自动并网技术在石家庄农村水电站的应用与推广

冯力锋，靳志广

自动并网技术在石家庄农村水电站的应用与推广

冯力锋，靳志广

（石家庄市水电及农村电气化发展处，河北石家庄050021）

农村水电站由于缺少资金，无力进行大型整体技术更新改造，迫切盼望投资少、效果显著的小型局部更新改造。石家庄市水电及农村电气化发展处在全市农村水电站推广的水电站自动并网技术，效果良好，深受基层电站的好评；该技术对于提高水电站安全水平和经济效益、推进技术进步、提升农村水电站形象和现代化水平有着积极意义。

农村水电站；自动并网；技术；应用；推广

石家庄市很多农村水电站建于20世纪七八十年代，受当时技术水平和经济条件的制约，设备简单，自动化水平较低。对老旧电站进行技术更新改造，提高这些电站的经济效益和安全可靠性，确实不失为一项重要举措。然而，多数水电站勉强维持生产，根本没有资金进行整体技术改造。寻找投资少、效益明显、见效快的技改项目，是水电工作者梦寐以求的事情。石家庄市水电及农村电气化发展处将老旧电站的手动并网改造成自动并网列为技改项目，很受欢迎。

1 推广该项新技术的必要性

根据水利部《农村水电技术现代化指导意见》，以“科学技术是第一生产力”的思想为指导，坚持为农业、农村、农民服务的方向，以满足农村经济社会发展对农村水电的需求为目标，以逐步提高农村水电现代化水平为重点，采用新技术新设备，提高农村水电的安全性、可靠性、经济性。

发电机准同期并网是小水电站一项很频繁的日常操作，是上网发电的关键环节。老旧小水电站大多采用整步表监测法手动操作并网，并网时间长，浪费了大量水能，而且并网质量不高。采用自动并网技术可以有效减少水能损失，提高经济效益，减轻运行人员劳动强度，减少事故发生率，减少运行人员，提高劳动生产率，对于提升农村水电站技术和现代化水平，具有积极的战略意义。

2 手动并网与自动并网比较

众所周知，水电站与系统并列的理想条件是：电压相同、频率相等、相位相同、相序一致；但实际上，一般控制频差最大不超过0.2Hz，电压差应在5%以内，相角差不宜超过10°［1］。改造前的小水电站一般都采用手动准同期并网，要满足上述几个条件，相序一致容易达到；要想电压相同就需要调节励磁电流大小；要想使频率相等就需要调节发电机的转速；要想使相位相同就必须人工密切监视整步表，当相位差接近零时，迅速合上开关，实现并列。并网时，需要有经验的值班员观察电压是否相同、频率是否相等，还要掌握整步表相位差指针变化规律，捕捉并网时机。无经验的操作人员很难把握好准确的合闸时机，如果这种操作发生偏差甚至错误，对发动机的冲击电流就会很大，可能造成机组的大轴扭曲、发电机的线卷受损等，严重的非同期并网甚至会造成机组和电网更大的事故［2］。

自动准同期是通过微机自动准同期装置自动判断待并侧与系统侧电源之间的电压差、频率差以及相角差，自动增减机组转速或增减发电机励磁，以使待并侧与系统侧同步。当捕获到最佳同期点时，提前一定的导前时间（断路器和整个合闸回路的动作时间）发出合闸命令，使并网断路器在合闸瞬间两端的电源正好处于或接近于同期点。自动准同期并网精确度高，导前时间可以精确设定，自动捕捉最佳同期点，合闸可靠性好，最大程度上减少了操作人员的工作量，避免了人为操作引起的事故，缩短了并网时间，减少了水量损失。微机自动准同期装置的操作比老式准同期装置边界简单，操作人员只需按下启动按钮就能完成发电机同期并网的复杂操作，消除了发电机并网对操作人员素质的依赖性［3］。

