小型水电站集中监管系统

小型水电站集中监管系统

王智慧金国平

（嵊州市三溪江水利电力管理处浙江省嵊州市312471）

摘要：本文首先对一二级水电站的实际情况进行了分析，结合当前一级和二级水电站的实际现状，在原来的基础上添加了必要的设备设施，以达到以二级站厂房为梯级电站的集中控制中心的全面管理一二级水电站的目的。

关键词：小型水电站；集中监管；励磁控制

一、项目概况

一级站于2011年进行了增效扩容改造，具备了手电动调速、无刷励磁结构及微机励磁控制、机组综合控制屏等基础装备条件。而二级尽管是旧机组，但交通便利、住宿条件好，旁边还有自来水厂房（具备一些社交环境），预备在二级站建立集中监管中心，全面管理一二级水电站（一级站不再备运行值班人员）。

二、项目目标

通过在一二级站添加必要的设备，进行改造；达到如下目标：

●以二级站厂房为梯级电站（一二级电站）的集中监管中心，全面管理一二级水电站。

●一级站不再设置专门的运行操作人员，一级站机组开、关机由集中监管中心人员亲自前去手动完成，成功并网带功率发电后，开机人员就可返回集中监管中心。

●一级站在运行过程中正常的加大开度、减少开度，增励磁、减励磁等操作，都可以在二级集中监管中心完成；

●如果需要，二级站集中监管中心运行操作人员可以一键对一级站发出停机指令。

●在集中监管中心，可以观看到一级站的运行过程中重要的模拟量与状态量。

●合理的主备通信联系，具备补救措施。

●技术方案和设备装备必须支撑长期稳定的集中监管运行模式，24小时以内解决远程监管系统异常与故障，尤其是在丰水发电季节。

三、项目最终推荐方案

（1）一级站新添设备或独立运行（如励磁控制器），或具有网络接口接入本站交换机（如PLC控制器和网络摄像头）。如此方可形成主从双重监控渠道。

（2）一二级站之间以光纤形成网络100M通信，光缆沿渠道山坡侧一米之外铺设。由沿线树干或新铺设固定桩进行打扎固定。

（3）一二级站都配备了小容量UPS，供电脑、通信、测控、监控、智能装置电源用。

（4）新添励磁控制器具备外部增减励磁电流接线端子排。

（5）新添加PLC实现加大、减小开度，增减励磁电流，停机控制，采集故障报警接点。

（6）定焦摄像头就是准确对准综合控制屏及水机温度指针表。

（7）遥控摄像车仅仅由站长在手机APP上控制与图片显示。

（8）站长智能手机APP应用软件也可以完成遥控操作。

（9）在集中监控电脑上及站长手机APP运行的应用功能。

四、项目方案优化过程

4.1一二级水电站之间通讯联系

本项目点对点布局于山腰，而山道转弯弯导致两点间不可见，为此，得布设第三根高杆，这会导致成本上升和技术复杂化。因此，本项目无法选择数传电台（请注意数传电台在平原地区特别有效）。3G\4G无线宽带通信，在目前流量资费不明朗的情况下，每月流量费累加起来，对利润不是很大的小水电站而言，上缴的资费还是太高。因此3G\4G不能做为主通信渠道。但可作为备用通信每月费用控制在30元内。

光纤铺设及100M局域网网络：选择光缆（4芯），沿渠道的山边侧，最好是在山坡一米以上的树林中，选择直径30mm以上或嵌入20mm—30mm石柱，光缆离开地面半米以上。这样设计可以达成效果：靠山边侧，几乎没有人员行走（渠道上行走都会选择低坡河道侧），而光缆固定打扎于固定物半米高位置则可以避免洪水冲击（本项目山坡植被特别好，基本上可以保障20年不遇）。而低坡面挖浅沟回土预埋技术方案。其一来：浅沟开挖施工更为艰苦。二来：回土被冲洗后光缆还会露出来。三来：低坡侧往往有人在行走（至少其他项目渠道总有一侧是供人行走的），被人力破坏几率更大。选择一路光一路网络接口的100M光端网络机为核心通信装备。二级站光端机网络接口，直接连接监控电脑PC的RJ45.一级站光端机网络接口则接入本地局域网交换机。

4.2关于远程遥控调节负荷与关机

开机并网成功后，在二级集中监管中心可以对一级站进行遥控操作如加大开度、减小开度、增励磁、减励磁、乃至停机。同时，一级站重要运行状态如故障跳闸、设备异常等还要穿传输到二级集中监管中心。

以上遥控或状态量，是输入输出接点型，也就是开入开出量。一个方案是铺设1.5mm的控制电缆，形成点对点直接的闭合（手动）与状态指示灯。也就是在集中监管中心布局一个操作面板。

通过在一级站内添加一台8路开入16路开出及RJ45接口的PLC，此时，我们可以在电脑PC上，及智能手机界面上专门制作操作画面，用鼠标点击或手指触摸就完成了加大开度、减小开度、增励磁、减励磁、乃至停机等操作。

4.3智能手机监管功能

由于3G\RJ45\WIFI模块和交换机连接，进而可以与摄像头、与PLC通信，实现相应功能。同时3G\RJ45\WIFI模块又可以通过WIFI与遥控摄像车通信，随机采集图像。

4.4集中监管中心人机界面是监视器还是PC

由于摄像与控制操作同时实现，并且是通信方式实现遥控操作，因此满足图像监视与数据监控两个功能，只能是PC电脑及显示器。

4.5更换励磁控制器

现在运行的励磁控制器，由面板按纽方式实现手动增减励磁电流，不具备外部接点（也许可以通信方式软件实现增减，但太麻烦）。这次改造，选择微机型励磁控制器，包括外部增减三个外接端子排。

4.6定焦摄像头选配

本项目现场是传统的指针表测量电气模拟量，如果改造成数字显示通信接口仪表，一来添加成本，二来给系统集成带来困难。因此我们就选择了定焦摄像头对准“综合屏”与“机组温度表”。定焦摄像头安装在墙面，选择两个焦距不同的海康威视公司的产品。

五、结语

综上所述，随着电力工业技术的发展，小型水电站实现远程集中监控和“无人值班、少人值守”运行管理已经不再是一个新鲜事，国内也有部分流域大中型水电站实现了远程集中监控运行。本文提到的一二级水电站经过对基础设备、监控功能网络通讯等方面的优化和改造实现了对一二级小型水电站的全过程集中管理。梯级小水电实现集中监控和“无人值班、少人值守”，可更加优化利用人力资源，有效地降低生产运行成本，是小水电群运行值班模式的一种发展趋势。

参考文献：

[1]徐信.小水电的监管及优化运行研究[D].南昌大学，2016.

[2]蔡宗根.小水电站的安全管理策略探究[J].中国新技术新产品，2016（23）：179-180.

[3]杨继兴.浅谈现代小型水电站梯级集中控制与区域集中控制[J].数字化用户，2017，23（46）.