| 小水电自动控制技术的应用及发展趋势 |
| 2008-4-28 15:58:00 (3203 次阅读) |
|
|
|
一 前言
我国小水电资源十分丰富，全国已建成小水电站4万多座。小水电开发促进了贫困山区的脱贫致富和经济发展，，不仅比较好地解决了发展中国家共同面临的能源、环境和贫困问题，而且还在增强民族团结，促进边疆繁荣稳定方面发挥了巨大作用，在国民经济发展和社会进步中起着不可替代的历史作用。
由于我国的小水电站主要面向农村，分布在中西部的边、远、穷的农村地区，存在着小、散的特点，并且技术起点不高，工作条件较差。随着社会主义市场经济体制改革的进一步发展，小水电在蓬勃发展的同时，逐步暴露出许多亟待解决的问题，其中与技术密切相关的主要表现在：
1) 设备陈旧。目前国内一大批六、七十年代建造的老电站，现在已经或快达到了设备设计使用年限，出现主要机电设备的老化、磨损、控制失灵等现象，已不能保证安全、可靠运行。
2) 自动化程度低。小水电由于资金、电价等多种原因，目前绝大多数小电站仍沿袭几十年来的一贯模式，采用常规设备和技术，其中小水电自动化程度低下、元器件繁多、体积庞大、操作复杂，发挥不了应有的生产效益。
3) 调度落后。小水电大都分散在偏远山区，由于电站开发规模、时间、技术手段参差不齐，缺乏统一的标准和规划，无法形成统一有效的自动化调度网络。
另外，由于地理条件制约等多种因素，许多小水电所处地区，还未能与大电网联网，只能并入由小电站组成独立的地方小水电网，地方小水电网大多还采用电话调度这种落后模式。随着地方经济的繁荣，小水电网规模不断扩大，网络日趋复杂，全网失压、水电站弃水的现象时有发生，造成不必要的损失。为使传统水利产业得到长期稳定发展，响应我国政府实施的西部大开发战略，在小水电中实现自动控制技术已势在必行。
二：小水电自动化控制应用的目的与意义
随着计算机技术、自动化技术的快速发展，采用计算机监控和调度系统实现自动发电、优化调度是一种必然的选择。
首先，以计算机代表的自动控制技术和产品是相当成熟、可靠和高度集成的，采用自动化系统不仅可以减少屏柜的数量、减少占地面积，而且大大提高了系统的可靠性，并简化人工操作。
第二，可以更有效地利用水能
实现小水电站自动化后，可以使机组处于最佳工况下运行，能方便地实现梯级电站调度自动化。对于整个供电区，能使整个地区的发电站负荷分配更合理、更有效。
第三，极大地提高事故、故障的处理能力
由于计算机的高速采样、大容量存储能力，能及时的提供事故、故障的报警、信息提示、事故追忆、故障处理提示等十分有效的信息，使操作人员能及时、准确地排除故障，减少经济损失。
第四，提高生产效率，减少运行人员
水电站实现自动化后，能实现少人值班，甚至无人值班运行。地方电网实现调度自动化后，能实现变电站少人值班或无人值班运行。无疑能极大提高生产效率，减少运行人员。
三：小水电自动化控制技术的应用现状
水电站自动控制系统的发展经历了早期的继电器常规自动控制系统、中期的晶体管集成电路控制系统及目前计算机控制系统等三个阶段，相应的水电设备也经历了由常规设备向微机型设备发展的过程。目前，小水电自动化控制技术的应用包括：
（1）微机调速器
微机调速器指由可编程控制器（PLC）或单片机构成的调速器，可以自动完成甩负荷关机、调频、准同期调节等功能。
（2）微机励磁装置
微机励磁装置一般由单片机构成，作为发电机的励磁和励磁自动调节装置，比传统励磁装置简单、稳定、可靠，检查维护方便；并可以通过改变系统软件，灵活的配置不同的调节方式。
（3）微机保护装置
微机保护装置包括发电机、主变微机保护装置和线路微机保护装置，一般由高性能的单片机构成，其特点是：保护功能强、人机界面友好、通讯方便，并可以对事故进行记录、打印，便于分析。
（4）智能交流电参数仪
智能交流电参数仪由高性能的单片机构成，完成发电机、主变、线路的三相电压、电流、有功、无功、功率因数、频率等电气参数的自动测量、保存、显示，同时可以对谐波、故障进行记录分析；智能交流电参数仪可以取代传统的变送器，简化测量回路，提高系统的可靠性。
