输水工程渠道闸门采用风光互补供电的探讨

张飞跃，易吉林

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳， 550002)

1 工程概况

黄家湾水利枢纽工程是贵州省目前在建的综合性大型水利枢纽工程，主要由大坝枢纽工程、供水灌溉工程及发电工程组成。其中供水、灌溉工程将灌区分为干渠片区、松白片区、水宗片区和水塘片区4个片区，其中干渠全长24.332km，支渠全长67.626km，乡镇供水管线全长8.410km，猫营工业园专用供水管线全长15.134km。输水工程中闸(阀)门数量众多，运行管理麻烦，大多位于地理位置偏远、人烟稀少偏僻的乡村，交通不便等地区。本工程在各渠道上采用电动控制的闸门共78处，装机容量小(1.5kW～7.5kW)。下面对渠道上闸门分别采用风光互补供电和传统交流供电进行讨论。

2 采用传统交流供电方案

2.1 电气主接线

统一采用一回10kV线路，通过一台容量为80kVA或50kVA的降压变压器降压到0.4kV，向闸站用负荷供电。10kV侧采用变压器—线路组接线，0.4kV侧采用单母线接线。根据400V负荷供电半径为500m的原则，如果多处闸门的距离在500m以内，则采用一回10kV对这些闸门统一供电，同时设置2台50kW的移动式柴油发电机作为输水系统的闸门备用电源。

2.2 主要电气设备选择

每套闸门主要电气设备选择见表1。

表1 10kV供电每套闸门主要电气设备

2.3 控制方式及通讯

(1)黄家湾水利枢纽工程共设置两座闸站，闸站内分别设置1台现地控制单元(LCU)，可实现对该闸站范围内各个对象的监视和控制。现地控制单元可选择远程/就地控制方式，可实现数据采集、处理和设备运行监视，通过局域网与监控系统其他设备进行通信，完成自诊断功能等。在调度中心上位机出现故障或退出运行时，LCU仍能正常运行和实现对闸(阀)的基本控制，所以闸站现地LCU既可作为分布系统中的现地智能终端，又可作为独立装置单独运行，闸站现地LCU向上通过光纤与调度中心主控级上位机通讯。

(2)其他闸门：除了上述两个闸站的闸门外，灌区中其他闸门较分散，初步确定闸(阀)的控制方式采用就地控制，远方监视，控制电源采用交流220V电源。针对分散闸门控制室内各设计一面智能RTU箱(现地控制单元设备)，实现闸门的数据采集和处理，是闸站群集控系统基础数据来源。闸门智能RTU箱完成闸门的数据采集、数据处理、流程控制、通信等功能，实现闸阀开/闭状态、水位各种信号的采集和处理，最终通过无线网络(GPRS)向调度中心传递信息。

2.4 工业电视监控

为了对闸门、启闭机室等重要设备及部位进行监视，随时了解各设备的运行情况及各部位的安全状况，设置有图象监视系统。按被监视设备和部位特点的不同，分别装设室内、外活动或固定摄像头。

运行人员、调度人员可以通过该系统在控制中心了解闸站及启闭机室设备的运行状况，各闸站的防盗、防火等进行实时监视并进行纪录，闸站分别通过光纤将视频图像传输至远端调度中心。灌区内其他闸门设备的运行情况及各部位的安全状况，则采用GPRS通信方式传输。闸门现地视频系统由于GPRS通信费用的限制，视频采集采用抓拍球或枪形摄像机，实现对闸门内重要部位的视频图像采集，通过GPRS通信上传图片至调度中心，达到远程可视化操作与管理。

3 采用风光互补直流系统方案设计

3.1 系统组成及功能

系统由太阳能光伏电池板及光伏控制系统、风力发电机及风电控制系统、PLC编程控制箱、储能蓄电池组及BMS电池管理系统、大功率直流电机及控制系统(直流阀门电动装置及直流启闭机)、安防报警喇叭及控制系统、直流照明灯及控制系统、视频监控系统、流量采集系统、液位采集系统、无线通信及远程云平台管控系统、安装托架塔杆以及至各耗电设备的所有线缆等组成。

由太阳能光伏电池板及光伏控制、风力发电机及风电控制互补发电后经PLC编程控制箱将电能储存在蓄电池组及BMS电池管理系统中。直流电能通过BMS电池管理系统输出到PLC编程控制箱，由PLC编程控制箱给大功率直流电机、无线通信、安防报警喇叭、直流照明灯、视频监控、流量采集、液位采集供电。PLC编程控制箱对直流电机、安防报警喇叭、直流照明灯、视频监控、流量、液位、无线通信进行数据双向传输，并远传至控制中心实现远控及后台管理。

