巴西大型水力發電系統的自動化工學論文

摘要：COPEL電力公司依靠水電廠的新型集中自動化系統在巴西的電力市場競爭中取得了勝利。儘管進行了大幅度的裁員，但是新的發電操作中心仍可使它的水電廠具有可靠性、安全性，並且改善了水電廠的運行特性。

關鍵詞：巴西大型水力發電系統自動化

2001年巴西的4500萬用電戶的用電量爲317.3億千瓦小時。在用電方面，巴西的十年發展計劃（2001-2010）預測每年增長5%，到2010年爲411億千瓦小時。目前的用電需求通過總裝機容量爲64300MW的電廠來滿足，其中91%爲水電廠。

總裝機容量爲4500MW的COPEL（CompanhiaParanaensedeEnengia）電力公司是巴西第七大公司。COPEL電力公司的17座水電廠的總裝機容量爲4350MW，各個水電廠的裝機容量範圍從Pitangui水電廠的870KW到ovMunhozdaRochaNetto水電廠的1676MW。COPEL電力公司的50個水輪發電機單機容量從130KW至419MW。

COPEL電力公司的最主要的水電廠是總裝機容量爲261MW的oViriatoParigotdeSouza水電廠，它建於1970年，從那時起，COPEL公司在水力發電方面取得了幾個顯著的成就。

1977-1980年間，ovMunhozdaRochaNetto水電廠的160m高的大壩是當時世界上最高的混凝土面板堆石壩。

在巴西，裝機容量爲1260MW的minthasdeBarrosBraga水電廠被認爲是最有經濟效益的設施，當它1992年建成時就全部實現了自動化。

1990年底建成的總裝機容量爲1240MW的SaltoCaxias水電廠的碾壓混凝土大壩在南美洲是體積最大的。

1．爲了競爭創立自動化系統

1998年，新的聯邦法律規定獨立經營的電力公用事業單位要改組爲現代化的具有競爭力的企業。因此COPEL電力公司改組爲單獨的企業單位，如發電、配電、輸電、遠程通訊及動力設備的採購等單位，由此產生了新的發電公司COPEL發電公司，它在水力發電中起到了自動化及中央控制的作用。

首先，在巴西的電力事業中生產成本是關鍵。從1996年起，總體水平上，COPEL發電公司從10000人裁員至5000人。人員的減少對發電運行產生了顯著的影響。其次，先進的技術使得電力設施採用更加廣泛、可靠的自動化發電設備。最後，巴西電力市場競爭日益激烈，每個電力事業單位都被迫尋找新的出路，以達到降低成本的目的。

爲了長遠發展，公司考慮了下面幾個問題：

·希望得到什麼樣的利益；

·哪些過程需全自動化來實現過程控制；

·通訊的基礎結構能否保證一定的可靠性；

·主要的干擾因素是什麼；

·人力資源能否被有效利用。

COPEL發電公司在大範圍的消耗-利益-風險分析範圍內運行，包括論證通訊和控制系統的可靠性，來決定每個水電廠的自動化及遙控水平。基於這些分析，公司決定把系統升級以便使下列功能可通過遙控完成。

·發電控制；

·電壓控制；

·開始、同步、結束；

·被選的水電廠設備從低壓開關到巨大的溢洪道閘的操作；

·警報和實時事件的記錄；

·數據至少儲存30天，被存儲的數據可以就地或遠距離讀取。

除了上述功能外，COPEL發電公司決定根據每個發電廠的重要性來設置其自動化水平，因此公司開發了一套有三個控制級別的系統，這三個級別分別爲控制室，監控操作檯和設備控制。

COPEL發電公司的`最新發電廠SaltoCaxias對三個級別的控制均適用，而其他的發電廠根據它們的型號及廠齡適用一個或二個控制級別。

2.集中控制

通過6年的籌劃、技術研究和發展，在2000年末，COPEL發電公司開始用最新的發電操作中心控制它的最大的水電廠，這個發電廠位於Parana州首府的公司總部。在巴西還沒有用一個單獨的控制室控制一組重要的發電廠的先例。

