河北省农村水电无人值班技术推广应用与分析

    1无人值班技术推广应用现状 
    1.1基本情况： 
    河北省水电资源理论蕴藏量304万kw，技术可开发量156万kw，截止2005年底，全省开发水电206座，装机容量33.94万kw，占可开发量的22。扣除电力系统管理的岗南、黄壁庄、王快和岳城4座水电站，全省水利系统管理的农村水电站为202座，装机容量24.38万kw，年平均发电量为4.5亿kw.h。在8个市具备水电开发条件的42个山区县中，有36个县开发建设了水电，其中16个县为革命老区县、22个县为国家和省重点扶持的贫困县、4个县为少数民族自治县。水电农村电气化县建设，对直接服务“三农”、建设新农村具有显著的作用。 
    1.2现状 
    河北省无人值班技术发展到今天，主要经历了三个阶段：第一阶段为90年代中期以前，不存在微机监测与控制设备，基本上是传统的机械电磁分离技术；第二阶段是90年代中后期，全省从1995年开始，选择已经运行多年、在省内装机容量较大、具有一定代表性的三座电站进行了微机监测改造的试点，即原省引滦局南观水电站、省石津灌区田庄水电站和邯郸市东武仕水电站。其目的是模仿大中型水电站已经实践的微机监测监控模式，结合各自电站的特点，改造并安装微机监测设备，用以实现电站所有电气量、开关量、主接线参数以及水轮发电机组各个部件温度等工作状况的适时监测，为运行人员运行操作提供依据和帮助。其中，南观水电站的监测系统一直运行到2005年，直到因计算机主机被烧坏才停止使用；第三阶段从1998年开始至今,张家口市响水铺水电站在全省率先采用了加拿大生产的无人值班设备，该电站装机容量2000kw（4×500kw）,设计水头21.5m,引用流量10.5m3/s，设计年发电量705万kw.h,1998年8月开工建设，1999年10月建成投产发电，经过7年的运行，情况良好。自此以后，省桃林口水库水电厂、张家口市赵家蓬区圣佛堂水电站、省引岗渠首水电站、遵化黎河三级水电站等相继推广使用该项技术，目前全省采用这项新技术的水电站已达16座，其中在建8座。 
    改革开放以来，特别是近几年，河北省农村水电无人值班技术发展非常快，新技术、新设备、新材料、新工艺不断推广和应用，使农村水电站的安全性、可靠性、经济性有了较大提高。但总体上看，已经建成的水电站，存在设备陈旧、技术落后、效益低下等问题，造成了水资源的浪费，并给安全生产留下了隐患。老电站的技术改造任务还很艰巨，而老电站的技术改造量多面广，技术难度大，并且缺乏更新改造资金，是实现农村水电站技术现代化的主要难点和工作重点。 
    1.3无人值班技术推广应用特点 
    （1）起步早，试点效果好。如响水铺水电站，早在1998年已经安装使用，全省最早的应用试点，对推动河北省应用该项技术起到了典型示范作用，吸引了省内以及周边省份到此参观学习；它所安装使用的加拿大Powerbase控制系统，是省内其他大部分水电站所效仿使用的控制系统，具有以下明显优点：可编程软件、模块化结构；功能齐全，能对全站设备进行控制、保护、测量和信号显示；傻瓜式运行，在自动状况下,电站可根据前池水位按照优化出力的原则，完成自动开机、停机、同期并网运行和事故跳闸，做到无人值班；纯液压式调速控制器，无任何机械传动和反馈机构参与调节控制；可靠性高，每个电气模块均有独立的CPU和容错安全回路；性价比高，与常规设计的继电器型控制保护设备相比投资多30左右，但按水位经济运行，使电站得到最大发电效益，无人或少人值班,每年可节省运行费用。 
    （2）有特色，已在各种机型中应用。如承德市宽城县大桑园水电站为全国首例双挑水轮机组，由两台水轮机拖动一台发电机，该站所用自动化系统由三菱可编程序控制器（plc）和人机界面（触摸屏）构成，并通过RS422全双工与上位机通信，同时采用三菱4AD模块进行模拟量高速采样。该站2003年试运行以来，效果良好，其监控系统仅更换了三次线路板，实际应用效果明显。 
    （3）民营投资者应用无人值班技术积极性很高。在民营投资兴建的保定市易县紫荆关六级、石家庄市平山县杨家桥以及大坪等水电站中采用了无人值班新技术，其中易县紫荆关六级水电站将在近日投产发电，是从厂房外观设计、隧洞、厂房施工到现代化新技术应用等各方面都具有代表意义的一座民营水电站。 
    （4）老电站改造使用无人值班技术有了新开端。在承德市围场县庙宫水电站的技术更新改造中，使用了微机监控设备，随着新机组设备改造一次到位，具备了无人值班、少人职守的条件，成为了河北省农村水电目前唯一通过技术更新改造实现无人值班技术的水电站。 
