斷路器；2、中型水電站可在變壓器、饋出線等處配置雙跳閘線圈的斷路器；3、小型水電站可在出口饋線配置雙跳閘線圈的斷路器；廠用電系統(tǒng)（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，一臺由系統(tǒng)供電，一臺由本站供電。

（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(jī)系統(tǒng)。兩路進(jìn)線互為備投兩路進(jìn)線互為備投調(diào)速器及其系統(tǒng)（1）應(yīng)采用微機(jī)調(diào)速器，調(diào)速器應(yīng)能穩(wěn)定運行，性能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，年平均無故障時間達(dá)8670小時以上。

（2）調(diào)速器故障時應(yīng)有自動停機(jī)功能。

（3）壓油裝置應(yīng)可靠工作。如補(bǔ)氣頻繁的應(yīng)有自動補(bǔ)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(jī)的通訊功能應(yīng)良好。勵磁系統(tǒng)（1）采用雙通道自并勵的微機(jī)勵磁系統(tǒng)；（2）勵磁系統(tǒng)應(yīng)能穩(wěn)定運行，性能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，年強(qiáng)迫退出比應(yīng)不大于0.1％；

（3）靜止勵磁的可控硅功率柜及其風(fēng)扇故障需要有自動控制功能（例如：風(fēng)壓監(jiān)測、風(fēng)機(jī)缺相運行等），有限制無功功率和系統(tǒng)故障自動停機(jī)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(jī)的通訊功能良好。完全無人值班水電站對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(jì)實用、技術(shù)先進(jìn)、功能齊全和便于擴(kuò)充等基本原則?！艨删幊炭刂破鱌LC采用雙CPU、雙電源、雙通訊模塊的配置；◆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)；◆系統(tǒng)設(shè)計采用最新的計算機(jī)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，按全計算機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)進(jìn)行總體設(shè)計及系統(tǒng)配置，計算機(jī)監(jiān)控、保護(hù)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(dá)到真正的“無人值班”；◆系統(tǒng)設(shè)計符合計算機(jī)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(kuò)充及系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)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。完全無人值班水電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是雙重配置的。遠(yuǎn)方監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖相當(dāng)于將水電站的監(jiān)控系統(tǒng)搬到了遠(yuǎn)方的監(jiān)控中心。完全無人值班梯級水電站雙通道網(wǎng)絡(luò)示意圖雙通道的梯級開發(fā)水電站無人值班梯級水電站環(huán)行網(wǎng)絡(luò)示意圖環(huán)行網(wǎng)的梯級開發(fā)水電站小小型水電站無人值班網(wǎng)絡(luò)圖許多小小型水電站可以利用移動電信的GPRS技術(shù)對水電站進(jìn)行控制。也就是用手機(jī)進(jìn)行監(jiān)測與控制。也可利用中國聯(lián)通現(xiàn)有的CDMA1X網(wǎng)絡(luò)。GPRS網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)交換機(jī)和光端機(jī)1、以太網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)選用10M/100M/1000M自適應(yīng)設(shè)備，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)品牌產(chǎn)品，如美國思科、德國赫斯曼等產(chǎn)品。