九宫梯级水电站调度智能化改造实践

孙德怀

（通山县水利局，437600）

1 九宫梯级水电站概况

湖北省通山县九宫梯级水电站座落在幕埠山脉主峰九宫山北麓，水头总落差1056m，由3座水库8级电站构成，始建于上世纪代70年代末80年代初，总装机5505kW，设计年均发电量1400多万kW·h 。建成以来，累计发电 5.5亿kW·h，发电收入超1亿元，上缴税收2276万元，产生了较大的经济效益和社会效益。九宫梯级水电站一级站龙头水库造就了我国第三大高山湖泊——云中湖，库容125.4万m3，海拨高程1220m，是国家4A级风景名胜区九宫山的标识性景观，促进了九宫山旅游资源的开发，而且梯级电站的发电尾水可灌溉农田1930亩，造福了当地群众。

因受当时资金投入、设计、施工和设备制造等方面的制约，九宫梯级水电站存在设计标准偏低，施工质量不高，发电设备不配套、不完善等问题，加之后期运营过程中无力改造升级，能效逐年衰减。梯级电站多数是七十年代的设备，电气设备严重老化，水轮机转轮磨损和汽蚀严重，整体设备完好率低下，安全隐患突出，水能资源利用率逐年降低，本次改造前发电量仅为1000余万kW·h。2011年，在水利部、财政部和湖北省水利厅、财政厅的关心支持下，我县先后对九宫梯级电站的3座水库进行了除险加固，累计投入1300万元。水库完成除险加固后，电站没有进行改造，导致水库的综合效能不能完全发挥，电站经济效益低下，迫切需要进行增效扩容改造。

2 梯级调度系统的改造

2011年九宫梯级电站被列入全国农村水电增效扩容改造试点项目。项目改造的内容主要有：①各站水轮发电机组更新改造；②辅助机械设备更新改造；③一、二次电气设备更新改造；④部分输电线路改造；⑤部分引水系统和金属设备更新改造；⑥通信调度系统智能化改造；⑦站容站貌改造。

流域梯级智能调度，是梯级小水电站调度的理想模式。九宫梯级电站在调度方面，经历了手遥电话调度、程控电话调度两个阶段。由于站点分散，梯级电站相距较远，调度的随意性较大、连贯性不强，往往造成大量弃水，流域水资源利用效率不高，电站经济效益低下，运行安全方面存在诸多隐患。

2.1 调度系统的构建

九宫梯级电站集中调度控制通讯采用专用局域网，架设专用光纤线路，通过光纤将梯级电站连成一个局域网，然后再经路由器接入英特网，梯级电站集中调度控制中心主机置于五级站。该方案具有带宽高，可以传输调度信号和监控视频信号，通讯稳定的优点。

梯级电站集中调度控制中心通过自架光纤与各电站监控系统连接，梯级电站集中调度控制中心计算机网络配置为：一台路由器、一台服务器、一台交换机、一台监控工作站、一台打印机、一套UPS电源。各电站监控系统计算机网络配置为：一台路由器、一台服务器、一台交换机、一台监控工作站、一台打印机、一套UPS电源。电站监视系统组成由监控主机、硬盘录像机、摄像机三个主要部分组成，主要完成图像采集、编码和传输、摄像机控制、报警的输入输出。电站视频监控点主要是水轮发电机组及调速器、厂房电气设备、升压站设备。

2.2 调度系统的操作

（1）画面监视可按监视地点分组，每组有四路、九路视频，地点可以扩充，点击某路图像时可以实时放大。

（2）单画面全屏时，可通过鼠标移动和左右控制键控制摄像机，可方便用户将计算机图像显示在屏幕上，有利于集中控制的需要。

（3）在多个用户控制某个摄像机时，系统规定的优先级别高的享有控制权，只有高优先级别放弃控制权时，低优先级的用户才能控制。录像提供三种方式，计划录像、报警录像、手动录像。

（4）系统具有联动控制及报警功能。

（5）系统采用严格的操作密码保护机制。

2.3 调度系统的配置

九宫梯级电站发电机均为0.4kV低压出线，电站的自动化监控系统采用ME-SHP-0.4-M低压机组水电站自动化系统，系统由ME-0.4-M低压机组一体化控制屏组成。ME-0.4-M低压机组一体化控制屏用一块屏将一台水轮发电机组的断路器、机组控制、测量、保护、微机调速、微机励磁、自动准同期、温度检测、电能计量等一、二次设备组合起来，实现对一台水轮发电机组全部自动化控制。

系统配置的主要自动化装置设备接线形式统一、外形一致、通讯规约相同。正常情况下，电站运行值班人员通过计算机系统的彩色液晶显示器和键盘进行人机对话，对电站的水轮发电机组、主变压器、线路、厂用电、励磁、调速等主要设备进行控制和监视，计算机监控系统也可以按运行值班人员设定的负荷、负荷曲线、母线电压，自动进行开、停机组、并网操作，分配负荷，调整电压、频率，监视电站主要设备的运行情况。

监控系统能及时发现、分析处理故障，提高了水电站的运行可靠性和自动化水平，保障了水电站系统的安全性、可靠性、连续性。

2.4 调度系统的功能

通过上述改造，梯级电站能够实现如下功能：

（1）将三座蓄水水库和各电站前池水位信号分成三档输入微机控制装置，通过在水库或前池中安装的液位测量装置，能准确无误地反映水库水位的高低位置。在高水位时，自动开机和控制机组满负荷发电；在中水位时（二档），将自动减少输出功率至设定值；在低水位时，自动停机，以利于水库水量的合理利用。通过水位监控和系统强大的信息传输功能实现梯级联动和自动调度。

（2）自动开机及自动调速、自动同期、自动调功。

（3）就地或远方控制停机，发生事故时自动快速减少水机开度，跳灭磁开关，出现机组超速时，将控制进水阀门（或折向器）关闭。

（4）自动显示电压、电流、有功功率、无功功率、发电机组温度等测量值。

（5）根据水位自动选择经济运行方式，手动开机、停机，手动起励、灭磁，手动同期、手动增功、手动减功、常规仪表测量。

（6）微机控制装置可通过RS485通讯口与后台机相连，亦可以多台机组同时联接，组成一个现地控制网络，实现远方调度功能，实现发电机和变压器的常规保护。

3 梯级智能调度系统的效益

九宫梯级电站位于较高海拨地区，交通和通信极不方便，梯级电站以往调度是通过工作人员直接到水库观察蓄水情况，再通过有线电话进行梯级调度，有时电话联络不通，只能派车或派人进行联络，不能及时有效地进行梯级调度，影响了发电效益，增加了生产成本。

九宫梯级电站的智能调度系统完全改变了电站落后的运行方式，水情观测、梯级联动、发电运行在运行操作人员的监控下全部自动进行，全面提高了梯级电站发电运行的安全性、可靠性和灵活性，实现了最大限度地利用流域水能资源，发电经济效益可提高29.79%。

4 结语

九宫梯级电站通过上述改造后，实现了流域梯级自动调度，梯级电站能够根据三座水库的蓄水情况自动实现开机发电、停机，实现了梯级调度自动化，减少了盲目调度造成的水资源浪费，发电效率显著提高，达到了安全、可靠、自动联合调度的改造目标。