江埡水電站無人值班的改革與實踐

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摘 要：本文從電站的運(yùn)行實際出發(fā)主要介紹了電站自動化設(shè)備的配置，自動化沒備在運(yùn)行實踐中出現(xiàn)的一些問題及其解決辦法

　　關(guān)鍵詞：水電站 無人值班

　　1、引言

　　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)在水電站和變電站大量實現(xiàn)了少人值守和無人值班，但由于當(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，隨著改革開放的不斷深入，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)等技術(shù)來實現(xiàn)水電站的無人值班條件完全成熟。目前無人值班（少人值守）已在我國的水電站得到廣泛的應(yīng)用。

　　2、江埡水電站的基本情況

　　江埡水利樞紐工程位于澧水流域一級支流溇水，是一座以防洪為主的大型水利工程，是一座完全年調(diào)節(jié)的水庫。它1994年開始動工，2001年1月工程通過國家建設(shè)部和水利部組織的驗收。

　　江埡水電站為樞紐工程的一部分，裝有三臺10萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，采用發(fā)變組接線方式三回220KV線路分別送常德市的500KV樞紐變電站崗市變電站、津市市變電站和張家界市的胡家坪變電站，一條110KV線路與江埡水電站的反調(diào)節(jié)電站—關(guān)門巖水電站連接，將關(guān)門巖水電站的電能送入主網(wǎng)。江埡水電站在系統(tǒng)中主要作用是調(diào)頻和事故備用。整個樞紐工程的管理人員在開始建設(shè)時定編為600人，經(jīng)過300人、150人，目前為60人的編制。主要負(fù)責(zé)水電站的運(yùn)行、水庫防洪及調(diào)度、水庫管理和水事執(zhí)法。

　　3、水電站無人值班的保障系統(tǒng)

　　要實現(xiàn)水電站無人值班（少人值守）必須具有下面幾個完善、可靠的保障系統(tǒng)。

　　3.1 人員的高素質(zhì)是實現(xiàn)水電站無人值班（少人值守〕的首要條件

　　電站1995年籌建開始時，我們就按照堅持少而精、素質(zhì)高、事業(yè)心強(qiáng)、敢于負(fù)責(zé)；具有與其工作相適應(yīng)的文化程度；做到一工多藝、一專多能的原則，招聘和培養(yǎng)員工。首先是從大、中專學(xué)校招聘學(xué)生，1996、97年分別招聘了大、中專生，然后將他們送到常規(guī)控制的水電站和自動化程度較高的水電站進(jìn)行運(yùn)行、檢修培訓(xùn)。經(jīng)過兩年多的培訓(xùn)，1999年順利完成接機(jī)任務(wù)。

　　3.2 我站自動化設(shè)備的配置及改造

　　實現(xiàn)水電站無人值班，那么水電站應(yīng)有“可靠、自動的控制系統(tǒng)，完善的保護(hù)系統(tǒng)和可靠的電源，能在最不利的惰況下保證發(fā)電機(jī)組的斷路器跳開、運(yùn)行的機(jī)組正常停運(yùn)，導(dǎo)葉前的進(jìn)水閥或快速閘門關(guān)閉。”怎樣才能算完善、可靠呢，因為我國至今還沒有制定一部完整的有關(guān)無人值班（少人值守）的規(guī)范性文件或標(biāo)準(zhǔn)，也就只有通過設(shè)計和運(yùn)行實踐的不斷總結(jié)、完善來實現(xiàn)無人值班。

　?。?）計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

　　計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是水電站自動化的核心。完善、可靠的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能有效地完成對機(jī)組和主設(shè)備的各項操作和控制，提高電站的運(yùn)行管理水平。我站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是雙重配置，也就是將上位機(jī)、前置機(jī)和下位機(jī)RTU采用嚴(yán)格要求的雙重配置。運(yùn)行中他們能自動切換，保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

　?、賹斎胗嬎銠C(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的所有模擬量、數(shù)字量進(jìn)行快速巡查，實現(xiàn)越限報警、事故順序記錄。

　?、趯崿F(xiàn)對機(jī)組的起、停和各種工況轉(zhuǎn)換的控制，監(jiān)視和操作。

　?、蹖崿F(xiàn)對機(jī)組的有功功率和電壓的調(diào)節(jié)。

　?、軐﹄娬镜臋C(jī)組、變壓器、開關(guān)等各種設(shè)備的異常情況迅速傳遞到控制中心或調(diào)度中心并報警，同時能實現(xiàn)事故停機(jī)。

