农村小水电自动化设备运行现状及策略探讨

孟亮亮

（湖南省邵阳市水利水电勘测设计院 湖南省邵阳市 422000）

前言

作为重要的民生工程和可再生能源，农村小水电长期以来始终受到国家的高度重视，但受到建成年代较早、设施老化、失修严重等问题影响，我国很多地区的农村小水电自动化设备运行情况不容乐观，农村小水电的人员开支、运营成本往往因此偏高，而为了尽可能改善农村小水电自动化设备运行情况，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1 农村小水电自动化设备运行现状

1.1 运行现状

在笔者开展的实际调研中发现，随着我国各地农村小水电自动化改造的不断开展，近年来我国农村小水电自动化领域不断取得新的成果，集中监控模式在我国各地农村小水电自动化控制中的广泛应用便属于其中典型。长期以来，我国农村小水电领域存在人员文化程度偏低、技术力量偏弱、员工队伍不稳定等问题，但随着集中监控模式开始服务于农村小水电自动化设备运行，该模式可通过组建集控中心代替现场运行人员的，农村小水电自动化程度因此大幅提升。集中监控模式需得到所属电站的支持，农村小水电协调运行也将由此实现水资源的最经济利用，但集中监控模式尚未在我国农村小水电领域实现较为广泛应用，因此自动化程度不一仍属于我国现阶段农村小水电自动化设备运行现状[1]。

1.2 存在问题

1.2.1 设备、元件可靠性问题

虽然近年来农村小水电自动化改造的广阔市场潜力日渐引起重视，但我国现阶段很多地区农村小水电自动化设备运行仍面临着设备、元件可靠性的侵扰，农村小水电站很容易因此出现无法开机、发电机组停机等故障，自动化设备、元件往往是引发这类故障的“元凶”。我国农村小水电多位于交通不便的边远地区，这就使得设备、元件可靠性问题引发的故障往往会导致农村小水电长时间停机，由此带来的经济损失必须得到关注[2]。

1.2.2 人员素质问题

我国很对地区农村小水电站以本地人作为主要维护人员，技术力量薄弱、缺乏专业培训、对自动化设备认知不足等情况较为常见，很多自动化设备操作复杂的农村小水电很容易因此出现运行操作失误、事故处理不当等问题，农村小水电很容易因此受到较为严重的经济损失[3]。

2 农村小水电自动化设备运行策略建议

2.1 合理选择现地控制设备

对于我国农村小水电的自动化设备选型来说，现地控制设备的选择属于其中关键，而综合对比我国我国农村小水电领域的现地控制设备不难发现，通用型PLC产品、小水电机组综合控制保护装置、机箱式一体化可编程智能控制装置属于其中典型，三类现地控制设备的优缺点如下所示：①通用型PLC产品。四方CSC系列、日本三菱FX2、GE公司的GE9030、AB的Contrologix系列等均属于农村小水电领域较为常见的现地控制设备，这类设备多具备较为优秀的抗振动性能、抗电磁干扰性能、防水防潮性能，但由于这类设备属于工业PLC，这就使得其往往需要外加继电器且仅支持单网通讯。②小水电机组综合控制保护装置。装置功能高度集成化属于这类设备的主要特点，同时较为低廉的价格也使得该设备在我国农村小水电自动化控制领域有着较为广泛应用，但由于该类设备多采用工控机设计思想且CPU多为高电压低频单片机，这就使得该设备抗干扰性能、抗振动性能较差且无法较好应对多个并发事件。③机箱式一体化可编程智能控制装置。该类设备属于专门为农村小水电自动化控制量身定做的设备，由于设备引入了继电保护装置特点，这使得其不仅具备上述两种现地控制设备的几乎所有优点，更能够配置多种通讯接口、支持各种主要插件的热备冗余配置，因此本文建议农村小水电自动化设备选型尽量选择机箱式一体化可编程智能控制装置。

2.2 进一步开展自动化改造

考虑到上文提及的农村小水电自动化设备运行问题，本文建议相关地区开展自动化改造，这一改造需遵循“无人值班，少人值守”原则，通过引入上文提及的集中监控模式，困扰我国各地农村小水电自动化设备运行的诸多问题将迎刃而解。为提升研究的实践价值，本文选择某地S农村小水电自动化改造实例分析对象，该小水电1991年投入运行，多年平均发电量5125kWh，但随着运行时间的不断增长，S小水电2003年投入运行的自动化系统已无法满足调度与管理需要，因此该小水电基于“无人值班，少人值守”原则开展了集中监控模式改造。

2.2.1 改造目的

改造前的S小水电自动化设备运行存在稳定性较差、现场环境较差、通行数据传输故障频繁等问题，因此采用了重新建设监控系统的改造方式，改造后值守人员仅负责S小水电安全，设备的管理和维护将由集控中心统一负责，改造后的S小水电将无需设置运行、维护人员。

2.2.2 改造方案

由于S小水电的传感器、变换器等信息采集设备运行良好，因此具体改造仅围绕系统结构、设备选型、厂级监控功能配置三方面展开，具体改造方案如下所示：①系统结构改造。采用了全开放、分布式系统结构，图1为改造后的S小水电自动化系统结构图，其中以太网的选择可提升系统和设备的兼容性和先进性，各LCU也能够更好承担监控功能，厂级监控采用了由控制层、网络层、现地层组成的三层结构。②设备选型。由于现实因素影响，S小水电未选择上文提及的机箱式一体化可编程智能控制装置，而是选择了与继电保护平台装置的同类型PLC产品，由此实现了直接对一次设备传感器数据进行采集，PLC的故障点减少、变送器转换中间环节省略在一定程度上弥补了PLC存在的不足。此外，选择了Windows系统的计算机作为主机和操作员站，并同时配备了工业装置型通讯设备、2kVA的UPS后备电源。③厂级监控的功能配置。该配置用于应急情况，具体配置功能包括人机接口、通讯接口、自诊断、统计及记录、安全监视及报警、电站运行维护管理、数据采集与处理、控制操作。

图1 改造后S小水电自动化系统结构图

2.2.3 改造效果

S小水电改造于2016年底开始实施，2017年初进行试运行、2017年6月接入集控中心。完成改造后，S小水电人员由26人减为3人，截至本文发稿前该小水电尚未出现过数据错误情况，且检修及维护工作量大幅减少，可见进一步开展自动化改造具备的现实意义。

值得注意的是，加强技术指导、提高农村小水电经营管理水平同样能够为农村小水电自动化设备运行提供支持，但由于这类策略建议的治标不治本、施行难度较大，因此本文不进行详细介绍。

3 结论

综上所述，近年来我国农村小水电自动化设备运行水平不断提升。而在此基础上，本文涉及的合理选择现地控制设备、进一步开展自动化改造等实例，则证明了研究的实践价值。因此，在农村小水电自动化设备运行相关的理论研究和实践探索中，本文内容能够发挥一定程度的参考作用。

[1]刘香，袁汝华.基于熵权和AHP的农村绿色小水电建设成效模糊综合评价[J].水利经济，2016，34（06）：21～25+80.

[2]谢传萍，张帅.小水电增效扩容自动化改造常见问题探讨[J].水电厂自动化，2015，36（03）：20～21.

[3]雷小玲.农村小水电实现自动控制的技术研究[J].科技创新与应用，2014（09）：133.