“完全無(wú)人值班”水電站可行性研究報(bào)告

1、中小型水電站“完全無(wú)人值班”運(yùn)行模式可行性研究報(bào)告長(zhǎng)沙華能自控集團(tuán)有限公司2009年11月8日 目 錄一、“完全無(wú)人值班”水電站的意義目前，我國(guó)大部分水電站已采用計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，使整個(gè)行業(yè)自動(dòng)化水平大大提高，然而，到目前為止，我國(guó)數(shù)萬(wàn)座小水電站仍然處于有人值班狀態(tài)，即使近幾年投入運(yùn)行的新電站，雖然實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)監(jiān)控與保護(hù)，但并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)人值班”是指水電站站內(nèi)沒(méi)有人值班，機(jī)組開(kāi)、停、調(diào)相等工況轉(zhuǎn)換操作、有功、無(wú)功功率調(diào)整以及運(yùn)行監(jiān)視等工作，由設(shè)置在縣城或其他遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心完成，在水電站現(xiàn)場(chǎng)最多只留有保安值守人員負(fù)

2、責(zé)現(xiàn)場(chǎng)治安看守和特殊事件處理。實(shí)現(xiàn)水電站完全無(wú)人值班后，可以達(dá)到下面的效果。、提高農(nóng)村小型水電站運(yùn)行的可靠性農(nóng)村小型水電站大多存在運(yùn)行維護(hù)人員專業(yè)水平不理想的現(xiàn)實(shí)情況，造成水電站運(yùn)行可靠性較低，設(shè)備隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，誤操作較多，電站利用率下降，水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及完全無(wú)人值班后，一方面可通過(guò)各種自動(dòng)裝置快速、準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)行檢測(cè)、記錄和報(bào)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(yán)重的損壞，從而提高了供電的可靠性。另一方面，通過(guò)各種自動(dòng)裝置來(lái)完成水電站的各項(xiàng)操作和控制（如開(kāi)停機(jī)操作和并列），不僅可以大大減少運(yùn)行人員誤操作的可能，從而也減少了發(fā)生事故的機(jī)會(huì)；而且還可大大加快操

3、作或控制的過(guò)程，尤其在發(fā)生事故的緊急情況下，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行和對(duì)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，可根據(jù)系統(tǒng)分配給電站的負(fù)荷和電站的具體條件，合理地進(jìn)行調(diào)度，保持高水頭運(yùn)行，同時(shí)合理選擇開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)，使機(jī)組在高效率區(qū)運(yùn)行，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。如何實(shí)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(duì)于梯級(jí)電站來(lái)說(shuō)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(wú)人值班水電站可降低運(yùn)行和維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率，有效減小運(yùn)行值班人員數(shù)量，降低水電站人員開(kāi)支費(fèi)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(fèi)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(xiàng)基本指標(biāo)。電壓正常偏移不超過(guò)額定值的±5%，頻率正常偏移不超過(guò)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(wú)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(zhǔn)確地調(diào)節(jié)有關(guān)發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功和無(wú)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(duì)迅速恢復(fù)電能質(zhì)量具有決定性的意義，而這個(gè)過(guò)程，單純靠手動(dòng)操作，無(wú)論在速度方面還是在精度方面都是難于實(shí)現(xiàn)的，只能借助于自動(dòng)裝置來(lái)完成。 農(nóng)村小水電站經(jīng)常脫網(wǎng)運(yùn)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(wú)人值班水電站實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)性隨著電力自動(dòng)化生產(chǎn)企業(yè)水平的提高，水電站自動(dòng)化設(shè)備的完全國(guó)產(chǎn)化和本地化,降低了完全無(wú)人值班水電站實(shí)現(xiàn)的成本，使農(nóng)村水電站實(shí)現(xiàn)完全無(wú)人值班有了堅(jiān)定的物質(zhì)基礎(chǔ)和較優(yōu)的性價(jià)比。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的高速發(fā)展，分層分布計(jì)算機(jī)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(dòng)化程度，為實(shí)現(xiàn)水電站“完全無(wú)人值班”奠定了良好的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全無(wú)人值班的單機(jī)容量為5萬(wàn)千瓦中小型水電站還沒(méi)有，因此，本項(xiàng)目應(yīng)是填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白項(xiàng)目。 在發(fā)達(dá)國(guó)家，經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，對(duì)水電廠的控制和管理取得了很多

6、成果，水電廠大多實(shí)行無(wú)人值班的運(yùn)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(chǎng)進(jìn)行維護(hù)管理，如法國(guó)、日本、美國(guó)、加拿大等。機(jī)組開(kāi)、停、工況轉(zhuǎn)換、運(yùn)行監(jiān)視等工作都由上級(jí)調(diào)度通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)及自動(dòng)裝置來(lái)完成。目前，國(guó)內(nèi)實(shí)施的鼓勵(lì)水電開(kāi)發(fā)政策，梯級(jí)或區(qū)域水電將會(huì)越來(lái)越多。單座電站一般都會(huì)采用計(jì)算機(jī)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(yùn)行人員，因此區(qū)域內(nèi)水電廠群實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班集中控制是一種必然趨勢(shì)。完全無(wú)人值班控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成功，將代表我國(guó)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(jià)值。三、項(xiàng)目實(shí)施主要內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵、預(yù)期目標(biāo)3.1 本項(xiàng)目實(shí)施的主要技術(shù)內(nèi)容

