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微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置在石家莊市農(nóng)村水電站的推廣應(yīng)用

文檔作者：辛魯李廣晶文檔來源：石家莊市水電及農(nóng)村電氣化發(fā)展處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月05日
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小水電2017年第2期(總第194期) 河北省水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)2017年學(xué)術(shù)交流論文
微機(jī)自動(dòng)灌同期裝置在石家莊市
農(nóng)村水電站的推廣應(yīng)用
辛魯，李廣晶
(石家莊市水電及農(nóng)村電氣化發(fā)展處，河北石家莊050021)
摘要：河北省石家莊市有相當(dāng)數(shù)量的農(nóng)村水電站的設(shè)備陳舊，仍沿用20世紀(jì)七八十年代的產(chǎn)品，自動(dòng)化水平低，采
用人工并網(wǎng)，能耗大且存在較大的隱患。采用在電站現(xiàn)場安裝自動(dòng)化準(zhǔn)同期裝置與原設(shè)備對接并針對性進(jìn)行調(diào)測的手段可
提升原設(shè)備的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)小型水電站自動(dòng)并網(wǎng)。
關(guān)鍵詞：農(nóng)村水電站；微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置；應(yīng)用
1概述
河北省石家莊市當(dāng)前農(nóng)村水電站大多建于20
世紀(jì)七八十年代，設(shè)備老化、技術(shù)陳舊、自動(dòng)化水
平低、運(yùn)行工況差、效率低，電站安全隱患突出。
按照水利部《農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化指導(dǎo)意見》，石
家莊市對全市水電并網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化升級改造，
單臺(tái)機(jī)組的改造費(fèi)用平均只需5 000元，即可將原
來的手工操作升級為微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)。
石家莊市現(xiàn)有農(nóng)村水電站49處，總裝機(jī)容量
33 488 kW，年設(shè)計(jì)發(fā)電量10 441．8萬kW·h。分布
于石家莊市西部7個(gè)山區(qū)縣中，采用傳統(tǒng)燈光法或
整步表監(jiān)測法并網(wǎng)，操作開關(guān)部分為手(電)動(dòng)開
關(guān)；設(shè)備老化，技術(shù)陳舊，運(yùn)行工況差，尤其在枯
水季節(jié)發(fā)電，各電站采用蓄水發(fā)電的形式，并網(wǎng)操
作次數(shù)頻繁。由于水頭變化幅度大，并網(wǎng)不僅造成
水量的損失，而且極易造成并網(wǎng)事故，使得電站安
全隱患突出。由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件限制，農(nóng)村水電
站設(shè)施和技術(shù)始終沒有大的改變，嚴(yán)重影響生產(chǎn)力
的發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)形象。
2微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的引入
自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置分為兩代產(chǎn)品。第一代自
收稿日期：2017—01—06
作者簡介：辛魯(1962一)，男，高級工程師，主要從事
水利水電工程運(yùn)行與管理工作。
動(dòng)準(zhǔn)同期裝置是以許昌繼電器廠生產(chǎn)的模擬式自動(dòng)
準(zhǔn)同期裝置，它是非數(shù)字的擬合，導(dǎo)前時(shí)間不穩(wěn)
定，頻率、壓差等數(shù)據(jù)顯示滯后，操作精度低。第
二代微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置以單片機(jī)為核心，能精確
監(jiān)測采樣水輪發(fā)電機(jī)的頻率、電壓，通過輸出端子
與調(diào)速器連接，自動(dòng)進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)壓動(dòng)作信號輸