　　⑤自動平穩(wěn)切換和有效、方便的人機(jī)聯(lián)系。

　?、夼c控制中心計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙訊、遙測功能。

　　運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還存在下列問題：不能與中心調(diào)度所實現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙迅、遙測功能；ACC，AVC 不能投入等。針對這些問題，我們和制造廠家一起通過采用分部處理技術(shù)和冗余技術(shù)，對LCU參數(shù)配置重新定義，井進(jìn)行了程序修改、變動接線、現(xiàn)場和遠(yuǎn)方試驗?，F(xiàn)在我站實現(xiàn)了電站與中調(diào)在遠(yuǎn)方的所有操作，完成遙控、遙調(diào)、遙訊、遙測功能和AGC，AVC可靠投入運(yùn)行的電站，也滿足了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開機(jī)不成功自動返回停機(jī)狀態(tài)的工況。

　?。?）繼電保護(hù)裝置的雙重配置

　　220KV、1lOKV出線的繼電保護(hù)均采用了微機(jī)雙重配置，在每一套微機(jī)配置中的主保護(hù)或后備保護(hù)又由單獨的CPU控制。發(fā)電機(jī)、變壓器組保護(hù)的每一個主保護(hù)采用一個CPU控制，一個出口回路的方式，在設(shè)計和配置上保證了保護(hù)在任何情況下都能可靠動作。自投運(yùn)以來電站的各種主保護(hù)運(yùn)行一直是正常的。

　　（3）勵磁系統(tǒng)的雙重配置

　　我站勵磁系統(tǒng)采用ABB公司的雙微機(jī)可控硅勵磁裝置，它有“微機(jī)1”、“微機(jī)2”和“手動”三種工作方式。每個微機(jī)調(diào)節(jié)器有兩種運(yùn)行方式，即：恒轉(zhuǎn)子電壓運(yùn)行方式（AVR）和恒轉(zhuǎn)子電流運(yùn)行方式（FCR）。正常情況下為恒轉(zhuǎn)子電壓運(yùn)行方式（AVR），只有在電壓采集系統(tǒng)失壓時，計算機(jī)自動將調(diào)節(jié)器運(yùn)行方式由AVR方式切自FCR方式運(yùn)行。當(dāng)一臺微機(jī)發(fā)生故障時，裝置自動切換至另一微機(jī)運(yùn)行。這套裝置投運(yùn)以來，除二號發(fā)電機(jī)組的勵磁裝置微機(jī)發(fā)生一次故障以外，一直運(yùn)行良好，在任何失壓的情況下都能保證機(jī)組可靠運(yùn)行。

　?。?）計算機(jī)自動巡檢系統(tǒng)

　　水電站實現(xiàn)無人值班，在自動裝置能及時、準(zhǔn)確地提供各種運(yùn)行信息外，還要保證在正常情況下定期對設(shè)備的巡視檢查。2000年我們通過招標(biāo)采用艾因泰克公司提供的計算機(jī)自動巡檢系統(tǒng)，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。表格和缺陷紀(jì)錄分級別查看與審閱，只有在經(jīng)過值長審閱，檢修維護(hù)人員將缺陷消除或確認(rèn)后才形成統(tǒng)計表格。目前我站計算機(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。

　　（5）計算機(jī)在線檢測系統(tǒng)一PSTA系統(tǒng)

　　我站在線檢測裝置在電站投產(chǎn)時一直處于癱瘓狀態(tài)，很不適應(yīng)電站少人職守〔無人值班）的需要，2004年開始進(jìn)行改造，去年全部完成，目前運(yùn)行良好。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器。下位機(jī)柜、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的相關(guān)硬件與軟件等組成，在線檢測系統(tǒng)的監(jiān)測對象是機(jī)組的振動、擺動、壓力及脈動。渦殼差壓、定轉(zhuǎn)子間氣隙和機(jī)組有功、無功等工況參數(shù)。系統(tǒng)的功能包括：

　?、龠^濾過程、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。

　?、跈C(jī)組狀態(tài)變化的檢查即狀態(tài)突變的發(fā)現(xiàn)。

　?、酃收虾腿毕莸姆治雠c判斷。

　?、軝C(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(yùn)行工況或明顯改善機(jī)組的運(yùn)行狀況，有效延長機(jī)組運(yùn)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。

