巴西大型水力发电系统的自动化工学论文

摘要：COPEL电力公司依靠水电厂的新型集中自动化系统在巴西的电力市场竞争中取得了胜利。尽管进行了大幅度的裁员，但是新的发电操作中心仍可使它的水电厂具有可靠性、安全性，并且改善了水电厂的运行特性。

关键词：巴西大型水力发电系统自动化

2001年巴西的4500万用电户的用电量为317.3亿千瓦小时。在用电方面，巴西的十年发展计划（2001-2010）预测每年增长5%，到2010年为411亿千瓦小时。目前的用电需求通过总装机容量为64300MW的电厂来满足，其中91%为水电厂。

总装机容量为4500MW的COPEL（CompanhiaParanaensedeEnengia）电力公司是巴西第七大公司。COPEL电力公司的17座水电厂的总装机容量为4350MW，各个水电厂的装机容量范围从Pitangui水电厂的870KW到ovMunhozdaRochaNetto水电厂的1676MW。COPEL电力公司的50个水轮发电机单机容量从130KW至419MW。

COPEL电力公司的最主要的水电厂是总装机容量为261MW的oViriatoParigotdeSouza水电厂，它建于1970年，从那时起，COPEL公司在水力发电方面取得了几个显著的成就。

1977-1980年间，ovMunhozdaRochaNetto水电厂的160m高的大坝是当时世界上最高的混凝土面板堆石坝。

在巴西，装机容量为1260MW的minthasdeBarrosBraga水电厂被认为是最有经济效益的设施，当它1992年建成时就全部实现了自动化。

1990年底建成的总装机容量为1240MW的SaltoCaxias水电厂的碾压混凝土大坝在南美洲是体积最大的。

1．为了竞争创立自动化系统

1998年，新的联邦法律规定独立经营的电力公用事业单位要改组为现代化的具有竞争力的企业。因此COPEL电力公司改组为单独的企业单位，如发电、配电、输电、远程通讯及动力设备的采购等单位，由此产生了新的发电公司COPEL发电公司，它在水力发电中起到了自动化及中央控制的作用。

首先，在巴西的电力事业中生产成本是关键。从1996年起，总体水平上，COPEL发电公司从10000人裁员至5000人。人员的减少对发电运行产生了显著的影响。其次，先进的技术使得电力设施采用更加广泛、可靠的自动化发电设备。最后，巴西电力市场竞争日益激烈，每个电力事业单位都被迫寻找新的出路，以达到降低成本的目的。

为了长远发展，公司考虑了下面几个问题：

·希望得到什么样的利益；

·哪些过程需全自动化来实现过程控制；

·通讯的基础结构能否保证一定的可靠性；

·主要的干扰因素是什么；

·人力资源能否被有效利用。

COPEL发电公司在大范围的消耗-利益-风险分析范围内运行，包括论证通讯和控制系统的可靠性，来决定每个水电厂的自动化及遥控水平。基于这些分析，公司决定把系统升级以便使下列功能可通过遥控完成。

·发电控制；

·电压控制；

·开始、同步、结束；

·被选的水电厂设备从低压开关到巨大的溢洪道闸的操作；

·警报和实时事件的记录；

·数据至少储存30天，被存储的数据可以就地或远距离读取。

除了上述功能外，COPEL发电公司决定根据每个发电厂的重要性来设置其自动化水平，因此公司开发了一套有三个控制级别的系统，这三个级别分别为控制室，监控操作台和设备控制。

COPEL发电公司的`最新发电厂SaltoCaxias对三个级别的控制均适用，而其他的发电厂根据它们的型号及厂龄适用一个或二个控制级别。

2.集中控制

通过6年的筹划、技术研究和发展，在2000年末，COPEL发电公司开始用最新的发电操作中心控制它的最大的水电厂，这个发电厂位于Parana州首府的公司总部。在巴西还没有用一个单独的控制室控制一组重要的发电厂的先例。