出，采用人工智能技術(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)快速無沖
擊合閘，使電站達(dá)到安全運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。
3 自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置安裝工藝及現(xiàn)場調(diào)
測試驗(yàn)
為了準(zhǔn)確驗(yàn)證該裝置自動(dòng)化的先進(jìn)性，石家莊
市組成推廣小組，前往平山縣小覺電站、十里坪電
站、石板水庫電站、柏嶺電站、靈壽縣橫山嶺水電
站、贊皇縣灣子電站，現(xiàn)場進(jìn)行安裝調(diào)測。
3．1裝置一般性安裝工藝
為實(shí)現(xiàn)迅速、精確、并網(wǎng)，安裝自動(dòng)準(zhǔn)同期裝
置時(shí)仍需要遵循相序相同、頻率相同、電壓相同、
相位相同的基本原則。
3．1．1開孔
根據(jù)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的安裝尺寸，在原有的控
制屏或同期屏上選擇合適的位置，用機(jī)械的手段進(jìn)
行開孔。
3．1．2提前時(shí)間的整定(即并網(wǎng)時(shí)間的整定)
可通過調(diào)整機(jī)內(nèi)主板上撥叉的上下位置進(jìn)行整
定，第1位向上撥為0．4 Hz，向下?lián)転镺．5 Hz。第
2、3、4位整定并網(wǎng)合閘時(shí)間值分別為80、40、20 rns。
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萬方數(shù)據(jù)
河北省水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)2017年學(xué)術(shù)交流論文SMALL HYDRO POWER 2017No．2，Total No．194
3．1．3外部接線
自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置后邊都有外部輸出端子，其中
有接入系統(tǒng)和水輪發(fā)電機(jī)采集信號源的節(jié)點(diǎn)，接線
時(shí)一定要注意相序；如接人系統(tǒng)為c相，則接入
發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)也必須是c相，另一節(jié)點(diǎn)一般都是B相；
如果接反或者不是同相，會(huì)造成非同期合閘事故。
合閘輸出端子接線可直接與斷路器或電動(dòng)空開的合
閘節(jié)點(diǎn)相連，但應(yīng)注意其節(jié)點(diǎn)容量，防止因節(jié)點(diǎn)容
量小燒毀粘接。
3．1．4現(xiàn)場試驗(yàn)
該裝置投運(yùn)以前，應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)步
驟如下：
(1)將試驗(yàn)／投運(yùn)按鍵處在“試驗(yàn)”位置，在
此情況下合閘燈亮?xí)r不會(huì)有合閘輸出。
(2)確認(rèn)接線無誤后，打開本機(jī)電源，此時(shí)長
列方燈開始亮、滅的長短變化。當(dāng)長列燈全亮而不
滅時(shí)，檢查相序是否接線正確；當(dāng)燈全滅時(shí)，相序
正確且重合，合閘指示燈亮，應(yīng)合閘動(dòng)作；如不動(dòng)
作，檢查頻率或電壓與系統(tǒng)是否相同，由操作人員
進(jìn)行調(diào)整至相同。
(3)繼續(xù)使水輪發(fā)電機(jī)組處于空載的狀態(tài)下運(yùn)
行，重新進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置各指示燈
指示無誤，合閘動(dòng)作迅速準(zhǔn)確。
(4)檢測正常后，退出裝置電源，將配電盤上
的空氣開關(guān)合上，再將試驗(yàn)／投運(yùn)按鍵按下到“投
運(yùn)”位置，投入電源，正式并網(wǎng)。
(5)確認(rèn)接觸器動(dòng)作后，再合上配電盤上的閘
刀開關(guān)；并列動(dòng)作完成后，再關(guān)掉本裝置電源。
(6)通過電流表查看合閘沖擊電流，如過大，
則將裝置拆卸，調(diào)整時(shí)間整定撥叉，安裝后繼續(xù)進(jìn)
行試驗(yàn)，直到?jīng)_擊電流變小為止。
(7)安裝試驗(yàn)結(jié)束后，以后運(yùn)行無需再進(jìn)行試
驗(yàn)，直接使用即可。
3．2安裝工藝創(chuàng)新以及沖擊電流的控制
(1)問題的提出
安裝工藝水平遇到兩大難題：一是對于手動(dòng)合
閘并網(wǎng)的電站，怎樣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)(即如何解決通
用性的問題)?二是并網(wǎng)時(shí)沖擊電流大，怎樣調(diào)節(jié)?