目前，COPEL發電公司總裝機容量的99%是由發電操作中心（GOC）完成操作的，包括它的七個水電廠：裝機容量爲260MW的o Viriato Parigot de Souza水電廠，裝機容量爲1676MW的ov Munhoz da Rocha Netto水電廠，裝機容量爲1260MW的raga水電廠，裝機容量爲1240MW的Salto Caxias水電廠，裝機容量爲36MW的Guaricana水電廠，裝機容量爲9.2MW的Marumbi水電廠，裝機容量爲6.5MW的Derivacao do Rio Jordao水電廠。發電操作中心（GOC）也控制Foz do Chopim EnereticaS.A,一個裝機容量爲29MW的獨立水電廠。

發電操作中心（GOC）是一個技術先進的控制室，GOC的操作人員盡最大可能保證發電廠的工作效率、可靠性和安全性，操作人員能利用程序、圖表、建議、分析和研究提高常規及突發性的遠程操作。

發電操作中心（GOC）有一個獨立的控制檯，專用於每個遠程控制的水電廠的監控和獲取數據，操作者從每一個水電廠所屬的控制檯存取水電廠現場的控制源和數據源。表一所示爲四個最大發電廠監測點的數據和有效指令。

12名操作人員每天分成兩班工作，起到了從前現場所有操作人員所起的作用：

·控制母線電壓；

·調節負荷和操作設備；

·啓動操作和關閉發電設備；

·履行日常的調度計劃和根據需要再計劃；

·在緊急條件下恢復發電操作；

·控制水庫的水位和流速；

·改善和執行生產過程中的開始、同步和關閉發電機，完成發電模式和同步壓縮模式之間的轉換。

確保通過發電操作中心（GOC）遠程控制的自動化發電廠的可靠性是系統的根本。實際完成的方法保證了全天的操作和管理程序，危險的設備如發電機以及所有相應的運行都被連續監視，並且由熟練的工作人員通過GOC控制，如果有重大事故發生，發電操作中心的傳呼系統會立刻傳呼操作者。

不久的將來，所有的系統將被集合成一體，那將意味着在某個位置的操作人員將操作所有的發電廠，這對於由發電操作中心（GOC）控制的新型發電廠來說是最基礎的特性。

3．帶來的利益

在許多方面，發電控制中心改善了發電廠的運行性能。

第一、中心允許COPEL發電公司優先進行人員的安排和信息的管理，中心繫統的操作人員使計劃、生產、監測和對評估人員的培訓變的更容易。

第二、採用集中操控以便更易於標準化操作，更易於基本工作原理、方法和策略的維護，更易於記錄和已確定的規則、指標、標準及工藝規則的修改。

第三、單方獨立的監督、控制、操縱發電設備的能力是很重要的，特別是主要系統有故障時，能使系統從故障處調整、恢復。

第四、發電操作中心的維修管理與發電操作中心設在同一大樓裏，以便於協調維修專家、GOC操作人員及現場來處理特殊問題工作人員之間的工作。

由於採用了自動化，減少了操作人員，發電操作中心實現了很大程度的節約。從前，每個大型水電廠大約12名操作人員，現在只有7名，小型水電廠日常工作只需2-3名操作人員，除此之外，發電操作中心（GOC）的鄰近單位和工程管理單位也由此改善了運行指數，例如總的發電量和工作效率。

2002年1月，發電控制中心首次面臨重大困難，由於雙線路斷電，黑暗籠罩巴西近70%的地方。國家電力系統的控制者僅對發電操作中心的一名操作人員發出指令即可以控制COPEL發電公司的一個主要的水電廠，這個水電廠佔巴西整個裝機容量的10%，並且它的響應快速而且安全.因此發電操作中心必須把巴西南部地區的電力再接通。

4．結論

在COPEL發電公司4530MW的水電廠，自動化是永久不變的發展方向。由於認識到自動化不能完全代替人類的知識和經驗， COPEL發電公司有把握將一般的信息功能與現代化的自動化系統相結合。在減少消耗和大幅度裁員的情況下，這使得公司水電廠的優勢連續可靠的發揮。

迄今爲止所取得的成績，自動化系統帶來的經濟效益促使發電操作中心在COPEL發電公司內的更多發電廠中應用。公司已經受到了其他系統內或單獨發電廠中有類似操作中心的單位的關注。