農村小水電自動化設備運行現狀及策略探討

孟亮亮

（湖南省邵陽市水利水電勘測設計院 湖南省邵陽市 422000）

前言

作為重要的民生工程和可再生能源，農村小水電長期以來始終受到國家的高度重視，但受到建成年代較早、設施老化、失修嚴重等問題影響，我國很多地區的農村小水電自動化設備運行情況不容樂觀，農村小水電的人員開支、運營成本往往因此偏高，而為了盡可能改善農村小水電自動化設備運行情況，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 農村小水電自動化設備運行現狀

1.1 運行現狀

在筆者開展的實際調研中發現，隨著我國各地農村小水電自動化改造的不斷開展，近年來我國農村小水電自動化領域不斷取得新的成果，集中監控模式在我國各地農村小水電自動化控制中的廣泛應用便屬于其中典型。長期以來，我國農村小水電領域存在人員文化程度偏低、技術力量偏弱、員工隊伍不穩定等問題，但隨著集中監控模式開始服務于農村小水電自動化設備運行，該模式可通過組建集控中心代替現場運行人員的，農村小水電自動化程度因此大幅提升。集中監控模式需得到所屬電站的支持，農村小水電協調運行也將由此實現水資源的最經濟利用，但集中監控模式尚未在我國農村小水電領域實現較為廣泛應用，因此自動化程度不一仍屬于我國現階段農村小水電自動化設備運行現狀[1]。

1.2 存在問題

1.2.1 設備、元件可靠性問題

雖然近年來農村小水電自動化改造的廣闊市場潛力日漸引起重視，但我國現階段很多地區農村小水電自動化設備運行仍面臨著設備、元件可靠性的侵擾，農村小水電站很容易因此出現無法開機、發電機組停機等故障，自動化設備、元件往往是引發這類故障的“元兇”。我國農村小水電多位于交通不便的邊遠地區，這就使得設備、元件可靠性問題引發的故障往往會導致農村小水電長時間停機，由此帶來的經濟損失必須得到關注[2]。

1.2.2 人員素質問題

我國很對地區農村小水電站以本地人作為主要維護人員，技術力量薄弱、缺乏專業培訓、對自動化設備認知不足等情況較為常見，很多自動化設備操作復雜的農村小水電很容易因此出現運行操作失誤、事故處理不當等問題，農村小水電很容易因此受到較為嚴重的經濟損失[3]。

2 農村小水電自動化設備運行策略建議

2.1 合理選擇現地控制設備

對于我國農村小水電的自動化設備選型來說，現地控制設備的選擇屬于其中關鍵，而綜合對比我國我國農村小水電領域的現地控制設備不難發現，通用型PLC產品、小水電機組綜合控制保護裝置、機箱式一體化可編程智能控制裝置屬于其中典型，三類現地控制設備的優缺點如下所示：①通用型PLC產品。四方CSC系列、日本三菱FX2、GE公司的GE9030、AB的Contrologix系列等均屬于農村小水電領域較為常見的現地控制設備，這類設備多具備較為優秀的抗振動性能、抗電磁干擾性能、防水防潮性能，但由于這類設備屬于工業PLC，這就使得其往往需要外加繼電器且僅支持單網通訊。②小水電機組綜合控制保護裝置。裝置功能高度集成化屬于這類設備的主要特點，同時較為低廉的價格也使得該設備在我國農村小水電自動化控制領域有著較為廣泛應用，但由于該類設備多采用工控機設計思想且CPU多為高電壓低頻單片機，這就使得該設備抗干擾性能、抗振動性能較差且無法較好應對多個并發事件。③機箱式一體化可編程智能控制裝置。該類設備屬于專門為農村小水電自動化控制量身定做的設備，由于設備引入了繼電保護裝置特點，這使得其不僅具備上述兩種現地控制設備的幾乎所有優點，更能夠配置多種通訊接口、支持各種主要插件的熱備冗余配置，因此本文建議農村小水電自動化設備選型盡量選擇機箱式一體化可編程智能控制裝置。

2.2 進一步開展自動化改造

考慮到上文提及的農村小水電自動化設備運行問題，本文建議相關地區開展自動化改造，這一改造需遵循“無人值班，少人值守”原則，通過引入上文提及的集中監控模式，困擾我國各地農村小水電自動化設備運行的諸多問題將迎刃而解。為提升研究的實踐價值，本文選擇某地S農村小水電自動化改造實例分析對象，該小水電1991年投入運行，多年平均發電量5125kWh，但隨著運行時間的不斷增長，S小水電2003年投入運行的自動化系統已無法滿足調度與管理需要，因此該小水電基于“無人值班，少人值守”原則開展了集中監控模式改造。

2.2.1 改造目的

改造前的S小水電自動化設備運行存在穩定性較差、現場環境較差、通行數據傳輸故障頻繁等問題，因此采用了重新建設監控系統的改造方式，改造后值守人員僅負責S小水電安全，設備的管理和維護將由集控中心統一負責，改造后的S小水電將無需設置運行、維護人員。

2.2.2 改造方案

由于S小水電的傳感器、變換器等信息采集設備運行良好，因此具體改造僅圍繞系統結構、設備選型、廠級監控功能配置三方面展開，具體改造方案如下所示：①系統結構改造。采用了全開放、分布式系統結構，圖1為改造后的S小水電自動化系統結構圖，其中以太網的選擇可提升系統和設備的兼容性和先進性，各LCU也能夠更好承擔監控功能，廠級監控采用了由控制層、網絡層、現地層組成的三層結構。②設備選型。由于現實因素影響，S小水電未選擇上文提及的機箱式一體化可編程智能控制裝置，而是選擇了與繼電保護平臺裝置的同類型PLC產品，由此實現了直接對一次設備傳感器數據進行采集，PLC的故障點減少、變送器轉換中間環節省略在一定程度上彌補了PLC存在的不足。此外，選擇了Windows系統的計算機作為主機和操作員站，并同時配備了工業裝置型通訊設備、2kVA的UPS后備電源。③廠級監控的功能配置。該配置用于應急情況，具體配置功能包括人機接口、通訊接口、自診斷、統計及記錄、安全監視及報警、電站運行維護管理、數據采集與處理、控制操作。

圖1 改造后S小水電自動化系統結構圖

2.2.3 改造效果

S小水電改造于2016年底開始實施，2017年初進行試運行、2017年6月接入集控中心。完成改造后，S小水電人員由26人減為3人，截至本文發稿前該小水電尚未出現過數據錯誤情況，且檢修及維護工作量大幅減少，可見進一步開展自動化改造具備的現實意義。

值得注意的是，加強技術指導、提高農村小水電經營管理水平同樣能夠為農村小水電自動化設備運行提供支持，但由于這類策略建議的治標不治本、施行難度較大，因此本文不進行詳細介紹。

3 結論

綜上所述，近年來我國農村小水電自動化設備運行水平不斷提升。而在此基礎上，本文涉及的合理選擇現地控制設備、進一步開展自動化改造等實例，則證明了研究的實踐價值。因此，在農村小水電自動化設備運行相關的理論研究和實踐探索中，本文內容能夠發揮一定程度的參考作用。

[1]劉香，袁汝華.基于熵權和AHP的農村綠色小水電建設成效模糊綜合評價[J].水利經濟，2016，34（06）：21～25+80.

[2]謝傳萍，張帥.小水電增效擴容自動化改造常見問題探討[J].水電廠自動化，2015，36（03）：20～21.

[3]雷小玲.農村小水電實現自動控制的技術研究[J].科技創新與應用，2014（09）：133.