（5）温度巡检仪
温度巡检仪由高性能的单片机构成，具有各种分度号热电阻、热电偶的测量和非线性校正功能，对模拟部分的温度、时间漂移自动补偿，测量精度高、稳定性好，并具有定时、召唤、越限打印纪录功能；可以同时测量机组轴承、上导、下导、水导、定子线圈等温度。
（6）微机同期装置
（7）微机测速装置
另外，计算机还应用于电站办公自动化管理、调度自动化，水情测报系统，气象防汛系统，大坝监测系统等。
小水电自动化控制技术最典型的应用是水电站计算机监控系统。随着计算机、自动化技术的快速发展，特别是近几年股份制电站的新建与老电站的改造，小水电站开始越来越多地采用计算机监控技术；通过对梯形电站实现集中调度控制，结合实际水情测报，可使各梯级电站负荷分配实现最优化组合；结合无人值班变电站，能够实现地方电网的调度自动化，实现最佳的发供电调度。
目前，小水电站计算机监控系统一般采用分层分布智能式结构，由上位工业控制计算机和当地单元组成，当地单元包括电站的测量、控制、保护及电量、非电量变送器等；采用模块结构和智能通讯接口，便于系统扩展与其它自动化系统联接。计算机监控系统主要实现水轮发电机组的开停机自动控制与保护，按机组容量与出线电压大小分为两类：800kW以上的高压机组计算机监控系统与800kW以下的低压机组计算机监控系统。计算机监控系统主要完成：
1) 机组单元运行实时监视
2) 机组单元运行参数保存、统计及查询
3) 机组单元运行状态保存及查询
4) 机组单元参数越限报警及记录
5) 机组单元事故过程中动作顺序记录及查询
6) 机组单元故障状态显示及记录
7) 机组单元设备运行趋势曲线监视及趋势分析报警
8) 机组单元棒图显示
9) 机组单元事故追忆
10) 重要人机联系事件监视、记录及查询
11) 机组开停机过程监视
12) 机组控制操作
13)自动发电控制（AGC）
14)自动电压控制（AVC）
15)数据通讯
800kW以上的高压机组计算机监控系统结构主要有二种：一种以可编程控制器（PLC）为核心，结合智能电参数仪与微机保护装置构成水轮发电机组的当地控制单元，另一种以单片机为主开发的数据采集、远程终端（RTU）与微机保护装置构成当地控制单元。二种方式的上位工业控制计算机都通过智能通讯接口或网络方式与当地控制单元通讯。监控系统的上位机和当地控制单元LCU的各装置均可独立运行，互不干扰，某一设备的故障不影响整个系统的性能；LCU所有输入和输出均带有隔离、硬件滤波和软件数字滤波、防触点抖动措施；上位机和LCU的各装置均带有完备的自诊断功能；LCU的输出采用软件和硬件双重闭锁，大大提高了系统的可靠性。水电站计算机监控系统操作比常规控制系统简单，对运行人员要求不高。
800kW以下的低压机组，由于发电机组设备本身价格较低，电站总投资不高，要求自动化设备价格不能太高，一般采用一机一屏（包括一次设备），为保证在无人值班情况下机组的安全，特别是电站系统失电后，传统蝶阀、调速器（或操作器）由于失去控制电源，会导致机组无法自动停机；所以，在无人值班的小水电站，应采用重水阀和储能式调速器（或操作器），确保失去控制电源后仍可自动可靠地关机。
与大型电站的监控系统不同，在小电站应用的自动控制系统要求性能价格比比较高，具备自动控制、测量、保护等功能，高可靠性，低成本，适合小电站的推广应用，并且能够达到少人值班或无人值班，能够实现远程遥控、监视。
目前，我国应用较多的800kW以下的低压机组自动控制系统，一机一屏（包括一次设备），每套价格在6万元左右；800kW以上的高压机组计算机监控系统，二机一变典型配置，每套价格在50万元左右，比采用常规控制系统多投资20万元左右，而运行人员可以减少8人，按每人每年1.5万元的工资、福利开支计算，采用自动化系统每年可减少12万元，另外，小水电站采用计算机监控系统，由于控制保护设备集中、体积小，可以减小厂房的占地面积；减少了电站工作人员数量，可免去生活区的建设；在土建方面免去副厂房的建设，降低厂房的内装修水平；故减少了电站建设投资金额；二年就回收因采用自动控制系统多投资的成本。
