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电拦鱼与可持续发展
发布时间:2018-4-26 阅读:1346次  

具备互联网结构的智能电拦鱼系统
一 前言
解决水质安全与渔业养殖可持续发展是关系我国渔业发展、渔民增收、食品安全和维护生态的全局性重大战略问题。实现江河、湖泊、水库大区域生态养殖的具备互联网结构的智能电拦鱼系统是这项工作得以保障的核心要素,是解决水质安全与渔业养殖可持续发展的命脉。
党的十八大指出“面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势,必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念,把生态文明建设放在突出地位,融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程,努力建设美丽中国,实现中华民族永续发展。
我国自1910年云南石龙坝水电站开工兴建以来,水电发展经历了艰难而辉煌的百年征程。目前,已建在建30米以上的大坝近5200座,其中坝高100米以上的大坝140多座,水电装机容量突破2亿千瓦。我国在水电规划设计、施工、运行管理、主要机电设备制造等方面已形成较为完备的产业技术体系,形成了具有中国特色的水力发电成套技术,创造了世界水电工程史上的多项第一,包括超高坝筑坝、高水头大流量泄洪消能、超大型地下洞室群开挖与支护、高边坡综合治理以及大容量机组制造安装、大型抽水蓄能电站建设等水力发电成套技术,水电装机容量和年发电量稳居世界第一。我国不仅是世界上水电装机规模最大的国家,也是在建规模最大、发展速度最快的国家,水电科技水平已跻身国际先进行列,并且在高坝工程技术领域处于国际领先地位,引领着国际坝工技术的发展方向。水电科技国际先进并不意味着所有难题和挑战都获得解决。中国水电工程顾问集团公司副总经理周建平介绍:“我国水电资源时空分布特点决定了水电开发面临挑战的独特性和复杂性。”他介绍,我国水电建设任务重,建设条件复杂,技术要求高,水电开发主要面临以下四类问题。其中就有水电开发与生态环境保护之间的协调关系问题,明确指出:“在未来水电建设中,要更加重视保护生态环境,加强拦鱼电栅技术的应用。”我们在建设水力发电的同时,除了保持鱼道畅通外,解决游鱼的导向、避免鱼进入发电进水口引起电力设施的损坏和鱼自身的受害的问题,是水力发电与生态保护得以持续发展的重要措施。
 
二 电拦技术
1. 国内外技术现状
为解决大量鱼类通过各种进水口、出水口进入电站,一般采用网拦、格栅,竹箔等,但这类机械性拦鱼设施都具有较大的阻水面积,易被污物和鱼类堵塞,影响电站正常的进、排水,进而影响电站的安全运行。电栅是有效、安全且先进的拦鱼、导鱼设施,即在水中按照一定距离布置一些电极,通过电流,在水中拦鱼断面上形成一定强度的电场,利用电场对鱼类的恐吓和驱赶效应,达到拦鱼、导鱼的目的。通过布置电栅而产生无形的水下电场,能从根本上客服有形机械性拦鱼设施的局限性。许多发达国家,在建设水力发电的同时,十分重视鱼道和电拦设施的建设,如:美国、挪威、日本、西德、瑞士等国已将鱼道、电拦作为水利发电工程不可或缺的部分。下面是部分国家水力发电工程电拦设施的应用履历表。