我們在微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置安裝工藝的推廣中，不
斷研究，不斷的進(jìn)行試驗(yàn)，不斷的采取對策，終于
在實(shí)踐中找到了解決問題的辦法。
· 14·
(2)安裝工藝的創(chuàng)新點(diǎn)
①當(dāng)操作開關(guān)為電磁合閘開關(guān)或電動(dòng)空氣開關(guān)
時(shí)，直接查找合閘按鈕的盤后接線與微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同
期裝置的合閘端子并聯(lián)。系統(tǒng)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè)相位均
為A相。
②當(dāng)空氣開關(guān)為DWIO型時(shí)，如果有條件就更
換DWl5型，否則只能在控制屏上裝接觸器，容量
是水輪發(fā)電機(jī)的1／5到1／3。交流接觸器與隔離開
關(guān)并聯(lián)，并上網(wǎng)后，合上隔離開關(guān)，斷開接觸器；
這樣空氣開關(guān)可作為并網(wǎng)的后備保護(hù)。
無論操作開關(guān)是電動(dòng)還是手動(dòng)，微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同
期裝置均能應(yīng)用于水電站的自動(dòng)并網(wǎng)，解決安裝工
藝的通用性。
(3)并網(wǎng)時(shí)控制沖擊電流的創(chuàng)新點(diǎn)
沖擊電流大是因?yàn)檎ㄌ崆皶r(shí)間與實(shí)際機(jī)械動(dòng)
作時(shí)間不符，但每處電站每臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)的實(shí)際機(jī)械
動(dòng)作時(shí)間均不同，如何找準(zhǔn)每臺(tái)機(jī)組準(zhǔn)確的合閘時(shí)
間，是擺在我們面前的難題。
①首先選擇能夠準(zhǔn)確測量斷路器實(shí)際合閘時(shí)間
的設(shè)備，經(jīng)過不斷比較試驗(yàn)，決定選用DZZB--502
并網(wǎng)裝置進(jìn)行測量。在每臺(tái)機(jī)組安裝微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同
期裝置之前，先將DZZB--502裝置按照規(guī)定外部
接線方法與機(jī)組進(jìn)行接線，檢查無誤后，安裝規(guī)定
的現(xiàn)場試驗(yàn)步驟進(jìn)行試驗(yàn)，從而準(zhǔn)確測量出斷路器
實(shí)際合閘時(shí)間；記下數(shù)據(jù)后將DZZB--502裝置從
機(jī)組拆除。
②根據(jù)DZZB--502裝置測出的斷路器實(shí)際合
閘時(shí)間，通過操作機(jī)內(nèi)主板上的撥叉，來操作頻
率、時(shí)間整定。整定后按規(guī)定的一般性安裝工藝要
求進(jìn)行安裝、外部接線及現(xiàn)場試驗(yàn)。
4微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的推廣
4．1推廣該項(xiàng)新技術(shù)經(jīng)的效益
(1)社會(huì)效益?？墒剐⌒退娬居稍瓉淼氖謩?dòng)
并網(wǎng)升級改造為自動(dòng)并網(wǎng)；智能無時(shí)隙的并網(wǎng)可節(jié)
約大量的水能資源；精確智能化的并網(wǎng)操作可避免
誤操作，還可延長設(shè)備使用壽命，促進(jìn)電力生產(chǎn)兩
個(gè)文明建設(shè)。
(2)經(jīng)濟(jì)效益。已在28座水電站上推廣應(yīng)用，
共計(jì)在23400 kW容量加裝40臺(tái)微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝
萬方數(shù)據(jù)
小水電2017年第2期(總第194期) 河北省水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)2017年學(xué)術(shù)交流論文
置。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，每次并網(wǎng)時(shí)間減少20 min，每次并
網(wǎng)就可多發(fā)電量7 800 kW·h。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在枯
(平)水季節(jié)蓄水發(fā)電，解列并網(wǎng)頻繁，可多發(fā)電
量702萬kW·h，創(chuàng)收294萬元。
4．2推廣范圍與應(yīng)用效果
自2013年井陘縣乏驢嶺電站首先引入DZZB型
自動(dòng)并網(wǎng)裝置后，使用效果良好，隨即在全縣推
廣。至2016年，自動(dòng)并網(wǎng)裝置已推廣覆蓋全市各
