水电站“无人值班”的探讨--卢

水电站“无人值班”的探讨
水电站“完全无人值班”的提
出
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大量实现了无人值班，但由于我国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、中型水电站和流域开发的中小型水电站群采用计算机监控技术来实现水电站的“无人值班”条件完全成熟。

目前“少人值班”已在我国的水电站得到广泛的应用。

目前，由于计算机监控技术和水电站各种配套设备
性能质量不断进步，质量不断提高，人们的观念和管理水平不断的进步，为水电站“无人值班”的实现提供了良好的条件。

为了适应电力工业发展的需要，提高设备安全运行和自动化水平，改变我国电厂管理用人多、效率低的落后局面，水电站实现“完全无人值班”是改革的必由之
水电站值班方式的发展过程
水电站值班方式，大致发展过程如下：
1、一阶段：“水机、电气各设多名值班员”；
2、二阶段：“取消水机值班员，实现电气一
体化多人值班”；
3、三阶段：“实现水电站综合自动化，１
人值班，少人值守”；
4、四阶段：实现“完全无人值班”；
其中三阶段是非常重要的一个发展阶段。

为水电站“完全无人值班”积累了宝贵的经验。

水电站“完全无人值班”实现的瓶
颈
目前还很少有自动化水电站真正实现了“完全无人值班”。

究其原因，关键之一在于实现无人值班缺乏大量的实践支持，也缺乏操作性、缺乏适用性强的规则与管理制度。

其次，要达到水电站“完全无人值班”，对
水电站的一次设备和二次设备应该有明确的要求。

另外，“完全无人值班”水电站的管理制度也要有相应的改革。

最后，水电站实现“完全无人值班”后，减少了人员，增加了效益，对人员的素质有更高的要求。

水电站“完全无人值班”的几种形式
水电站“完全无人值班”有三种形式：1、梯级水电站全部实现“完全无人值班”，将各水电站连成网络，将调度监控中心设置在远离水电站的城镇。

2、单座水电站实现“完全无人值班”，将监控中心设置在远距离的县城。

3、小小水电站实现“完全无人值班”，没有设置远距离的监控中心，利用GPRS网用手机实现水电站的自动控制。

水电站实现“完全无人值班”的条件
水电站要实现“完全无人值班”，应该具备下列四个条件：
1、性能优良的一次设备；
2、合理设计的二次设备；
3、相应配套的管理制度；
4、普遍提高的人员素质。

上述四个条件是一个总体提法。

对不同电压等级、不同容量的水电站，具体作法是有差别的。

一次设备应是二类设备以上标准
水轮机、发电机、主变压器、断路器以及高压配电装置等设备，评级应不低于部颁标准中二类设备。

最好都是一类设备。

一次设备的定级分类
1、一类设备：是指经过预试及运行鉴定，技术状况良好，技术档案资料齐全，能达到铭牌出力确保安全、经济、可靠供电的完好设备。

2、二类设备：个别次要部件或次要试验结果不合格，但暂时尚不致影响安全运行，或影响小，外观尚可，主要技术资料具备，且基本符合实际者，或检修和预防性试验超过周期，但不超过半年者。

3、三类设备：是指有重大缺陷，不能保证安全运行或出力降低、效率很差、三漏严重，外观很不整洁；主要技术资料残缺不全，或检修和预防性试验超过一个周期和半年仍未修试者；上级规定的防止重大事故的措施未完成者。

每种设备都定有分类的标准。

例如：断路器的分类
1、一类设备
1.1 按照规定定期进行检修试验，并符合规程要求。

1.2 各项参数满足实际运行需要，无过热现象。

1.3 部件完整、零件齐全、瓷件无损、接地良好。

1.4操作机构灵活，无卡涩现象。

1.5 油位、气压、油色正常。

1.6 无渗油、漏气现象。

1.7 断路器整洁，油漆完整，标志正确清楚。

1.8 资料齐全、正确，与实际相符。

2、二类设备
2.1 能达到一类设备1－5条标准的。

2.2 有轻微渗油、漏气。

2.3 油质呈微酸性。

3、三类设备
3.1达不到二类标准的设备。

双跳闸线圈的断路器
根据水电站的电压等级和容量，在重要
的设备处，配置双跳闸线圈的断路器。

例如：
1、大型水电站均应配置双跳闸线圈的断路器；
2、中型水电站可在变压器、馈出线等处配置双跳闸线圈的断路器；
3、小型水电站可在出口馈线配置双跳闸线圈的断路器；
机组引水系统设备
机组的进水阀、快速闸门、事故闸门等采用PLC自动控制，无论是一次设备或是控制系统均应能可靠工作，确保机组、输水管道及建筑物的安全。