　?、咧笇?dǎo)電站機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行。

　?、酄顟B(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。

　?。?）水電站群控制中心的通訊接口方式

　　目前在水電站的設(shè)計、運(yùn)行中與上級調(diào)度中心的通訊接口方式通常采用RTU方式或通訊工作站方式。RTU方式一般采用高壓出線保護(hù)裝置的信號接點，這樣要滿足計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和AGC、AVC的運(yùn)行要求，因保護(hù)裝置的信號接點引出量不夠而需要擴(kuò)張，在現(xiàn)場就有一定的困難，而目可靠性不夠。所以推薦在實現(xiàn)無人值班的中、小水電站群的控制中心采用通訊工作站方式。在設(shè)計或改造設(shè)計前提出按照規(guī)約由計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)商開發(fā)轉(zhuǎn)換軟件，這種方式就可以保證水電站群或單個水電站的控制的靈活性。

　?。?）直流電源系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)方式現(xiàn)在己無法滿足水電站的自動化設(shè)備和無人值班的要求。我站在直流系統(tǒng)考慮了兩套220伏直流蓄電池系統(tǒng)、兩套24伏直流蓄電池系統(tǒng)和兩套硅整流供電直流系統(tǒng)。正常情況下，一套硅整流供電直流系統(tǒng)在向保護(hù)、自動裝置等提供操作電源的同時，還向220伏、24伏蓄電池進(jìn)行浮充電，當(dāng)交流電失電或沖擊負(fù)荷時監(jiān)控系統(tǒng)自動投入一組直流電池系統(tǒng)，當(dāng)運(yùn)行中的直流供電裝置發(fā)生故障或進(jìn)行操作時，監(jiān)控裝置自動切換到另一套直流供電系統(tǒng)供電。雙重配置的UPS電源系統(tǒng)，兩條獨立的電纜各自向一臺UPS供電，它主要是為監(jiān)控系統(tǒng)提供電源，兩套電源可自動切換。在投產(chǎn)后的檢修中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)保護(hù)的操作電源是單電源供電方式，一經(jīng)操作保護(hù)裝置的電源全部中斷，后我們將直流系統(tǒng)供電方式改造為雙電纜供電方式，滿足了在任何情況下都能可靠供電。直流電源系統(tǒng)的雙重配置和雙電纜供電方式保證了供電的可靠性。

　?。?）消防系統(tǒng)

　　如何實現(xiàn)消防系統(tǒng)的自動化操作與控制一直是水電站真正實現(xiàn)無人值班的一大難題。我站配備的是計算機(jī)集中控制滅火裝置，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，其它則安裝了煙感式、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。但在實際運(yùn)行中也暴露了以下幾個問題：一是煙感式或纜式火災(zāi)報警系統(tǒng)的誤報：二是水消防系統(tǒng)的雨淋閥和電動閥的誤動、拒動。針對上述問題我們將煙感式和纜式火災(zāi)報警系統(tǒng)承包給廠家進(jìn)行維護(hù)，雨淋閥和電動閥進(jìn)行改造，目前運(yùn)行良好。不過從根本上還沒有解決消防系統(tǒng)的自動化問題。

　　（9）基礎(chǔ)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。通過它們將生產(chǎn)現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)、信息輸入計算機(jī)，然后由計算機(jī)將各種命令作用于被控制設(shè)備。

　　我站在運(yùn)行初期，這部分是最傷腦筋的事，也是出現(xiàn)問題最多的部分。我們投入近百萬元資金對所有的電磁閥、水位、油位計、水系統(tǒng)的所有控制閥門、排水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行了更換，采用目前市場上最先進(jìn)的自動化元件，保證了運(yùn)行的可靠性。

　?。?0）電視監(jiān)控系統(tǒng)

　　無人值班的水電站要時刻了解現(xiàn)場和設(shè)備外部情況，電視監(jiān)控系統(tǒng)是必不可少的。傳統(tǒng)的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)可以做到對周圍的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，但隨著計算機(jī)多媒體技術(shù)的發(fā)展，可以將傳統(tǒng)的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)改造成計算機(jī)多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)，將計算機(jī)多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)、在線檢測系統(tǒng)和消防報警系統(tǒng)等構(gòu)成一套計算機(jī)多媒體電視遙控系統(tǒng)。