縣，成為了全省惟一的自動(dòng)化并網(wǎng)全覆蓋的市。該
項(xiàng)目的推廣實(shí)施，使大多數(shù)電站告別了延續(xù)幾十年
手動(dòng)并網(wǎng)的歷史，提高了老電站的自動(dòng)化水平，極
大地縮短了并網(wǎng)時(shí)間，提高了發(fā)電量。在增加自身
效益的同時(shí)，也極大地提高了社會(huì)效益。加裝自動(dòng)
并網(wǎng)裝置后，每年僅在枯(平)水季節(jié)可增發(fā)電量
702萬kW·h，增收294萬元。隨著自動(dòng)化水平的提
高，至少可減少值班人員56人，進(jìn)而可節(jié)支168
萬元，每年累計(jì)可增收462萬元。社會(huì)環(huán)境效益也
非常明顯，每年增發(fā)的電量可替代標(biāo)煤2 457 t，可
減少薪柴消耗量7 581．6 t，可保護(hù)森林植被面積
632．4畝，可減少二氧化碳排放量3 685．5 t。
5結(jié)論
5．1普遍性
過去石家莊市的大部分電站普遍采用的是手工
并網(wǎng)，效率低浪費(fèi)水能，尤其夜間并網(wǎng)極易產(chǎn)生誤
操作，是產(chǎn)生事故的隱患之一。自2014年起經(jīng)過
近2年的努力，石家莊市所屬的大小電站基本都安
裝了微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，2016年總結(jié)驗(yàn)收來看，
經(jīng)濟(jì)效益也明顯提高。安裝每臺(tái)費(fèi)用約為o．5萬
元，可創(chuàng)造直接效益平均為11．55萬元，深受基層
電站的好評。
5．2存在問題
該裝置在推廣過程中也有其局限性，對于建站
時(shí)間較長的，如五六十年代建的電站，采用的并網(wǎng)
開關(guān)大多為DWl0型，就不能直接安裝使用，需拆
除原空氣開關(guān)更換為現(xiàn)在的電動(dòng)空氣開關(guān)或增裝接
觸器后方可使用該裝置。
■
責(zé)任編輯吳昊
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(上接第4頁)
農(nóng)村水電是清潔可再生能源，不會(huì)產(chǎn)生溫室氣
體co／和其他有害氣體和廢物。增效擴(kuò)容項(xiàng)目實(shí)施
后，充分利用水電這一清潔可再生綠色能源，不僅
能夠增加可再生能源發(fā)電能力，促進(jìn)節(jié)能減排，而
且還能夠改善生態(tài)環(huán)境。
農(nóng)村水電增效擴(kuò)容的效益電量替代燃煤火電廠
發(fā)電，可產(chǎn)生巨大的減排效益。根據(jù)國家科技部
2007年8月公布的《全民節(jié)能減排手冊》，燃燒1 t
標(biāo)煤向大氣排放2．567 t c02和2011年中電聯(lián)發(fā)布
全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)公布的全國6 000 kW及以
上電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗330 g／kW·h計(jì)算。河北省以
1．2億kW·h水電替代燃煤火力發(fā)電，相當(dāng)于每年
減少消耗近4萬t標(biāo)準(zhǔn)煤、減少c02排放近10萬t、
減少s02排放1．4 t。
5．2保護(hù)生態(tài)環(huán)境
實(shí)施農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造，不僅能改善山區(qū)
群眾生產(chǎn)生活用電條件，解決項(xiàng)目區(qū)居民生活所用
燃料問題，減少柴薪消耗，而且有利于保護(hù)森林植
被，促進(jìn)退耕還林，提高林木覆蓋，確保現(xiàn)有人工
林、天然林面積。同時(shí)，減少了C02、S02等有害
氣體的排放，防止大地沙化，防風(fēng)固沙，改良土
壤，增強(qiáng)抗蝕能力，涵養(yǎng)水源，保持水土，改善氣
候條件，調(diào)節(jié)溫度，防止風(fēng)害和風(fēng)蝕，凈化空氣，
美化環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，對于全省國
民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。
5．3維護(hù)河流健康生命
以河流為單元實(shí)施增效擴(kuò)容項(xiàng)目，可以通過研
究上下游水量匹配的關(guān)系，優(yōu)化水電站機(jī)組布置，
充分利用水能資源。同時(shí)，通過增設(shè)無控制的生態(tài)
基流泄放孔(洞)，保障河道生態(tài)流量，通過對減
脫水河段進(jìn)行修復(fù)改造，迸一步改善河流生態(tài)環(huán)
境，維護(hù)河流健康生命。
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