目前，COPEL发电公司总装机容量的99%是由发电操作中心（GOC）完成操作的，包括它的七个水电厂：装机容量为260MW的o Viriato Parigot de Souza水电厂，装机容量为1676MW的ov Munhoz da Rocha Netto水电厂，装机容量为1260MW的raga水电厂，装机容量为1240MW的Salto Caxias水电厂，装机容量为36MW的Guaricana水电厂，装机容量为9.2MW的Marumbi水电厂，装机容量为6.5MW的Derivacao do Rio Jordao水电厂。发电操作中心（GOC）也控制Foz do Chopim EnereticaS.A,一个装机容量为29MW的独立水电厂。

发电操作中心（GOC）是一个技术先进的控制室，GOC的操作人员尽最大可能保证发电厂的工作效率、可靠性和安全性，操作人员能利用程序、图表、建议、分析和研究提高常规及突发性的远程操作。

发电操作中心（GOC）有一个独立的控制台，专用于每个远程控制的水电厂的监控和获取数据，操作者从每一个水电厂所属的控制台存取水电厂现场的控制源和数据源。表一所示为四个最大发电厂监测点的数据和有效指令。

12名操作人员每天分成两班工作，起到了从前现场所有操作人员所起的作用：

·控制母线电压；

·调节负荷和操作设备；

·启动操作和关闭发电设备；

·履行日常的调度计划和根据需要再计划；

·在紧急条件下恢复发电操作；

·控制水库的水位和流速；

·改善和执行生产过程中的开始、同步和关闭发电机，完成发电模式和同步压缩模式之间的转换。

确保通过发电操作中心（GOC）远程控制的自动化发电厂的可靠性是系统的根本。实际完成的方法保证了全天的操作和管理程序，危险的设备如发电机以及所有相应的运行都被连续监视，并且由熟练的工作人员通过GOC控制，如果有重大事故发生，发电操作中心的传呼系统会立刻传呼操作者。

不久的将来，所有的系统将被集合成一体，那将意味着在某个位置的操作人员将操作所有的发电厂，这对于由发电操作中心（GOC）控制的新型发电厂来说是最基础的特性。

3．带来的利益

在许多方面，发电控制中心改善了发电厂的运行性能。

第一、中心允许COPEL发电公司优先进行人员的安排和信息的管理，中心系统的操作人员使计划、生产、监测和对评估人员的培训变的更容易。

第二、采用集中操控以便更易于标准化操作，更易于基本工作原理、方法和策略的维护，更易于记录和已确定的规则、指标、标准及工艺规则的修改。

第三、单方独立的监督、控制、操纵发电设备的能力是很重要的，特别是主要系统有故障时，能使系统从故障处调整、恢复。

第四、发电操作中心的维修管理与发电操作中心设在同一大楼里，以便于协调维修专家、GOC操作人员及现场来处理特殊问题工作人员之间的工作。

由于采用了自动化，减少了操作人员，发电操作中心实现了很大程度的节约。从前，每个大型水电厂大约12名操作人员，现在只有7名，小型水电厂日常工作只需2-3名操作人员，除此之外，发电操作中心（GOC）的邻近单位和工程管理单位也由此改善了运行指数，例如总的发电量和工作效率。

2002年1月，发电控制中心首次面临重大困难，由于双线路断电，黑暗笼罩巴西近70%的地方。国家电力系统的控制者仅对发电操作中心的一名操作人员发出指令即可以控制COPEL发电公司的一个主要的水电厂，这个水电厂占巴西整个装机容量的10%，并且它的响应快速而且安全.因此发电操作中心必须把巴西南部地区的电力再接通。

4．结论

在COPEL发电公司4530MW的水电厂，自动化是永久不变的发展方向。由于认识到自动化不能完全代替人类的知识和经验， COPEL发电公司有把握将一般的信息功能与现代化的自动化系统相结合。在减少消耗和大幅度裁员的情况下，这使得公司水电厂的优势连续可靠的发挥。

迄今为止所取得的成绩，自动化系统带来的经济效益促使发电操作中心在COPEL发电公司内的更多发电厂中应用。公司已经受到了其他系统内或单独发电厂中有类似操作中心的单位的关注。