微机自动化在小水电中的应用

□李　灏□李　冰□张佳男（珠海市水利勘测设计院；河南省农村水电及电气化发展中心；河南省农田水利水土保持技术推广站）

微机自动化在小水电中的应用

□李灏1□李冰2□张佳男3
（1珠海市水利勘测设计院；2河南省农村水电及电气化发展中心；3河南省农田水利水土保持技术推广站）

小水电站的综合自动化是一项综合性工程，包括电站流域的水文气象、各电站之间的互联、通讯遥测技术的应用、设备自动控制和保护功能等。文章结合河南省小水电站微机自动化发展的现状和出现的问题，提出今后微机自动化发展的设想，以供大家探讨。

微机自动化；模块化；智能化

1　自动化系统综述

1.1水电站微机自动化的基本功能

水电站的综合自动化是以微机处理系统为平台，对整个电站（或流域内梯级电站）从水文测报、机组启停、工况监视、辅助和公用设备控制、负荷分配、运行调度等全过程的自动控制。自动化系统还集成了数据采集预处理、机组监测和记录、操作与保护及功率调节等功能，并通过遥信技术与上一级调度部门进行实时数据通信。

与传统的继电保护相比，水电站的综合自动化有如下优势：①减少运行人员，提高劳动效率，降低电站的年运行成本和经营成本，从而提高了电站的经济效益。②采用微机自动准同期装置，并网速度快，减少机电设备磨损。③微机自动化系统能实现更复杂的逻辑控制，增强操作安全性和智能性，提高事故处理能力，提高控制效率。④改变二次设备模式，减少控制室面积，降低工程造价。⑤实现数据信号的远距离传输。微机自动化控制系统所有的状态和物理量经过模数转换，信息量数字化，保证数据的不失真、高精度、抗干扰特性，便于远距离传输。⑥组成水电站阶梯调度系统，发挥水电站群联合优化调度优势。

1.2小水电站自动化基本结构

微机自动化现已成为小水电站控制保护的主流技术，微机自动化结构简图如下：

2　小水电运行现状与问题

图1　站内计算机监控系统结构图

2.1河南省小水电情况

河南省小水电主要分布在豫北、豫西、豫南偏远山区和革命老区，水能资源理论蕴藏量为504.50万kW，技术可开发量320.70万kW，适宜小水电资源可开发量达100.20万kW。小水电资源绝大部分分布在豫北太行山区、豫西及豫西南伏牛山区、豫南桐柏——大别山区。从“七五”开始，河南省开始水电电气化县建设，截止到2015年底，共建成小水电站530座，年发电量10亿kW/h，总装机49.27万kW，还有近50.83%的小水电资源尚未开发，有很大的开发空间。

2.2河南省小水电微机自动化现状

国家从“七五”开始小水电电气化县的建设，经过三十余年的努力，小水电建设取得长足进展，但是电站的控制保护系统相对落后。2000年左右，河南省水电站开始应用微机自动化控制系统。最开始的自动化技术不太成熟，各种机械、电气设备在接口和兼容上不能达到微机自动化的要求，造成一些电站“大脑发达，四肢不灵”，经过十几年的发展，微机自动化系统已成为水电控制保护的主流技术，其功能、稳定性、兼容性都能很好满足电站的运行，但也存在一些不尽如人意的地方，主要表现在以下几个方面：

2.2.1自动化水平低

由于水电项目大多建设在偏远山区，地方融资能力较差，主要靠政府投资，建设速度远远落后于自动化技术的发展，一些电站自动化设备还是几十年前的继电器型，极大落后于市场。

2.2.2技术力量薄弱，不能适应自动化运行要求

小水电站一般地处偏远山区，技术力量薄弱，运行维护人员以本地人为主，大多没有受过专业教育和培训，无法适应复杂、繁多的自动化装置和应付复杂的运行方式的要求。有些小水电站连一块万用表都没有，更别说示波器等先进的检测仪器和设备了。

2.2.3微机自动化设计冗杂

小水电站定义为装机5万kw以下的电站，河南省小水电大多装机在几千千瓦，对整个电力系统稳定性影响甚小，但一些微机自动化厂家为追求经济利益，对一些并不实用的技术和功能大肆炒作，使微机自动化向贵族化、复杂化发展。