應(yīng)根據(jù)水電站設(shè)備的數(shù)量選擇通訊口的數(shù)量，一般有8、16、24、32口等規(guī)格；2、光端機(jī)是用來遠(yuǎn)距離傳送信息的，除了考慮產(chǎn)品性能良好，主要考慮其通訊距離；目前，距離超過100公里時，價格很貴。3、盡量選擇新產(chǎn)品，要考慮產(chǎn)品的兼容性。老產(chǎn)品容易淘汰停產(chǎn)，使工程陷入困境?？删幊炭刂破鱌LC的選擇1、要完全無人值班水電站控制可靠，核心的設(shè)備是可編程控制器PLC，應(yīng)選擇國際知名品牌，如：日本OMRON，美國GE、法國施耐德等品牌；2、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；3、小小型水電站可用普通的非冗余設(shè)計的PLC既可。法國施耐德的PLC1、冗余配置的PLC采用CPU67160；2、CPU執(zhí)行速度：0.045μS；3、I/O點數(shù)：31744。保護(hù)裝置的雙重配置1、單機(jī)容量在10000kW以上的機(jī)組，各種保護(hù)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(hù)裝置；3、單機(jī)容量在10000kW以下的機(jī)組，由于變壓器、發(fā)電機(jī)均是配置了差動保護(hù)、后備保護(hù)、失磁保護(hù)等多套保護(hù)裝置，可以不再配置雙重保護(hù)，但連接電網(wǎng)的出口斷路器，建議采用雙重保護(hù)配置。微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置的配置1、每個同期點應(yīng)單獨配置微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置，不采用多個同期點共用一臺微機(jī)準(zhǔn)同期裝置的設(shè)計；2、中大型機(jī)組可以考慮每個同期點采用2臺微機(jī)同期裝置并行工作；3、仍需配置手動同期裝置，用于調(diào)試或手動同期并網(wǎng)之用，推薦采用電子式同期表。機(jī)組控制及公用輔助設(shè)備系統(tǒng)機(jī)組自動控制采用PLC技術(shù)，能接受遠(yuǎn)方調(diào)度命令進(jìn)行開機(jī)、升速、同期并網(wǎng)、自動調(diào)節(jié)有功功率與無功功率（AGC與AVC調(diào)節(jié)）、自動減載減速、自動停機(jī)、事故自動處理等功能。對機(jī)組推力減載油泵、機(jī)組技術(shù)供水泵、水輪機(jī)頂蓋排水泵、全廠技術(shù)供水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、高低壓空氣壓縮機(jī)等都應(yīng)有必要的備用，系統(tǒng)應(yīng)能自動運行，出現(xiàn)異常情況時有報警信號。機(jī)組頂蓋排水系統(tǒng)，尚應(yīng)有危險水位輸出可進(jìn)行停機(jī)。雙以太網(wǎng)工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)水電站無人值班時，應(yīng)配置工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)。計算機(jī)自動巡檢系統(tǒng)水電站實現(xiàn)無人值班后，應(yīng)進(jìn)行計算機(jī)自動巡檢。計算機(jī)自動巡檢系統(tǒng)具備巡檢管理、缺陷管理，檢修管理和維護(hù)管理四大功能。系統(tǒng)包括工作計算機(jī)和手持計算機(jī)兩部分，工作計算機(jī)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(jìn)行，利用手持機(jī)與設(shè)備上的計算機(jī)條形碼進(jìn)行對話，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷在現(xiàn)場直接輸入手持機(jī)，巡檢完畢后，將手持機(jī)與工作計算機(jī)連接后，巡檢信息進(jìn)入工作計算機(jī)并自動形成表格和缺陷紀(jì)錄。應(yīng)定出管理制度，定期對設(shè)備進(jìn)行巡檢。計算機(jī)自動巡檢系統(tǒng)的功能補(bǔ)充一張圖。巡檢人員在巡查設(shè)備狀態(tài)巡檢人員手持“掌上數(shù)據(jù)采集終端”在巡查設(shè)備狀態(tài)計算機(jī)在線檢測系統(tǒng)－－PSTA系統(tǒng)中大型機(jī)組應(yīng)該配置計算機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測對象是機(jī)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(jī)組有功、無功等工況參數(shù)。