    （5）按照“无人值班、少人值守”运行模式确实减少了运行和检修人员。虽然各个电站拦蓄引水方式不同，但由于优化了设备配置取消副厂房，可一次性减少发电厂房建设投资约15，并相应核减一线生产人员75，有效地降低了运行成本和发电费用。例如响水铺水电站，装机容量2000kw（4×500kw），按规程规定，机组单机≥500kw＜1000kw的常规控制模式的电站，运行人员应设置20-24人，检修人员应设置6-7人，由于采用自动化控制设备，实现了“无人值班，少人值守”的运行模式，该站运行人员始终仅配置4人，不配置检修人员，每年不但节省运行费用，还减少了职工办公和生活用房，节省一次性土建投资，为提高电站经济效益创造了有利条件。 
    2无人值班技术应用中发现的问题、处理及体会 
    2.1不同电压等级无人值班控制设备中存在的主要问题 
    （1）电站出线为10kv电压等级。在电站控制设备中，变压器微机保护运动装置一般集成度高，保护齐全，配置灵活，该装置分为主保护单元、后备保护单元和监控单元，三者之间可以通过串行接口通讯联接，也可与上位机实现通讯，部分电站在该装置使用过程中发现其本身的一些问题。如：液晶显示屏不耐用，受温度及光照影响严重，返修率太高，另外有些数据测量严重失真，与上位机通讯时，远方和现地测量数据相差甚远。而且不具备记忆功能，一旦装置失电，一些历史数据(除保护设置参数)都会丢失。整体使用效果不太令人满意。 
    （2）电站出线为35kv电压等级。部分电站微机监控系统由于程序上的问题，完不成开停机到空载记忆上次停机负荷，下次开机时自动达到上次停机负荷；机组由外部原因造成停机，要求甩负荷后应先减至空载，随后事故不能解决则不能实现自动停机；机组监控模块性能不稳定，常发误信号，经过软件升级，上位机时常发一些不存在的错误信号；监控设备对油气水系统不能实现有效的监控；上位机不能打印运行情况和报表；机组控制屏传输速度过慢。 
    （3）电站出线为110kv电压等级。个别电站尽管主控设备较灵活，但由于控制设备绝大部分自动化元件电压等级较高，质量不过关，达不到自动控制要求，经过三、四年的运行后就已经失去了自动控制功能，因为没有设置机旁控制盘，仅仅利用主控设备作就地操作设备，大大降低了控制设备的作用。目前正在制定更新自动化元器件的改造计划。 
    2.2自动化控制系统灵敏度虽高，但误动的情况也时有发生 
    自动化控制系统在使用过程中，体现出它的诸多优点，是常规控制设备无法比拟的。如：人员少、占地小、集成度高、技术含量高、维护量小、操作简便、故障率低、可靠性高等，但是由于自动化控制系统灵敏度高，误动的情况也有发生，在已经运行的圣佛堂水电站就发生过类似情况，因此，要严格执行运行规程和操作规程。只要运行人员熟悉设备性能，当遇视故障原因出现时，就能立即找到并排除故障，确保电站正常运行。 
    2.3机组运行温度对自动控制设备的直接影响 
    无人值班控制设备由于大多采用电子元件，集成度高，其工作状况容易受到温度影响，温度过高可能会导致一些电子元件的零点漂移，造成误发信号，或出现处理速度减慢的现象，另外，温度过高还会影响设备的使用寿命，比如综合电力监控仪的内置后备电池，若在环境温度小于50℃时，寿命是70年，温度是60℃时寿命28年，温度为70℃时寿命为11年，因此设备必须保持通风散热良好，若自然通风效果不好，则应另外采取通风措施。 
    2.4响水铺水电站对水轮机控制装置的技术改进 
    要使自动化系统达到较好的使用效果，应注意该系统与主机设备的配合，应安装适用于主机设备安全经济运行的各种简单、实用、有效的操作软件。还应使自动经系统与配套的辅助元件之间更好的配合。例如在响水铺水电站，为水轮机控制装置提供开闭水轮机进水蝶阀开关量信号的限位行程开关，当它的接点闭合时，为控制装置提供一个弱电开关量信号，当控制设备检测到这个信号后，立即发出断电指令，蝶阀电机停止工作。由于弱电信号对行程开关接点接触情况要求较高，所以该开关接点接触必须良好。否则，这个信号不能被检测到，电机会一直工作直至将蝶阀卡死同时可能烧毁蝶阀电机。电站曾一度更换过几种不同型号的行程开关，但始终不能彻底解决这一问题，最后通过技改解决了这一问题，使控制装置发挥出了最好的使用效果。 
    2.5圣佛堂水电站进一步提高发电效益的技术改进 
    张家口市赵家蓬区圣佛堂水电站根据电站实际运行的需要，2002年在前池水位仪的基础上增加了一套前池水位报警装置，前池水位溢流时红灯亮，报警器报警，运行人员马上增加负荷，前池水位过低时白灯灭，警铃响，运行人员马上降负荷，比原水位仪更可靠实用，既不浪费水量，也防止了拉空压力管道水流，减少了空气对压力管道的破坏。提高了对压力管道的保护。 
    2.6实现无人值班技术后管理上容易出现的相关问题 