3 根据电站实际选择自动并网装置

目前，微机型自动并网装置应用代表有：

（1）以51型单片机为核心的自动并网装置。该装置以高精度的时标计算相位差，通过微电脑对相位差脉冲串进行科学的平滑运算，确定准确的合闸点，以毫秒级的精度实现合闸。在待并两侧压差合格、频差合格，整定的提前时间与开关机械动作时间相吻合的情况下，可实现快速无冲击合闸。适合无自动调速器和自动调节励磁装置的低压小型机组的水电站。

（2）以32位高性能数字处理芯片DSP320F2812为核心开发的自动并网装置。带微机通讯接口，精度更高、功能更强，以高精度的时标计算频差、相位差，以毫秒级的精度实现合闸提前时间，可实现快速全智能调频、调压。不仅考虑了并网时的频差，还考虑了其变化率（通常说的加速度），同时还采用了合闸角的预测技术，因此可以保证在频差压差合格的第一个滑差周期将待并侧在无相差的情况下并入电网。该并网装置适用于有自动调速器和自动调节励磁的水电站。

（3）多用户微机准同期装置。本装置充分考虑与自动化监控系统相配合，可对8个同期点进行并列操作，每个同期点参数独立设置，且具有独立的电压输入回路和输出控制回路，不需要外加选线设备，并网对象可以实现自动切换。该装置适用于机组台数多，同时开几台运行的水电站。

4 推广应用

2013年4月，为适应新时期的发展要求，石家庄市水电及农村电气化发展处组织开展了农村水电先进技术推广年活动，确定了水电站自动并网装置重点推广应用，组织了有关县市水电管理部门及骨干水电站主要负责人和技术骨干，参观学习自动并网技术，召开现场技术推广会，先在平山县小觉水电站、十里坪水电站安装应用，效果良好，深受电站管理者及值班员的欢迎。2014年，在原应用推广的基础上，逐步扩大推广范围，并争取到石家庄市财政资金支持，选择小水电站相适合的自动并网装置及辅助设备，组织技术人员进行方案设计，安装调试，并逐步在全市推广应用。

5 效益分析

（1）社会效益。提高了农村水电站企业的自动化水平；减轻了职工的劳动强度；减少了误操作率和事故的发生；提升了农村水电站形象和现代化水平，促进了两个文明建设。

（2）经济效益。预计在43座水电站上推广应用，按每天平均进行1次并网操作，每次并网时间减少20min估计，全年可多发电合计1236120kW・h，多发电收入51.917万元；同时可减少值班人员39人，按每人年平均工资3万元计算，可节省开支117万元；创直接经济效益168.917万元。

（3）环境效益。直接多发电可相当于替代标煤432.642t，相当于减少薪柴消耗量1335t，相当于保护森林植被面积111亩，相当于减少30.9t烟尘排放量，相当于减少二氧化碳室温气体排放量988.9t，具有明显的环境效益。

6 结 语

农村水电站多数地处偏远山区，信息闭塞，技术应用滞后，现代化程度低。推广水电站自动并网技术，是推动水电站技术进步的重要举措，该项目投资少，效益明显，可以提高劳动生产率，减少运行人员，减轻运行人员劳动强度，减少事故发生率；并能减少水能损失，提高经济效益，提升农村水电站形象和现代化水平，具有积极的战略意义。

利用新技术推广促进水电行业技术进步、提高安全水平、增加整体效益，不失为小水电管理的一项有效措施。

［1］ 郑运洪．发电机手动准同期并网电路的改进［J］．冶金自动化，2012（S2）：600_602．

［2］ 孙 唯．发电机同期并网技术分析［J］．中国科技博览，2012（30）：316_317．

［3］ 孙丽娜，郭晓宇．浅析发电机自动准同期并网技术［J］．科技与企业，2014（9）：118．

责任编辑 吴 昊

2014－12－12

冯力锋（1971－），男，高级工程师，主要从事水电站运行与管理工作。E_mail：flf238＠163.com