3　微机自动化的发展方向

一是小水电站的运行具有装机小、开停机方便等特点，决定了小水电微机自动化系统设计方向上要与火电或大水电区分开来。由于小水电对系统冲击较小，小水电站微机自动化系统不需要强调供电的可靠性，主要注重运行安全、经济；运行界面上力求简化，接口尽量少，能够做到“傻瓜操作”，这样便于运行人员接受，也更能体现微机自动化的优越性。二是微机自动化系统不仅要满足自动化控制保护的需要，还要考虑优化运行，提高经济效益。水电站的出力主要靠流量和水头实现，河南省的径流式电站较多，在不使用微机自动化优化运行情况下，电站运行人员靠目测或简单测量保证水轮机高水头运行的方法基本不可能，而微机自动化实现这些功能不增加多少投资，但能产生可观的经济效益。三是模块化设计。现在许多高科技产品都有向模块化发展的方向，水电自控方案如果也采用模块化设计，将大幅减少不必要的设备和投资。例如水电微机自动化设计上可以以每500～1000 kW作为一个功率单元来进行模块设计，装机容量每上升一个单位，相应的配置也高一个档次。不同的单机和总装机容量采用不同的保护方案，删去许多不必要的方案，根据容量设计各种控制保护方案，供业主选择，这样虽然不能达到为每个电站进行订做具体保护方案的效果，但更便于规模化生产，提高了自动化厂家的生产效率。

4　水电微机未来展望

4.1电站的自动化

未来小水电站微机自动化设计可以参照街道上房式变压器的形式，在电站正常运行的情况下，电站进行全封闭作业，未经集控中心的调度命令，禁止人员进入，如果发生故障，则经调度中心批准，派专门人员或厂家进入电站进行维修。这样可以大大减小电站的运行人员开支，甚至不需要运行人员，电站与厂家合作关系，电站自动运行，有故障就停机自动转接厂家客服，这样既能节省电站的各种运行成本，也方便厂家更了解生产中的问题，掌握第一手的设计资料。

4.2小水电集控系统

由于小水电站基本上不存在火电相关的各种辅助的设备和设施，开停机方便，自动化程度很高，火电或者大水电根本不能实现的“无人值班”在小水电站中可以轻松实现。“无人值班”型小水电站通过遥控技术互联在一起，就形成了小水电站的集控系统。其基本思路是将集控中心设在小水电站比较集中的某一县城或规模较大的电站内，控制中心微机通过调制解调器与公用电话网相连，这样就将本区域内各小水电站的计算机监控系统连接在一起了，如图所示。

图2　集中控制中心监控系统结构图

实行水电的综合调度，可以利用本地域内的水文气象、汛期的防汛需要等建立来水流量、防汛水位的数据库，在不同的时期引入不同的自动发电模式。例如，在汛期可以采用弃水最少化的模式，根据汛期常年来水流量和防汛需要，在尽可能减少弃水的情况下发电。在枯水期可以采用用水最小化模式，抬高电站水位，调整导叶开度，利用尽可能少的水发尽可能多的电。并可以调整调度范围内的电站运行时间，对没有蓄水能力的径流式电站多发，对有蓄水能力的水库电站可以先储存部分水量，调节峰谷，提高水资源的利用效率。小水电作为绿色可再生能源，不仅运行成本低、绿色环保，而且在运行上能快速开停机，运行较火电更显优势。但在电力系统中，小规模的电站由于在电力系统中的地位较小，经常在运行、调度等各方面受人掣肘，致使在运行成本、环境成本都远低于火电的小水电却频频因为调峰、调荷等借口成为限发的对象。国家对小水电的各种优惠政策不能得到体现，许多县市的小水电上网电价偏低。

通过调度中心对小水电的运行进行统一调度，使小水电形成一种运行、发电上的联盟，或许小水电就能摆脱了长期以来在电力系统中地位较低、发展受限的劣势，并能使电力调度与水利防汛合理结合，科学调配，在汛期与用电峰谷期进行综合考虑，为防汛和发电的综合决策提供一个统观全局的依据。

5　结语

综上所述，水电站综合自动化系统不仅在单一电站的运行控制上要远优于常规控制，并且对于梯级电站和电站群的集中调度控制上体现了更大的价值，其作用不能简单的用1+1〉2来表示，微机自动化的应用，使小水电这样一种作坊式的电站发展成为连锁店规模的水电群，不仅有利于水电产业的发展，节省充分利用可再生能源，提高了水电站的运行效率，值得大力提倡。

（责任编辑：韦诗佳）

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2016-04-07