計算機(jī)在線檢測PSTA系統(tǒng)的功能包括：①控制過程、穩(wěn)定過程、故障數(shù)據(jù)、工況參數(shù)發(fā)生變化時等各種數(shù)據(jù)記錄；②機(jī)組狀態(tài)變化的檢查，即狀態(tài)突變的監(jiān)測；③故障和缺陷的分析與判斷；④機(jī)組性能分析。對機(jī)組甩負(fù)荷、變勵磁、變負(fù)荷、變轉(zhuǎn)速和導(dǎo)葉摩擦力矩試驗，相對、絕對效率試驗等的分析；⑤機(jī)組的精細(xì)檢修。通過大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和一些精確調(diào)整，可以找到機(jī)組的最優(yōu)運行工況或明顯改善機(jī)組的運行狀況，有效延長機(jī)組運行壽命，降低事故率。⑥檢修效果的評價和網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程診斷。⑦指導(dǎo)電站機(jī)組的優(yōu)化運行。⑧狀態(tài)報告的定期制作。在線檢測的各項信息和曲線通過電站的MIS系統(tǒng)傳輸與分析使用。PSTA系列機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)ON-Call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(jī)監(jiān)控系統(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）遠(yuǎn)傳到相關(guān)人員的手機(jī)上，從而克服了傳輸生產(chǎn)運行信息的時空限制，給變電站、水電站的“無人值班”、安全生產(chǎn)，提供了有力的保證。ON-Call系統(tǒng)自動消防系統(tǒng)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(jī)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(dāng)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(fēng)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。直流電源系統(tǒng)的配置直流電源系統(tǒng)是水電站安全生產(chǎn)的保證，是斷路器操作電源、微機(jī)保護(hù)裝置的工作電源、PLC及出口繼電器的工作電源，安全照明的動力電源。因此，是極為重要的設(shè)備。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。由于目前的高頻開關(guān)式直流電源的充電模塊都采用了N＋1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(jī)絕緣監(jiān)測儀”和“電池狀態(tài)巡檢儀”。直流電源的接線原理圖－1直流電源的接線原理圖－2直流饋線絕緣監(jiān)測儀自動檢測每路直流饋線的絕緣電阻，低于設(shè)定值時報警，并通過RS485通訊口傳送到上位機(jī)。最多可檢測48路直流饋線。電池自動巡檢儀自動檢測每一節(jié)電池電壓，通過RS485通訊口，將電池電壓傳送到上位機(jī)。某節(jié)電池電壓過低超標(biāo)，將發(fā)出報警信號。自動調(diào)壓硅鏈用硅二極管片來組成硅鏈，利用每個二極管PN結(jié)降壓0.7V的性能，將電池電壓降到220V。采用繼電器自動調(diào)節(jié)降壓的高低，將控母自動控制在220V。UPS的配置UPS應(yīng)雙重配置，有足夠的容量，交流停電時，UPS應(yīng)有2小時以上的放電時間，以供維護(hù)人員檢修設(shè)備。并且，兩臺UPS要用不同的電源進(jìn)線連接，不要用一個電源的電纜。電源A電源BUPS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(jī)、各種開關(guān)操作機(jī)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(jìn)的、優(yōu)質(zhì)的自動化元件，以保證運行的可靠性。否則，將引起無限的麻煩！計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的接地要求根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17949.1-2000，目前對電站的接地電阻的要求為：0.05~0.5Ω。如果，電站的接地電阻能達(dá)到這個要求，則計算機(jī)的弱電系統(tǒng)可以與電網(wǎng)一點接地。如果不能達(dá)到此要求，計算機(jī)的弱電系統(tǒng)應(yīng)單獨設(shè)置獨立接地，其接地電阻應(yīng)小于4Ω。否則，容易產(chǎn)生強(qiáng)電對弱電的干擾。結(jié)果會引起誤動或誤發(fā)信號。軟件功能要求(1)數(shù)據(jù)采集和處理；(2)安全運行監(jiān)視及事件報警；(3)生產(chǎn)過程的監(jiān)測與自動控制操作；(4)自動發(fā)電控制(AGC)；(5)自動電壓控制(AVC)；(6)統(tǒng)計記錄與制表打??；(7)人機(jī)接口與圖形顯示；(8)數(shù)據(jù)可靠地通信與網(wǎng)絡(luò)能力；(9)系統(tǒng)自診斷與冗余切換；(10)具有強(qiáng)大的圖形化工具；(11)實時和歷史趨勢；(12)方便的系統(tǒng)擴(kuò)展功能；(13)強(qiáng)有力的開發(fā)工具，使用戶可