7、、水電站“完全無(wú)人值班”的三種形式 ：1、梯級(jí)水電站全部實(shí)現(xiàn)“完全無(wú)人值班”，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(shí)現(xiàn)“完全無(wú)人值班”，將監(jiān)控中心設(shè)置在遠(yuǎn)距離的縣城。3、400V小小水電站實(shí)現(xiàn)“完全無(wú)人值班”，沒(méi)有遠(yuǎn)距離的監(jiān)控中心，利用GPRS網(wǎng)用手機(jī)實(shí)現(xiàn)水電站的自動(dòng)控制。、完全無(wú)人值班水電站的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求 完全無(wú)人值班水電站應(yīng)以“安全運(yùn)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(jì)；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，滿足于業(yè)主要求的安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、功能齊全和便于擴(kuò)充等基本原則。可編程控制器PLC采用雙CPU、雙電源、雙通訊模塊的配置；遠(yuǎn)

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(jiàn)，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(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)組成遠(yuǎn)程通訊通道。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用最新的計(jì)算機(jī)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，按全計(jì)算機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)及系統(tǒng)配置，計(jì)算機(jī)監(jiān)控、保護(hù)系統(tǒng)能夠滿足自動(dòng)控制和安全自動(dòng)化要求，保證電站運(yùn)行管理達(dá)到真正的“完全無(wú)人值班”；系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，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(lì)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有自我診斷和容錯(cuò)技術(shù)。、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是

9、水電站自動(dòng)化的核心。完善、可靠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能有效地完成對(duì)機(jī)組和主設(shè)備的各項(xiàng)操作和控制，提高電站的運(yùn)行管理水平。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是冗余設(shè)計(jì)的雙網(wǎng)配置，也就是將上位機(jī)和下位機(jī)采用雙以太網(wǎng)系統(tǒng)和雙現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)配置。運(yùn)行中他們能自動(dòng)切換，保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如下 ：上圖中各LCU屏的PLC表示為2臺(tái)，實(shí)際是采用單臺(tái)具有雙CPU、雙以太網(wǎng)口、雙電源的PLC（下同）。、可靠的遠(yuǎn)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(wú)人值班水電站的雙通訊通道 ： B. 完全無(wú)人值班梯級(jí)水電站雙通道網(wǎng)絡(luò) ：C. 完全無(wú)人值班梯級(jí)水電站環(huán)行網(wǎng)絡(luò)

10、圖 ：D. 無(wú)線擴(kuò)頻的通訊網(wǎng)絡(luò)無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)它具有很強(qiáng)的抗干擾能力 ，可進(jìn)行多址通信 ，安全保密強(qiáng)，抗多徑干擾。它使用國(guó)際自由頻道，不用申請(qǐng)無(wú)線電頻道使用權(quán)。目前，多采用和的通訊頻率。無(wú)線擴(kuò)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(wú)線擴(kuò)頻網(wǎng)絡(luò)組成水電站無(wú)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(dòng)電信的GPRS技術(shù)，對(duì)水電站進(jìn)行控制。也就是用手機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。此時(shí)，對(duì)水機(jī)的控制設(shè)備要求較高。、冗余設(shè)計(jì)的PLC控制技術(shù)

11、1、完全無(wú)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(jì)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(jì)；2、小小型水電站可用普通的非冗余設(shè)計(jì)的PLC既可。兩路電源接線互相自動(dòng)投切、廠用電系統(tǒng)與直流電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ：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(tái)廠用電變壓器。2、應(yīng)有完善可靠的備用電源自動(dòng)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(shí)自動(dòng)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(hào) 輸入上位機(jī)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(dòng)投切。N1設(shè)計(jì)的直流電源由于

12、目前的高頻開(kāi)關(guān)式直流電源的充電模塊都采用了N1的冗余設(shè)計(jì)，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(cè)儀”和“電池狀態(tài)巡檢儀”。、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(dòng)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。 雙重配置的保護(hù)單元、微機(jī)準(zhǔn)同期裝置的雙重配置1、每個(gè)同期點(diǎn)應(yīng)單獨(dú)配置微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，不采用多個(gè)同期點(diǎn)共

