江垭水电站无人值班的改革与实践

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摘 要：本文从电站的运行实际出发主要介绍了电站自动化设备的配置，自动化没备在运行实践中出现的一些问题及其解决办法

　　关键词：水电站 无人值班

　　1、引言

　　早在二十世纪六十年代我国就开始提出提高水电站的自动化水平逐步实现水电站的少人值守，然后过渡到无人值班。尽管国外己经在水电站和变电站大量实现了少人值守和无人值班，但由于当时的自动化技术不高和对我国人口众多须解决就业问题等历史现实，在当时对水电站无人值班还是一个颇有争议的间题。

　　直到二十世纪九十年代，随着改革开放的不断深入，计算机技术及其应用的不断发展，在我国水电站特别是大、中和流域开发的中小型水电站群采用计算机监控技术等技术来实现水电站的无人值班条件完全成熟。目前无人值班（少人值守）已在我国的水电站得到广泛的应用。

　　2、江垭水电站的基本情况

　　江垭水利枢纽工程位于澧水流域一级支流溇水，是一座以防洪为主的大型水利工程，是一座完全年调节的水库。它1994年开始动工，2001年1月工程通过国家建设部和水利部组织的验收。

　　江垭水电站为枢纽工程的一部分，装有三台10万千瓦的发电机组，采用发变组接线方式三回220KV线路分别送常德市的500KV枢纽变电站岗市变电站、津市市变电站和张家界市的胡家坪变电站，一条110KV线路与江垭水电站的反调节电站—关门岩水电站连接，将关门岩水电站的电能送入主网。江垭水电站在系统中主要作用是调频和事故备用。整个枢纽工程的管理人员在开始建设时定编为600人，经过300人、150人，目前为60人的编制。主要负责水电站的运行、水库防洪及调度、水库管理和水事执法。

　　3、水电站无人值班的保障系统

　　要实现水电站无人值班（少人值守）必须具有下面几个完善、可靠的保障系统。

　　3.1 人员的高素质是实现水电站无人值班（少人值守〕的首要条件

　　电站1995年筹建开始时，我们就按照坚持少而精、素质高、事业心强、敢于负责；具有与其工作相适应的文化程度；做到一工多艺、一专多能的原则，招聘和培养员工。首先是从大、中专学校招聘学生，1996、97年分别招聘了大、中专生，然后将他们送到常规控制的水电站和自动化程度较高的水电站进行运行、检修培训。经过两年多的培训，1999年顺利完成接机任务。

　　3.2 我站自动化设备的配置及改造

　　实现水电站无人值班，那么水电站应有“可靠、自动的控制系统，完善的保护系统和可靠的电源，能在最不利的惰况下保证发电机组的断路器跳开、运行的机组正常停运，导叶前的进水阀或快速闸门关闭。”怎样才能算完善、可靠呢，因为我国至今还没有制定一部完整的有关无人值班（少人值守）的规范性文件或标准，也就只有通过设计和运行实践的不断总结、完善来实现无人值班。

　　（1）计算机监控系统

　　计算机监控系统是水电站自动化的核心。完善、可靠的计算机监控系统能有效地完成对机组和主设备的各项操作和控制，提高电站的运行管理水平。我站计算机监控系统采用的是双重配置，也就是将上位机、前置机和下位机RTU采用严格要求的双重配置。运行中他们能自动切换，保证机组安全可靠运行。

　　①对输入计算机监控系统的所有模拟量、数字量进行快速巡查，实现越限报警、事故顺序记录。

　　②实现对机组的起、停和各种工况转换的控制，监视和操作。

　　③实现对机组的有功功率和电压的调节。

　　④对电站的机组、变压器、开关等各种设备的异常情况迅速传递到控制中心或调度中心并报警，同时能实现事故停机。

　　⑤自动平稳切换和有效、方便的人机联系。

　　⑥与控制中心计算机系统实现遥控、遥调、遥讯、遥测功能。

　　运行中发现，计算机监控系统还存在下列问题：不能与中心调度所实现遥控、遥调、遥迅、遥测功能；ACC，AVC 不能投入等。针对这些问题，我们和制造厂家一起通过采用分部处理技术和冗余技术，对LCU参数配置重新定义，井进行了程序修改、变动接线、现场和远方试验。现在我站实现了电站与中调在远方的所有操作，完成遥控、遥调、遥讯、遥测功能和AGC，AVC可靠投入运行的电站，也满足了计算机监控系统开机不成功自动返回停机状态的工况。

　　（2）继电保护装置的双重配置

　　220KV、1lOKV出线的继电保护均采用了微机双重配置，在每一套微机配置中的主保护或后备保护又由单独的CPU控制。发电机、变压器组保护的每一个主保护采用一个CPU控制，一个出口回路的方式，在设计和配置上保证了保护在任何情况下都能可靠动作。自投运以来电站的各种主保护运行一直是正常的。