用PLC与上位机通讯，并将信息传送到调度中心。

厂用电系统
（1）厂用电源系统应完善可靠，有必要的备用。

应该有二台厂用电变压器，一台由系统供电，一台由本站供电。

（2）应有完善可靠的备用电源自动投入装置，双电源应互为备用，保证电源消失及设备故障时自动投入备用电源。

（3）厂用电应该有电量数据及状态信号
输入上位机系统。

两路进线
互为备投
两路进线
互为备投
调速器及其系统
（1）应采用微机调速器，调速器应能稳定运行，性能满足标准规定的要求，年平均无故障时间达8670小时以上。

（2）调速器故障时应有自动停机功能。

（3）压油装置应可靠工作。

如补气频繁的应有自动补气装置。

尽量采用16MPa以上油压的调速器；
（4）漏油装置应有足够的容量和工作可靠。

（5）与上位机的通讯功能应良好。

励磁系统
（1）采用双通道自并励的微机励磁系统；
（2）励磁系统应能稳定运行，性能满足标准规定的要求，年强迫退出比应不大于0.1％；
（3）静止励磁的可控硅功率柜及其风扇故障需要有自动控制功能（例如：风压监测、风机缺相运行等），有限制无
功功率和系统故障自动停机功能；
（4）灭磁系统运行正常；
（5）采用环氧浇注变压器或干式变压器。

（6）与上位机的通讯功能良好。

完全无人值班水电站对计算机网络的要求•◆完全无人值班水电站应以“安全运行、可靠控制”为第一重要原则，因此，在关键部分均采用双重冗余设计；•◆计算机监控系统采用分层分布开放式结构，满足于业主要求的安全可靠、经济实用、技术先进、功能齐全和便于扩充等基本原则。

•◆可编程控制器PLC采用双CPU、双电源、双通讯模块的配置；
•◆通讯通道采用双网结构（或环行网络结构），为可靠起见，应架设两根单模光缆，不采用一根光缆中用不同光纤的结构；
•◆系统设计采用最新的计算机硬件、软件及网络技术，按全计算机监控、微机保护进行总体设计及系统配置，计算机监控、保护系统能够满足自动控制和安全自动化要求，保证电站运行管理达到真正的“无人值班”；
•◆系统设计符合计算机技术发展的特点，采用模块化、结构化设计，便于硬件设备的扩充及系统规模的扩展；•◆监控系统与励磁、调速器、电子式电度表、直流系统
完全无人值班水电站网络结构图计算机网络是双重配置的。

远方监控中心网络结构图
相当于将水电站的监控系
统搬到了远方的监控中心。

单座完全无人值班水电站网络示意图采用两根光缆的双通讯通道。

完全无人值班梯级水电站双通道网络示意图双通道的梯级
开发水电站
无人值班梯级水电站环行网络示意图环行网的梯级
开发水电站
小小型水电站无人值班网络图
GPRS网络
许多小小型水电站可以
利用移动电信的GPRS技术
对水电站进行控制。

也就是用手机进行监测
与控制。

也可利用中国联通现
有的CDMA1X网络。

通讯光纤的选择
光纤作为通道介质,具有不怕超高压与雷
电电磁干扰、对电场绝缘、传输信息稳定可靠、传输容量大、频带宽、衰耗低和资源丰富等优点。

但是，架设光纤是个艰巨的工程，维护工作量也较大。

按光在光纤中的传输模式,光纤可分为单
模光纤和多模光纤。

多模光纤的传输距离只有5公里左右。

单模光纤的中心玻璃芯很细,只能
传一种模式的光,因此,其模间色散很小,适用于
远程传输, 单模光纤传输距离可达100公里。

目前电力光纤网络使用的光缆主要有三种:普通非金属光缆、自承式光缆和架空地线复合光缆。

以太网交换机和光端机
1、以太网交换机应选用10M/100M/1000M自适应设备，应选用优质品牌产品，如美国思科、德国赫斯曼等产品。

应根据水电站设备的数量选择通讯口的数量，一般有8、16、24、32口等规格；
2、光端机是用来远距离传送信息的，除了考虑产品性能良好，主要考虑其通讯距离；目前，距离超过100公里时，价格很贵。

3、尽量选择新产品，要考虑产品的兼容性。

老产品容易淘汰停产，使工程陷入困境。

可编程控制器PLC的选择
1、要完全无人值班水电站控制可靠，核心的设备是可编程控制器PLC，应选择国际知名品牌，如：日本OMRON，美国GE、法国施耐德等品牌；
2、要选择冗余设计的PLC产品，这些产品一般都是双CPU、双电源、双以太网通讯口设计；
3、小小型水电站可用普通的非冗余设计的PLC既可。

日本OMRON的CS1D
CS1D是一种冗余设计的PLC，它有双CPU、双电源模块，双以太网通讯模块。

双CPU的冗余控制是一种满足连续生产要求、提高系统可用性的有效手段
CPU单元工作速度比OMRON以前的PLC提高了2.5倍。

可控制多至5,120个I/O点。

一般单机容量在5万kW以下的机组均能采用。

CS1D可在系统带电运行中,更换CPU、电源及通信单元；基本和特殊I/O单元也可进行更换。

美国的GE RX3i 与RX7i 1、RX3i ：CPU的工作速度
为300MHz，I/O点数为
32K；
2、RX7i ：CPU的工作速度
为300MHz或700MHz，
I/O点数为32K；
3、均可组成双CPU、双电
源、双以太网通讯口工作。