13、用一臺(tái)微機(jī)準(zhǔn)同期裝置的設(shè)計(jì)；2、中大型機(jī)組可以考慮每個(gè)同期點(diǎn)采用2臺(tái)微機(jī)同期裝置；3、仍需配置手動(dòng)同期裝置，用于試機(jī)調(diào)試或手動(dòng)同期并網(wǎng)之用。雙通道微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（1）采用雙通道微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；（2）勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)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； （3）靜止勵(lì)磁的可控硅功率柜及其風(fēng)扇故障需要有自動(dòng)控制功能（例如：風(fēng)壓監(jiān)測(cè)、風(fēng)機(jī)缺相運(yùn)行等），有限制無(wú)功功率和系統(tǒng)故障自動(dòng)停機(jī)功能； （4）滅磁系統(tǒng)運(yùn)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。16Mpa的微機(jī)調(diào)速器、微機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)（1）應(yīng)采用微機(jī)調(diào)速器，調(diào)速器應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)行，性能滿足標(biāo)

14、準(zhǔn)規(guī)定的要求，年平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)8670小時(shí)以上。 （2）調(diào)速器故障時(shí)應(yīng)有自動(dòng)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(dòng)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。 、工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)水電站完全無(wú)人值班時(shí)，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(hào)，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(dòng)消防系統(tǒng)能聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)某處發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能將附近的攝像頭對(duì)準(zhǔn)火災(zāi)處。、計(jì)算機(jī)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)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。計(jì)算機(jī)自動(dòng)巡檢系統(tǒng)包括工作計(jì)算機(jī)和

15、手持計(jì)算機(jī)兩部分，工作計(jì)算機(jī)與電站MIS系統(tǒng)連接。電氣和水工巡檢人員巡檢時(shí)，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(jì)算機(jī)條形碼進(jìn)行對(duì)話，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷在現(xiàn)場(chǎng)直接輸入手持機(jī)，巡檢完畢后，將手持機(jī)與工作計(jì)算機(jī)連接后，巡檢信息進(jìn)入工作計(jì)算機(jī)并自動(dòng)形成表格和缺陷紀(jì)錄。 應(yīng)定出管理制度，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢。 、計(jì)算機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)PSTA系統(tǒng) 中大型機(jī)組應(yīng)該配置PSTA計(jì)算機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 監(jiān)測(cè)對(duì)象是機(jī)組的振動(dòng)、擺動(dòng)、壓力及壓力脈動(dòng)、 渦殼差壓、定轉(zhuǎn)子之間氣隙和機(jī)組有功、無(wú)功等工況參數(shù)。 、ONCall 系統(tǒng)（及時(shí)呼喚系統(tǒng)）On - Call系統(tǒng)是近年來(lái)人們逐漸發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，它與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系

16、統(tǒng)相結(jié)合，利用無(wú)線尋呼技術(shù)（電信發(fā)短信）、將生產(chǎn)運(yùn)行信息（主要是事故報(bào)警信息）遠(yuǎn)傳到相關(guān)人員的手機(jī)上，給水電站的“完全無(wú)人值班”、安全生產(chǎn)，提供了有力的保證。、自動(dòng)消防系統(tǒng)它有報(bào)警系統(tǒng)和火災(zāi)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)兩部分組成，在中控室與計(jì)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(bào)警裝置和水消防裝置。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)火災(zāi)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)迅速關(guān)閉火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)道。在報(bào)警的同時(shí)并啟動(dòng)滅火系統(tǒng)滅火。水消防系統(tǒng)的雨淋閥和電動(dòng)閥特別應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，以免引起誤動(dòng)和拒動(dòng) ，造成重大損失。 、水電站大壩安全檢測(cè)系統(tǒng)大中型水電站對(duì)水庫(kù)大壩應(yīng)有計(jì)算機(jī)大壩安全檢測(cè)系統(tǒng)，大壩安全檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)大壩的表面變形、內(nèi)部變形、裂縫及岸坡位移,滲流等

17、進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)測(cè)：同時(shí)也對(duì)大壩的滲流壓力、滲流量及浸潤(rùn)線、孔隙水壓力、土壓力、揚(yáng)壓力、混凝土應(yīng)力等進(jìn)行檢測(cè) ,系統(tǒng)可接入各種大壩安全監(jiān)測(cè)傳感器，系統(tǒng)具有信息接收、處理、存貯、計(jì)算分析等完整的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。大壩計(jì)算機(jī)安全檢測(cè)系統(tǒng)示意圖如下。、水電站的自動(dòng)化元件水電站的基礎(chǔ)自動(dòng)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(kāi)關(guān)、輔助接點(diǎn)、執(zhí)行命令的電磁閥、伺服電機(jī)、各種開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)和獨(dú)立的調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)裝置等。各種傳感器應(yīng)優(yōu)先采用 4 20ma 輸出的信號(hào)。應(yīng)采用目前市場(chǎng)上最先進(jìn)的自動(dòng)化元件，以保證運(yùn)行的可靠性。否則，將引起許多的麻煩！ 3.2 無(wú)人值班水電站項(xiàng)目選點(diǎn)的參考意見(jiàn)目前，國(guó)內(nèi)中小型水電站尚沒(méi)有完全無(wú)人值班水電站成功運(yùn)行的先例，因此沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)，為此，如何選點(diǎn)建設(shè)水電站，完