四、小水电自动化控制技术的发展趋势
随着计算机技术的发展，水电站计算机监控系统的技术同样也在迅速地发展，新的控制系统结构、新的控制装置、新的软件等不断涌现，层出不穷，目前水电站计算机监控技术主要朝着网络化、智能化、人性化、软件组态化、控制无人化方向发展，但是，不管自动化技术如何发展，小水电自动化控制系统始终要求可靠实用并且价格低。
1、网络化
水电站计算机监控系统的快速发展也是立足于计算机网络技术的发展，在水电站计算机监控系统中，有上位机、当地控制单元等各种各样的计算机及计算机控制装置，若它们不形成网络，则这些计算机及装置只能独立运行，不能实现数据共享，不能充分发挥出计算机控制系统的优越性，只起到了代替常规自动控制设备的作用。因此，水电站计算机监控系统势必向网络化发展，实现数据共享、装置共享，并有利于系统的扩展。
2、 智能化
计算机技术的高速发展，使人工智能技术得到了迅速发展，智能化也是水电站计算机监控系统的一大发展方向。水电站计算机监控系统智能化主要体现在对监控系统的自动诊断，对电站设备的自动诊断，对运行人员进行操作指导，对事故、故障处理进行指导。
水电站计算机监控系统检测到自身故障后，自动报警，并采取相应的安全措施，若有备用设备，则自动将备用设备投人运行。对监控系统进行自诊断，大大提高了监控系统的可靠性。
在水电站中，一旦出现事故或故障情况，要求运行人员能立即根据事故、故障现象判断出原因，并立即进行处置，但电站的事故、故障有时是很复杂的，各设备状况各不相同，运行人员的经验也各不相同，加之在事故、故障时人员精神紧张，在事故、故障处理过程中容易发生处置失当的情况，进一步加剧了事故、故障的扩大。因此，指导电站事故、故障的处理是计算机监控系统的发展方向之一。在水电站出现事故、故障时，计算机监控系统将根据电站设备的事故、故障情况，给出预先设置好的事故、故障处理指导，使运行人员在处理指导下，快速地处理事故、故障，将事故、故障控制在最小的范围内，使事故、故障造成的损失变为最小。
3、 人性化
多媒体计算机已能听、说、看，并能识别中文手写文字，除通过传统的键盘、显示器、打印机等外设与人进行交流外，与人进行交流、沟通的途径、渠道已越来越多，并越来越便利，越来越具有人情味。将多媒体技术和工业电视系统用于水电站计算机监控系统，水电站计算机监控系统也就具备了听、说、看、写的能力。
4、 软件组态化
软件组态化也是水电站计算机监控系统一大发展方向之一。组态化的软件主要是指上位工控机和前置工控机的软件。组态化软件通常也是一种模块化的软件，有实时数据库、动画、上下限设置、状态控制、各种实时趋势图和历史趋势图、各种输入输出接口程序等等功能。
组态软件最大的特点是使用方便，维护方便。在使用方面通常使用菜单及各种图形界面操作方式，操作使用直观；在维护方面，其优点明显突出，组态软件都提供有工具软件，使得控制系统的开发者不必为每个控制系统编制源程序，只需根据对控制系统的要求，对软件的功能进行设置组合，就完成了控制系统的软件的组态，当监控系统有设备或功能增减时，同样可以方便地完成软件的维护。
5、 控制无人化
水电站计算机监控系统向无人化方向发展，其最大的优点就是极大地减少了电站运行人员，减少了电站的运行费用，长年累月节省下来的运行费用是非常可观的，运行人员的减少，也减少了电站生活设施等附属建筑物，减少了电站的投资。
五、结束语
小水电自动化控制的应用，加强了电力的生产和管理能力，减少资源浪费，改善运行人员的生产运行环境，特别是电站采用计算机监控系统，结合实际水情测报，可使各梯级电站负荷分配实现最优化组合；结合无人值班变电站，能够实现地方电网的调度自动化，实现最佳的发供电调度。与大型电站的监控系统不同，在小电站应用的自动控制系统要求性能价格比比较高，高可靠性，低成本，适合小电站的推广应用。
|
| * 以上信息为 中国水利水电市场 提供，仅供参考！ |
|
|
|
|
