小型水电站自动化无人值守运行的应用分析

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　　摘  要：我国水利资源较为丰富且分布广泛，在许多河流上都建有小型水电站，为我国电力能源的稳定供给提供了有力的支撑作用。然而，很多小水电站地处偏远，交通闭塞，造成电站的运维管理成本较高，管理水平相对较低。该文依据我国小型水电站运行过程中面临的实际需求，阐明了自动化无人值守系统在小型水电站运行管理中的作用和价值，并深入分析了自动化无人值守系统的功能要求和关键技术，希望为我国小型水力发电运行管理部门提供一定的参考思路。
　　关键词：小型水电站;自动化;无人值守
　　中图分类号：TV736                    文献标志码：A
　　使用自动化无人值守系统能够有效解决问题，提升小型水电站运行效率，降低运行管理成本，具有很强的现实意义。
　　1 自动化无人值守在小型水电站运行中的作用和价值
　　1.1 提升设备可靠性
　　大多数小型水电站的运行维护人员专业水平不高，导致水电站运行可靠性低，无法及时发现设备隐患，人工运行时误操作较多，降低了水电站的运行效率。水电站使用自动化无人值守系统后，可以通过各种自动化控制设备对水电系统进行快速、准确地检测、控制和报警，既能防止异常工况发展成事故，又能保护事故中的设备不受更严重的损坏，从而提高电站的安全运行水平。另一方面，通过自动控制设备来完成小型水电站的运行和控制，不仅可以有效降低运行人员误操作的可能性，从而减少由于人为因素引发事故的可能性，而且可以缩短系统控制时间，特别是在水电站设备出现紧急故障时，自动化系统能根据故障信息进行快速处置，及时防止更严重的事故发生。
　　1.2 提升发电效率和电能质量
　　近年来，我国电网对发电设备上网质量要求不断提升，要求水电站上网电压波形偏移不能超过额定电压的5%，上网频率偏差低于0.5 Hz，这对水电站的控制精度具有较高的要求，此外，还有一些小型水电站水头并不稳定，为了提高水轮机利用效率，采用变速运行策略，这要求控制系统具有较高的实时性，这些现实需求如果利用传统的人工控制无论是在控制精度还是在响应时间上都难以满足要求，因此，必须利用具有高响应速度、高控制精度的自动化无人值守系统对水电站设备进行快速调节，这样才能满足水电站的运行需求，进而提高发电效率和上网电能质量。
　　1.3 提升经济性
　　小型水电站采用自动化无人值守系统后，首先能够根据电站分配的负荷情况快速调节有功输出，并可以自动选择开机运行机组的台数，有效减少机组不必要的磨损，降低设备维护费用。其次是能够实现梯级水电站的合理优化调度，充分利用水力资源，有效避免对水资源的浪费。最后，自动化无人值守的运用有助于实现电厂的经济运行任务，尤其是一些有调节能力的水电站，自动控制系统的应用不仅可以预测和计算水库的涌水量，还可以综合水头、流量、网侧负载等重要参数，实现经济化运行策略自动控制，进而有效提高了水电站设备运行的经济性。最后，自动化无人值守系统运用后，减少了水电站运行中大量的人工操作，让运行维护任务更加方便快捷，可以减少运行维护人员数量，实现人力成本的有效节约。
　　1.4 促进信息化管理发展
　　当前，企业的信息化管理正在高速发展且日渐成熟，对于发电企业来说，要想实现水电站现场设备的信息化管理，首先必须构建完善的自动化无人值守系统，利用自动化系统，可以将水电站的实际运行情况转化为电子数据信息，再通过网络传输到发电企业上级管理单位，实现多层次全方位的远程信息化管理，从而提升发电企业的生产经营管理效率，促进企业经济效益的提升。
　　2 小型水电站自动化无人值守系统功能需求
　　2.1 信号采集和处理功能
　　在小型水电站自动化无人值守系统中，需要采集水电站各个系统的状态信号和各传感器的输入信号，如环境温湿度信号、调速器信号、发电机转速信号，输出功率反馈信号，发电机温度信号、发电机输出的三相电流、电网频率、发电机功率因数等，这些模拟信号和数字信号经过信号采集卡进入自动化系统控制器，控制器需要对信号进行滤波、选择、运算等处理，为水电系统的自动化控制提供输入数据依据。
　　2.2 自动调节功能
　　水电自动化无人值守系统需要实现机组的一键启动、停机功能，在启停机过程中对并网、离网开关进行自动控制，在自动化运行过程中需要对水轮机转速、对发电机励磁、对发电有功负荷等重要参数进行自动调节，并需要根据电网情况进行无功控制和功率因数调节等操作。
　　2.3 告警和故障保护功能
　　自動化系统需要具有告警和快速的故障保护功能，并能对故障信息进行记录，还需要具备故障录波功能，以供电站技术服务和运行维护人员查询。
　　2.4 人机交互功能
　　小型水电自动化无人值守系统虽然能够自动控制水电站主要设备的运行，但依然需要提供完善的人机交互接口，运行人员可以在人机界面上监控机组全部运行数据，在一些特殊工况，可以采用手动控制方式控制水电站设备运行。
　　3 小型水电站自动化无人值守系统关键技术分析
　　3.1 现场总线通信技术
　　对于实现标准通信协议的仪器或智能设备，控制器使用相同的协议进行通信，完成智能仪器的数据采集。对于使用非标准或自由协议的设备，控制器可以通过自由端口通信技术与其通信。通过控制器强大的数据采集功能，实现各种智能仪表的数据上传。控制器采集数据后，通过控制器内的逻辑程序与计算机监控系统进行通信。在通信过程中，计算机监控系统严格按照控制器所能支持的协议与控制器进行通信。例如，西门子S7-200系列控制器可以根据Modbus RTU协议向自动化无人值守监控系统上传设备数据信息，而倍福、巴合曼等控制器可以通过TCP/IP协议和计算机监控系统进行数据交互，控制器与自动化无人值守监控系统上位机的数据传输可通过星型或环形网络进行传输，对于距离较长的数据传输（超过200 m以上的距离），可以采用光纤网络进行数据传输。
　　3.2 远端监控技术
　　远端计算机监控技术是小水电站无人值守自动化系统的核心。小水电站机组及其他公用辅助设备的自动启停，可采用计算机自动保护装置、计算机自动励磁装置、计算机自动调速装置等自动化元件对全站进行控制和监视，并可对负荷进行控制和监视。同时可以对整条输电线的调节、分配甚至运行进行自动控制。完善可靠的计算机监控系统能有效地完成机组和主要设备的运行控制，提高电厂的运行管理水平。计算机远端监控系统通常采用冗余的双网结构，即上位监控系统和下位机控制设备之间采用双以太网线路进行数据交换和控制指令的下发，进而保证小型水电站的安全稳定运行。
　　3.3 数据挖掘技术
　　近年来，大数据技术在工业生产领域正在广泛应用，对于小型水电站自动化无人值守系统而言，也应该充分利用数据挖掘技术，在长期的水电站运行过程中，积累了大量的历史运行数据和故障记录，自动化系统应对这些历史数据进行全面的分析和深入的挖掘，根据数据分析结果来不断优化自动化无人值守系统的控制策略和软件算法，从而进一步提升小型水电站系统的运行效率和稳定性。
　　4 结语
　　综上所述，在小型水电站运行管理中，采用自动化无人值守系统能够有效提高水电站的发电效率和设备可靠性，并提升电站的经济效益。未来，随着水利资源得到更加充分的开发和利用，自动化无人值守系统将会得到更广泛的运用，为我国能源结构调整提供更大的助力作用。
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