3.2 闸、阀风光互补的设备布置

闸门布置点的金属结构设备主要由闸门门体与闸门启闭设备组成，每个闸门布置点均设置有启闭机排架，并设置有启闭机室以保护启闭机。在闸门布置点中，太阳能光伏电池板及风力发电机布置在启闭机室屋顶，直流智能电动装置、BMS电池管理系统及储能电池组、可编程PLC控制箱布置在启闭机室内。

图1 风光互补设备布置

3.3 安防报警及视频监控

安防报警系统由PLC编程箱进行供电并双向传输信号，采用红外、微波、移动侦测三种互补方式，保障信号的准确性，红外、微波入侵探测器与移动侦测采用随机工作制，即在系统布防时当有人员进入探测器探测范围内，系统主机便会发送报警信号，就地警示感应式自动喊话喇叭高分贝语音警示，同时报警信号通过无线通信系统传输到控制中心。

视频监控系统的设置应可对闸室周围设备360°云台监控，还应设置对闸室内部设备进行监控，视频监控摄像仪由PLC编程箱进行供电并双向传输信号。

视频信号经过对应的视频输入口进入球机本地SD卡进行保存，可保存30天以上的图像资料，便于取证和查询。

视频摄像仪采用无线网络高清红外智能球形摄像机，球机应具备本机存储功能，支持SD卡热插拔，最大支持256GB，球机插入4G卡通过无线网络将视频信号传输到远端，通过远控端软件凭权限观看实时图像或视频，并可下载机内录像资料进行调看。

4 方案比较

4.1 按供电方式及控制比较

传统交流供电系统通过变压器升压和降压，便于远距离传输，配送电能方便。但根据本工程负荷小、闸(阀)门使用频次低、设置在地理位偏远、人烟稀少、交通不便等特点，闸(阀)门启闭机供电若采用架设交流电网线路的方式，则需架设很长的输电线路，电力线路所经之处占用的土地较多，协调工作复杂，赔付费用较高，其本身线路供电造价高，需要花费大量的人力物力及财力去建设电力供应基础设施，其经济性很差。

风光互补直流供电方案是独立的发电系统，无需架设高低压线路、操作性高、运行方便且投资相对较低，特别适用于水利工程中闸、阀使用频次低、布置分散的特点。

风光互补系统的智能测控系统采用模块化设计，不仅可在现场查看和编程控制，还可通过提供的标准通讯接口进行远程数据传输和管控。

4.2 供电可靠性比较

传统交流供电方案闸阀电源引自农网，农网普遍存在设备老化，供电半径长，线经小，抗灾能力差，供电可靠率低。在遇到断电情况下，需要采用应急发电车供电，极为不便。

风光互补直流供电方案电池可以储存电能，相当于后备电源，还可以根据需要设定电池电量的报警，预留备用电量应急使用。而且在连续阴雨无风的极端天气情况下，若电池电量用尽，可携带移动电池到现场，接上电池的正负极两根线即可实现供电，移动电池可以在雨中安全使用。

4.3 施工安装比较

传统交流供电方案供电线路施工周期长、每个供电点均需到现场实地踏勘，根据电网情况设计，并向供电局申请，还需征地向农民赔偿土地费，各方面协调繁琐。

风光互补直流供电系统是全模块化设计、标准化生产，便于安装维修。可以根据工程进度，自主决定设备安装时间，节约大量的人力物力财力。

4.4 运行管理比较

传统交流供电方案输电线路长，线路维护检修工作量大、费用高、专业性强、管理难度大，易受低温雨雪天气影响。

风光互补直流供电系统方案应用前景广阔，可视实际需要随时随地投入使用，整个过程绿色环保 (可再生自然能源 )、施工安装简便、安全无隐患、自动控制免维护、性价比高。

风光互补直流供电方案PLC控制箱为铝压铸件，防盗，防尘，可以放在水中使用，防护等级IP68；PLC控制箱表面上没实体开关，采用磁力笔，红外蓝牙遥控器，防止误操作，还可现场编程。

5 结语

随着水利工程的发展和水利自动化要求的不断提高，渠道供水的运行管理及信息采集越来越重要，结合输水工程中闸(阀)门等设备负荷小，运行频次不高等特点，风光互补系统能够为输水工程提供低成本、绿色可靠的电力，能够满足输水工程的需要，解决远离电网覆盖地区供电难的问题，将有效弥补输水工程建设及管理上的难题，推动绿色发展，谋求更佳质量和经济效益。