法国施耐德的PLC
1、冗余配置的PLC采用CPU 671 60 ；
2、CPU执行速度：0.045μS；
3、I / O 点数：31744 。

保护装置的双重配置
1、单机容量在10000kW以上的机组，各种保护装
置应考虑采用双重配置；
2、采用双跳闸线圈断路器的地方，应采用双重保
护装置；
3、单机容量在10000kW以下
的机组，由于变压器、发电机
均是配置了差动保护、后备保
护、失磁保护等多套保护装置，
可以不再配置双重保护，但连
接电网的出口断路器，建议采
用双重保护配置。

微机自动准同期装置的配置
1、每个同期点应单独配置微机自动准同期装置，不采用多个同期点共用一台微机准同期装置的设计；
2、中大型机组可以考虑每个同期点采用2台微机同期装置并行工作；
3、仍需配置手动同期装置，用于调试或手动同期并网之用，推荐采用电子式同期表。

机组控制及公用辅助设备系统机组自动控制采用PLC技术，能接受远方调度命令进行开机、升速、同期并网、自动调节有功功率与无功功率（AGC与AVC调节）、自动减载减速、自动停机、事故自动处理等功能。

对机组推力减载油泵、机组技术供水泵、水轮机顶盖排水泵、全厂技术供水系统、润滑油系统、高低压空气压缩机等都应有必要的备用，系统应能自动运行，出现异常情况时有报警信号。

机组顶盖排水系统，尚应有危险水位输出可进行停机。

双以太网
工业视频监视系统水电站
无人值班时，
应配置工业视
频监视系统。

计算机自动巡检系统
水电站实现无人值班后，应进行计算机自动
巡检。

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。

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。

应定出管理制度，定期对设备进行巡检。

计算机自动巡检系统的功能补充一张图。

巡检人员在巡查设备状态
巡检人员手持“掌上数据采集终端”在巡查设备状
计算机在线检测系统－－PSTA系统中大型机组应该配置计算机在线监测系统。

监测对象是机组的振动、摆动、压力及压力脉动、涡壳差压、定转子之间气隙和机组有功、无功等工况参数。

计算机在线检测PSTA系统的功能包括：
①控制过程、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，即状态突变的监测；
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。

PSTA系列机组状态监测系统
ON-Call系统
（及时呼唤系统）
On -Call系统是近年来人们逐渐发展起来的技术，它与计算机监控系统相结合，利用无线寻呼技术（电信发短信）、将生产运行信息（主要是事故报警）远传到相关人员的手机上，从而克服了传输生产运行信息的时空限制，给变电站、水电站的“无人值班”、安全生产，提供了有力的保证。

ON-Call系统
自动消防系统
自动消防系统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，其它可安装了烟感式、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。

水消防系统的雨淋阀和电动阀特别应采用优质产品，以免引起误动和拒动，造成重大损失。

直流电源系统的配置直流电源系统是水电站安全生产的
保证，是断路器操作电源、微机保护装
置的工作电源、PLC及出口继电器的工
作电源，安全照明的动力电源。

因此，
是极为重要的设备。

一般中大型水电站应配置双系统的
直流电源，互为备用，自动投切。

由于目前的高频开关式直流电源的
充电模块都采用了N＋1的冗余设计，
容量较小的水电站也可只采用一套直流
电源系统。

但应考虑增加直流出线回路
的“微机绝缘监测仪”和“电池状态巡
检仪”。

直流电源的接线原理图－1
直流电源的接线原理图－2
直流馈线绝缘监测仪自动检测每路直
流馈线的绝缘电阻，
低于设定值时报警，
并通过RS485通讯
口传送到上位机。

最多可检测48
路直流馈线。

电池自动巡检仪自动检测每一节电
池电压，通过RS485
通讯口，将电池电压
传送到上位机。

某节电池电压过低
超标，将发出报警信
号。

自动调压硅链用硅二极管片来组成
硅链，利用每个二极管
PN结降压0.7V的性能，
将电池电压降到220V。

采用继电器自动调
节降压的高低，将控母
自动控制在220V。

UPS的配置
UPS应双重配置，有足够的容量，交流停电时，UPS应有2小时以上的放电时间，以供维护人员检修设备。

并且，
两台UPS要用不同的电源进线连接，不要用一个电源的电缆。

电源A电源B
UPS
水电站的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。

各种传感器应优先采用4 ～20ma 输出的信号。

应采用目前市场上最先进的、优质的自动化元件，以保证运行的可靠性。

否则，将引起无限的麻烦！
计算机监控系统的接地要求根据国家标准
GB/T17949.1-2000，目前对
电站的接地电阻的要求为：
0.05 ~ 0.5 Ω 。

如果，电站的接地电阻能
达到这个要求，则计算机的弱
电系统可以与电网一点接地。

如果不能达到此要求，计
算机的弱电系统应单独设置独
立接地，其接地电阻应小于4
Ω。

否则，容易产生强电对弱
电的干扰。

结果会引起误动或
误发信号。