水电公司必须控制流量

华盛顿州斯波坎市北部的博克斯峡谷大坝。早在可再生能源成为环境热点话题之前，美国就已经开始将河水转化为电流。自1956年以来，Box Canyon大坝及其四台水力涡轮发电机组横跨华盛顿州第二大河流Pend Oreille的一小段。

彭德奥瑞尔县公用事业区建造并运营了这座80兆瓦的水力发电厂，目前为8500名客户提供电力。大多数大型水力发电厂是通过系统地控制大坝后储水的释放来发电的。然而，盒子峡谷是一个河流的水力发电厂，这意味着来自上游的水流驱动水下涡轮机，没有保留区域来帮助平滑水流的变化。这意味着博克斯峡谷的运营商必须在最佳发电和河流的自然生态系统之间保持微妙的平衡。

季节性降雨、积雪融化和其他自然力量对博克斯峡谷施加了压力，使上游水坝和水库的来水膨胀。湍急的水流自然对水力发电有利，因为更多的水可以提供更多的能量来转动涡轮机。但是盒子峡谷后面的国家保护土地不能被洪水淹没，因为它们是敏感的动物栖息地和风景如画的公园的家园，每年吸引成千上万的游客到华盛顿的东北角。因此，博克斯峡谷的操作人员持续不断地工作，主要是手工工作，以控制流经大坝的水量和大坝后面河流的海拔。

老化设施的挑战

大多数原始的机械控制和水力发电设备——包括四个涡轮机、发电机和辅助机械——与50多年前安装时基本相同。Box Canyon水力发电经理Terry Borden表示:“即使是一个经验丰富的操作团队，也有很多工作部件需要单独监控和调整。“我们还必须与天气变化作斗争。”

虽然博克斯峡谷的平均流速是26400立方英尺每秒，但春天的融化和初夏的降雨可以使这一水平达到80000立方英尺每秒甚至更高。在这种罕见的高度，操作人员会停止涡轮机，打开大坝的水力闸门，让河水无拘无束地流过溢洪道。

河流的日常波动远没有那么剧烈，但仍然会有很大的变化。为了应对这些变化，操作人员不断监测大坝后的流量和水位。他们利用这些信息通过调节涡轮机的导水门来控制流经大坝的水流，导水门是一扇打开让水进入涡轮机的大门。目标是使发电量尽可能接近最大值，同时保持河水水位尽可能稳定。

收集发电过程中涉及的关键数据在很大程度上也是一个人工过程，操作员需要手工记录仪器读数。由于没有电子网络来共享数据，操作人员不得不将数据输入Excel电子表格，然后将硬拷贝分发给其他部门。例如，采购员工使用每月趋势数据来帮助计算电力合同。

“我们所有的系统都过时了，”博登说。“而且自从核电站建成以来，控制站和设备都没有进行过真正的升级，所以所有的东西都被磨损了。”

监管机构想要更多

最近，联邦能源管理委员会(FERC)在Box Canyon申请下一个半个世纪的许可证时，指出了现代化的必要性。联邦能源管理委员会颁发了许可证，但规定核电站必须投资升级，以符合最新的联邦标准。“我们需要最先进的自动化来满足我们的所有要求，从集成控制到实时报告再到工厂安全，”Borden说。

在项目开始之前，Borden和他的团队计划向罗克韦尔自动化提供工厂所需的综合控制解决方案。Borden指出，“我们已经投资了四个Allen-Bradley SLC控制器，每个涡轮机的调速器叶片控制系统各一个，因此我们对罗克韦尔自动化有一些经验。”

Pend Oreille公用事业区选择了PlantPAx过程自动化系统，这是一种集成控制和信息解决方案，将分布式控制系统的功能与过程信息的访问相结合，帮助实现工厂范围的优化。PlantPAx解决方案在Box Canyon的实施是分阶段进行的，与其他1.5亿美元的项目一起进行。该地区必须在升级期间继续发电，始终使用四台涡轮发电机组中的三台。一个机组已经更换，第二个机组正在更换中。

这个过程包括拆卸装置直至其混凝土基础。然后安装新的涡轮机和发电机，以及新的开关设备、继电保护系统、泵和管道。

PlantPAx解决方案为每个单元包括两个Allen-Bradley ControlLogix pac(可编程自动化控制器)。一个控制涡轮机调节系统，另一个处理一般单元控制，辅助泵，停止和启动发电机。在控制室，一系列FactoryTalk View管理版人机界面通过以太网/IP为操作员提供有价值的信息和诊断。FactoryTalk SE服务器软件整合了来自水力发电机组的HMI数据，使Box Canyon运营商能够从中心点监控和管理系统参数，如河流海拔和流速。FactoryTalk history SE提供集中的数据、事件和警报数据库。

“PlantPAx系统架构还通过以太网/IP开放了pac与第三方设备之间的通信，因此每个需要的人都可以立即获得有价值的信息，”Borden说。

结果

新系统通过允许对涡轮机和发电机系统进行更精确的监测，帮助提高了电厂的发电效率。反过来，操作人员可以更早地发现并纠正问题，例如发电机的高温或冷却系统的低流量。

Borden表示:“现在给出具体数字还为时过早，但我们预计，一旦整个项目完成，可靠性和单位正常运行时间的提高将降低运营成本。”运营商还将能够执行他们目前没有时间的额外维护任务，比如从进水口挖出垃圾。ControlLogix控制器和FactoryTalk软件使我们能够捕获更多的实时信息，并保留它以供将来分析和趋势。系统数据也会自动发送到公司的网络数据库，这样其他部门就可以很容易地访问这些信息，而不是在打印出来的数据中闲逛。”

FactoryTalk资产中心软件提供的安全功能还支持NERC CIP(北美电力可靠性公司关键基础设施保护)规定要求的直接报告和文件。一旦涡轮发电机项目完成，博登和他的团队计划充分利用新过程控制系统提供的远程监控功能。该公用事业区在Box Canyon外运营着一座较小的水坝和泵站，并计划改善它们与该地区SCADA系统的连接。

Borden说:“我们的新流程能力将允许该地区从一个中心位置监控和操作远程站点，从而节省劳动力和旅行成本。”

该公司的议程上还有另一项对俄勒冈人来说很重要的设施:在大坝上增加一个鱼类通道系统。这将保护鳟鱼和其他物种在下游和上游的旅程。

Jason Wright，罗克韦尔自动化工厂PAx产品经理

关键概念:

• 传统发电设施需要更新，这通常是受到监管要求的推动
• 当前的控制系统可以取代繁琐和昂贵的手工报告过程

在线:

• 了解更多关于Box Canyon和Pend Oreille县公用事业区的信息，请访问www.popud.com
• www.rockwellautomation.com

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