　?。?1）泄洪閘門的控制

　　我站目前采用的是遠(yuǎn)方集中控制方式，由集控室對三孔中孔閘門和四孔表控閘門進(jìn)行計算機(jī)操作。為了集中和減少人員，我們對泄洪閘門的操作進(jìn)行了改造與試驗，通過監(jiān)控系統(tǒng)將泄洪閘門的操作與電站機(jī)組的操作集中在同一控制室進(jìn)行和模擬在公司總部操作已獲得成功，實驗效果良好。

　　3.3 可靠的通訊系統(tǒng)

　　無人值班的水電站在管理模式上與常規(guī)控制的水電站有很大的不同，每一個電站的人員不論值班還是在休假都必須處在隨時召喚伏態(tài)，電站發(fā)生任何需要立即處理的事件應(yīng)迅速到達(dá)現(xiàn)場參加事故處理。所以，可靠的通訊系統(tǒng)是保證電站安全運(yùn)行的重要手段。為了做到這點，我站共配置了四套通訊系統(tǒng)，即：微波通訊系統(tǒng)、載波通訊系統(tǒng)、移動通訊系統(tǒng)和固定電話通訊系統(tǒng)。微波和載波通訊系統(tǒng)主要用來與調(diào)度部門的聯(lián)系，電量、水情，保護(hù)信息傳輸以及調(diào)度部門、防汛指揮部門實現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙信、遙測等，針對地下廠房的特點，由我們投資，移動電話公司協(xié)建的移動通訊系統(tǒng)和固定電話通訊系統(tǒng)用于對電站員工的隨時召喚，員工在得到召喚的信息后立即返回電站，接受工作安排，使得每一位工作人員能很快地投入工作。運(yùn)行實踐告訴我們，這是不夠的。通過人工進(jìn)行呼喚，有一定的時間誤差，建議采用自動電話報警系統(tǒng)。將自動電話報警系統(tǒng)與電站的監(jiān)控裝置的報警系統(tǒng)連接，當(dāng)電站發(fā)生故障時立即自動向每一個電站運(yùn)行維護(hù)人員發(fā)出告警，通知立即到達(dá)現(xiàn)場處理事敵。

　　4、幾個問題的思考

　　水電站無人值班在滿足了站內(nèi)機(jī)電設(shè)備可靠并有完善可靠的監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置、勵磁系統(tǒng)和其他自動化裝置外，下列幾個問題也是值得思考的。

　　4.1 安全考核問題 規(guī)程和有關(guān)考核辦法規(guī)定，在電站發(fā)生故障時必須在多長時間內(nèi)恢復(fù)送電或開出機(jī)組。那么，當(dāng)無人值班的水電站，機(jī)組或設(shè)備發(fā)生故障，電站自動化設(shè)備將按照設(shè)計所要求的程序?qū)⒐收显O(shè)備切除，有時就會發(fā)生對外少送電。因為無人值班，設(shè)備的恢復(fù)時間也相應(yīng)的長一些。所有這一些在規(guī)程上都沒有明確規(guī)定，調(diào)度部門和電站主管部門對電站的安全考核就有一些不協(xié)調(diào)的地方。怎樣協(xié)調(diào)安全考核或修改有關(guān)規(guī)程是值得研究的。

　　4.2 無人值班水電站的安全問題

　　（1）監(jiān)控中心的操作監(jiān)護(hù)。規(guī)程規(guī)定運(yùn)行操作必須有二人進(jìn)行，一人操作，一人負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)。其實，按照現(xiàn)在的計算機(jī)智能水平足以保證不發(fā)生誤操作，“五防”功能和多次“確認(rèn)”機(jī)會提供了保證。在無人值班的水電站是否可以允許單人操作也應(yīng)該提出研究。

　　（2）防火、防盜問題。盡管有了煙感、溫感和防盜報警系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)，但還是有一些不可避免的事件發(fā)生，如果不能及時處理，損失也是很大的。

　?。?）水電站發(fā)生重大事故的處理。在電站一些如水淹廠房、設(shè)備爆炸等的突發(fā)事件，這些事故是無法預(yù)計的，一且發(fā)生事故，如果沒有及時處理，事故就有可能擴(kuò)大，這也是一項研究的問題。

　　實現(xiàn)水電站無人值班是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，計算機(jī)技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展為實現(xiàn)水電站無人值班提供了可靠的技術(shù)保障，但必須有較高的人員技術(shù)素質(zhì)、思想素質(zhì)、工作自覺性以及完善的組織措施和規(guī)章制度作保證，否則，再高的自動化水平也是無法實現(xiàn)水電站無人值班。