    实行少人值守的运行管理模式，节约了人力资源，降低了生产成本，提高了生产效率。同时，也暴露出了许多弊端。诸如：电站自动化水平高了，职工的压力小了，管理工作一松懈，便会造成职工工作懒散，继续学习再提高技术水平的意识淡化了；另外，农村水电站运行维护人员多以本地人员为主，大多没有受过正规的专业教育和培训，无法适应复杂繁多的自动化装置运行要求，容易造成运行操作失误和因事故处理不当而造成事故扩大的现象。有些电站当出现设备故障时，电站运行人员没有能力解决，只得请设备生产厂家进行现场处理，势必影响发电生产。 
    3发展无人值班技术应注意的几个问题 
    3.1在选定无人值班控制系统结构和配置方案时要注重实效 
    对于农村水电，特别是低压机组，在选定系统结构和配置方案时一定要注重实际，简单简洁，不追求豪华高档，以节省投资。调速器采用微机调速器；400伏的机组，要采用简单的紧凑式一体化监控系统；厂内的油、水、气等设备的监控制可采用简易的继电器控制装置。 
    3.2老电站实施无人值班技术改造的建议 
    目前我省农村水电站以及其他省份实现自动化和无人值班的改造，大多数情况下仍然沿用了大中型水电站自动化设计的思维模式，其电气二次设备麻雀虽小但五脏俱全，数据采集、程序控制、励磁装置、自动同期、调速保障、多种保护等都要分别独立配置，再加上电站的辅设系统，整个改造方案下来投资很大，结构复杂，同时也给水电站运行操作与设备维护增加了难度。建议在老电站改造中，不要所有的设备都更换成微机控制设备，要根据实际情况，区别不同设备分别进行改造。例如，有些电站原有的常规励磁系统还好用，由于手动电位器调节方式满足不了电站自动化改造要求，许多电站拟更换成价格昂贵的微机励磁设备，成本增加不少。这种情况可以采用成本低廉的单片机（如P87LPC769价格只有十几元），对手动电位器进行改造，同样可以使原有的常规励磁系统满足老电站自动化改造的要求。 
    3.3积极推广无油化设备提高安全可靠性 
    “无油化”即开关设备、互感器和站用变压器采用真空开关、六氟化硫开关和干式变压器及互感器，逐步淘汰老式的多油开关和少油开关及油浸式变压器及互感器，可提高水电站安全可靠性。 
    3.4新建和改造方案要有前瞻性 
    电站无人值班设备的新技术、新成果不断出现，在做改造和新建方案时，要有一定的前瞻性，及时采用新技术、新成果，使技术方案适当超前。例如，目前电流电压互感器已经开始应用光纤数字式电力互感器，这种新型的互感器的推广使用，会使微机综合控制保护系统全面走向数字化。 
    3.5改造要全面规划总体设计 
    对老电站的改造，一定要做出整体规划、总体设计，而后分步实施。例如刚刚换了励磁系统，又安排更新调速器，到采用无人值班微机综合控制时这些装置又不能实现互相通信，前后改造设备无法配合，不仅造成资源浪费，而且延缓了无人值班技术的实施。 
    3.6在微机监控设备招标时需要强调的问题 
    在设备招标时应强调微机化管理和微机保护和软件开发的实用性、成熟性。应明确微机监控系统主要由主控原、现地控制单元LCV构成。主控层与现地单元LCU之间经通讯总线联系，具体为： 
    （1）明确主控层的配置； 
    （2）明确控制单元LCV层的控制设备及开关量的输出、输入、采集量的范围； 
    （3）明确系统功能； 
    （4）明确系统软件； 
    （5）明确系统特点； 
    （6）明确其它需明确的东西。 
    3.7对设计部门设计图纸的要求 
    设计文件和图纸。微机监控原理图及技施设计图纸应与被监控的设备的图纸符号标准相同，最好把微机监控设备制造厂家的图纸统一变为承揽电站设计的设计人员的图纸，这样安装起来可以保证不出问题。 
    3.8对监控设备制造厂家的要求 
    由于微机监控没有统一的标准，这一厂家产品和另一厂家都不一样，产品中的集成芯片又都保密，电站生产单位无法象过去的常规设备那样备品备件到处都有，说换就换，最好有一套备用的监控芯板，坏了马上可以更换，不影响电站正常发电运行。 
    4无人值班技术发展展望 
    以现有的省内外实施无人值班现代化设备电站及通过技术改造实现无人值班现代化的电站为典型，通过参观学习、总结经验、交流提高，尽快出台适合河北省农村水电实际情况的技术现代化实施计划，按《农村水电技术现代化指导意见》的要求，就已经运行但尚未到报废期的所有水电站，分别制定2010年和2015年两个不同时期的现代化改造实施方案，对农村水电和管理信息系统等进行技术改造，为实现农村水电技术现代化创造条件，以全面推广微机技术、通讯技术、信息技术、新材料、新工艺、新设备为基础，力争实现无人值班、少人值守，从而在整体上提高农村水电的技术含量和装备水平，为农村水电更好地服务于“三农”、服务于建设新农村创造良好的技术条件。