　　（3）励磁系统的双重配置

　　我站励磁系统采用ABB公司的双微机可控硅励磁装置，它有“微机1”、“微机2”和“手动”三种工作方式。每个微机调节器有两种运行方式，即：恒转子电压运行方式（AVR）和恒转子电流运行方式（FCR）。正常情况下为恒转子电压运行方式（AVR），只有在电压采集系统失压时，计算机自动将调节器运行方式由AVR方式切自FCR方式运行。当一台微机发生故障时，装置自动切换至另一微机运行。这套装置投运以来，除二号发电机组的励磁装置微机发生一次故障以外，一直运行良好，在任何失压的情况下都能保证机组可靠运行。

　　（4）计算机自动巡检系统

　　水电站实现无人值班，在自动装置能及时、准确地提供各种运行信息外，还要保证在正常情况下定期对设备的巡视检查。2000年我们通过招标采用艾因泰克公司提供的计算机自动巡检系统，系统包括工作计算机和手持计算机两部分，工作计算机与电站MIS系统连接。电气和水工巡检人员巡检时必须按照规定的路线、设备进行，利用手持机与设备上的计算机条形码进行对话，当发现设备缺陷在现场直接输入手持机，巡检完毕后，将手持机与工作计算机连接后，巡检信息进入工作计算机并自动形成表格和缺陷纪录。表格和缺陷纪录分级别查看与审阅，只有在经过值长审阅，检修维护人员将缺陷消除或确认后才形成统计表格。目前我站计算机自动巡检系统具备巡检管理、缺陷管理，检修管理和维护管理四大功能。

　　（5）计算机在线检测系统一PSTA系统

　　我站在线检测装置在电站投产时一直处于瘫痪状态，很不适应电站少人职守〔无人值班）的需要，2004年开始进行改造，去年全部完成，目前运行良好。该系统由数据服务器、WEB服务器。下位机柜、数据采集和处理系统的相关硬件与软件等组成，在线检测系统的监测对象是机组的振动、摆动、压力及脉动。涡壳差压、定转子间气隙和机组有功、无功等工况参数。系统的功能包括：

　　①过滤过程、稳定过程、故障数据、工况参数发生变化时等各种数据记录。

　　②机组状态变化的检查即状态突变的发现。

　　③故障和缺陷的分析与判断。

　　④机组性能分析。对机组甩负荷、变励磁、变负荷、变转速和导叶摩擦力矩试验，相对、绝对效率试验等的分析。

　　⑤机组的精细检修。通过大量的现场数据和一些精确调整，可以找到机组的最优运行工况或明显改善机组的运行状况，有效延长机组运行寿命，降低事故率。⑥检修效果的评价和网络化远程诊断。

　　⑦指导电站机组的优化运行。

　　⑧状态报告的定期制作。在线检测的各项信息和曲线通过电站的MIS系统传输与分析使用。

　　（6）水电站群控制中心的通讯接口方式

　　目前在水电站的设计、运行中与上级调度中心的通讯接口方式通常采用RTU方式或通讯工作站方式。RTU方式一般采用高压出线保护装置的信号接点，这样要满足计算机监控系统和AGC、AVC的运行要求，因保护装置的信号接点引出量不够而需要扩张，在现场就有一定的困难，而目可靠性不够。所以推荐在实现无人值班的中、小水电站群的控制中心采用通讯工作站方式。在设计或改造设计前提出按照规约由计算机监控系统开发商开发转换软件，这种方式就可以保证水电站群或单个水电站的控制的灵活性。

　　（7）直流电源系统

　　传统的直流系统方式现在己无法满足水电站的自动化设备和无人值班的要求。我站在直流系统考虑了两套220伏直流蓄电池系统、两套24伏直流蓄电池系统和两套硅整流供电直流系统。正常情况下，一套硅整流供电直流系统在向保护、自动装置等提供操作电源的同时，还向220伏、24伏蓄电池进行浮充电，当交流电失电或冲击负荷时监控系统自动投入一组直流电池系统，当运行中的直流供电装置发生故障或进行操作时，监控装置自动切换到另一套直流供电系统供电。双重配置的UPS电源系统，两条独立的电缆各自向一台UPS供电，它主要是为监控系统提供电源，两套电源可自动切换。在投产后的检修中发现发电机保护的操作电源是单电源供电方式，一经操作保护装置的电源全部中断，后我们将直流系统供电方式改造为双电缆供电方式，满足了在任何情况下都能可靠供电。直流电源系统的双重配置和双电缆供电方式保证了供电的可靠性。

　　（8）消防系统

　　如何实现消防系统的自动化操作与控制一直是水电站真正实现无人值班的一大难题。我站配备的是计算机集中控制灭火装置，它有报警系统和火灾联动系统两部分组成，在中控室与计算机室采用的是气体灭火装置，其它则安装了烟感式、缆式报警装置和水消防装置。当发生火灾时火灾联动系统迅速关闭火灾现场的风道。在报警的同时并启动灭火系统灭火。但在实际运行中也暴露了以下几个问题：一是烟感式或缆式火灾报警系统的误报：二是水消防系统的雨淋阀和电动阀的误动、拒动。针对上述问题我们将烟感式和缆式火灾报警系统承包给厂家进行维护，雨淋阀和电动阀进行改造，目前运行良好。不过从根本上还没有解决消防系统的自动化问题。

　　（9）基础自动化元件

　　水电站的基础自动化元件是指各种类型的电量、非电量传感器、反映设备状态的行程开关、辅助接点，执行命令的电磁阀、伺服电机、各种开关操作机构和独立的调节装置、自动装置等。通过它们将生产现场的各种数据、状态、信息输入计算机，然后由计算机将各种命令作用于被控制设备。

　　我站在运行初期，这部分是最伤脑筋的事，也是出现问题最多的部分。我们投入近百万元资金对所有的电磁阀、水位、油位计、水系统的所有控制阀门、排水系统的调节装置进行了更换，采用目前市场上最先进的自动化元件，保证了运行的可靠性。

　　（10）电视监控系统

　　无人值班的水电站要时刻了解现场和设备外部情况，电视监控系统是必不可少的。传统的工业电视监控系统可以做到对周围的环境进行监控，但随着计算机多媒体技术的发展，可以将传统的工业电视监控系统改造成计算机多媒体电视监控系统，将计算机多媒体电视监控系统、在线检测系统和消防报警系统等构成一套计算机多媒体电视遥控系统。

　　（11）泄洪闸门的控制

　　我站目前采用的是远方集中控制方式，由集控室对三孔中孔闸门和四孔表控闸门进行计算机操作。为了集中和减少人员，我们对泄洪闸门的操作进行了改造与试验，通过监控系统将泄洪闸门的操作与电站机组的操作集中在同一控制室进行和模拟在公司总部操作已获得成功，实验效果良好。

　　3.3 可靠的通讯系统

　　无人值班的水电站在管理模式上与常规控制的水电站有很大的不同，每一个电站的人员不论值班还是在休假都必须处在随时召唤伏态，电站发生任何需要立即处理的事件应迅速到达现场参加事故处理。所以，可靠的通讯系统是保证电站安全运行的重要手段。为了做到这点，我站共配置了四套通讯系统，即：微波通讯系统、载波通讯系统、移动通讯系统和固定电话通讯系统。微波和载波通讯系统主要用来与调度部门的联系，电量、水情，保护信息传输以及调度部门、防汛指挥部门实现遥控、遥调、遥信、遥测等，针对地下厂房的特点，由我们投资，移动电话公司协建的移动通讯系统和固定电话通讯系统用于对电站员工的随时召唤，员工在得到召唤的信息后立即返回电站，接受工作安排，使得每一位工作人员能很快地投入工作。运行实践告诉我们，这是不够的。通过人工进行呼唤，有一定的时间误差，建议采用自动电话报警系统。将自动电话报警系统与电站的监控装置的报警系统连接，当电站发生故障时立即自动向每一个电站运行维护人员发出告警，通知立即到达现场处理事敌。

　　4、几个问题的思考

　　水电站无人值班在满足了站内机电设备可靠并有完善可靠的监控系统、保护装置、励磁系统和其他自动化装置外，下列几个问题也是值得思考的。

　　4.1 安全考核问题 规程和有关考核办法规定，在电站发生故障时必须在多长时间内恢复送电或开出机组。那么，当无人值班的水电站，机组或设备发生故障，电站自动化设备将按照设计所要求的程序将故障设备切除，有时就会发生对外少送电。因为无人值班，设备的恢复时间也相应的长一些。所有这一些在规程上都没有明确规定，调度部门和电站主管部门对电站的安全考核就有一些不协调的地方。怎样协调安全考核或修改有关规程是值得研究的。

　　4.2 无人值班水电站的安全问题

　　（1）监控中心的操作监护。规程规定运行操作必须有二人进行，一人操作，一人负责监护。其实，按照现在的计算机智能水平足以保证不发生误操作，“五防”功能和多次“确认”机会提供了保证。在无人值班的水电站是否可以允许单人操作也应该提出研究。

　　（2）防火、防盗问题。尽管有了烟感、温感和防盗报警系统、工业电视系统，但还是有一些不可避免的事件发生，如果不能及时处理，损失也是很大的。

　　（3）水电站发生重大事故的处理。在电站一些如水淹厂房、设备爆炸等的突发事件，这些事故是无法预计的，一且发生事故，如果没有及时处理，事故就有可能扩大，这也是一项研究的问题。

　　实现水电站无人值班是一个相当复杂的过程，计算机技术和自动化技术的发展为实现水电站无人值班提供了可靠的技术保障，但必须有较高的人员技术素质、思想素质、工作自觉性以及完善的组织措施和规章制度作保证，否则，再高的自动化水平也是无法实现水电站无人值班。