国家
起始年
电拦设备特点
主要指标
耗电量
安全性
说明
美国
1946
交流电
设备笨重
1950
宽度固定脉冲
设备重,对电网有干扰
1980
宽度可控脉冲
设备轻、对电网无干扰
挪威
1966
宽度固定脉冲
设备重,对电网有干扰
1985
宽度可控脉冲
设备轻、对电网无干扰
瑞士
1968
宽度固定脉冲
设备重,对电网有干扰
1982
宽度可控脉冲
设备轻、对电网无干扰
苏联
1952
交流电
设备笨重
1958
宽度固定脉冲
设备重,对电网有干扰
中国
1968
宽度固定脉冲
设备笨重,对电网有干扰
1978
宽度固定脉冲
设备重,对电网有干扰
2012
宽度可控脉冲
设备轻、对电网无干扰
然而,这类电拦设备仍然存在如下问题;
Ø  设备工作效率。
Ø  常年不间断的工作方式。
Ø  大区域控制。
Ø  设备使用安全性。
Ø  设备工作噪声污染。
Ø  远程监控。
2. 具备互联网结构的智能电拦鱼系统
在互联网时代的今天,具备互联网结构的智能电拦鱼系统产品,在技术上采用了底层总线网络结构的设计,终端采用互联网端口设计,同时采用热冗余技术,解决了上述技术难题。
 2.1 系统组成
“具备互联网结构的智能电拦鱼系统”系列产品由计算机、主控机、智能电源、节点机和电极以及传输线组成。
其拓扑结构如下:
该系统主控机和多个用于控制拦鱼的节点机组成CAN总线局域网络结构的电拦鱼系统,最大有效可控长度达10公里。
 2.2 工作原理
主控机通过CAN总线接收来自节点机水流速和水电导数据,自动计算出有效拦鱼的脉冲频率,并向各节点机发出脉冲振幅、频率信号,使CAN总线挂接的各节点机通过连接的电极在水下产生有效的脉冲电场,迫使鱼类产生回避反应,以防止鱼类逃跑。该拦鱼系统由拦鱼机对多个节点机实行统一监控,减少拦鱼失控时间和缩小拦鱼死区,还具有自动适应各种水域的能力,采用热插拔维修方式和自切换功能,使拦鱼效果更好,并具有长期免维护性和长年连续不停机工作的能力。
 2.3 特点(目前国内同类产品中唯一具备的技术特点)
工作方式:  自适应频率调节。即主控机工作时可设定为自动模式。设备根据水下电导率测试自动调整频率和脉冲宽度。
热备份模式:设备更换不影响电拦鱼系统的正常工作。
 GS-2C属传统的2台增强型电拦设备的插拔式模块结构,任何时候都保证1台的正常工作,内部按一定时间自动切换。
 一旦某模块出现故障,主控机和计算机都将给予报警和提示,同时自动启用有效模块,使电拦系统处于常年连续的正常工作。
 由于采用了插拔式模块结构。所以,操作员可直接拔下插头进行模块更换。
低噪声:    ≤20db,系统噪声无法察觉。
控制距离:  不受限制。
计算机监控:【可选】计算机监控系统将实时显示电拦鱼设备的工作状态,并对有故障的设备给予文字说明,便于更换(详见用户手册)。
远程监控:【可选】通过互联网,4G手机或计算机可在任何地方对拦鱼系统进行监控。(设备性能、现场视频等)
低功耗:  采用电场积分回收技术,在同等作用效力的情况下,本设备的耗电是传统设备的十分之一。
 2.4 技术指标
内 容
指  标
注 释
系统工作电源
180V.AC ~ 260V.AC
无需交流稳压源
系统承受耐压
3KV
 
系统绝缘特性
10MΩ
工作人员可触摸
主控机环境温度
-45 ~ +85℃(工业级)
无需制冷或加热设备
节点机环境温度
-55 ~ +150℃(军工级)
野外环境中无需遮挡
主控机平均耗电
≤0.015度
 
节点机平均耗电
≤0.2度
 
转换效率
≥95﹪
 
最大脉冲功率
N×259200 W
 
最大可控面积
N×420 M2(淡水)  N×280 M2  (海水) 
负载能力
 >0.5 Ω
 
最大流速
3米/秒
 
自保护
电极短路响应时间≤0.5S
 
短路失效方式
局 部
 
自恢复时间
<0.1 秒
短路消除
脉冲频率控制方式
自适应
 
节点机防水等级
IPX6
 
系统工作噪音
≤20db
 

 2.5 技术成熟性
该项目属环保和农业科技领域,以技术体系、设备性能创新为研究内容。国内外率先创建了以局域网为基础的电赶/拦鱼分散控制技术,以及互联网为依托的跨区域监控管理的网络结构的智能电赶/拦鱼技术成果。集多学科综合技术,实现了大区域控制、长效工作、使用安全、无噪环境和远程监控的科技创新,也为未来新技术发展打下坚实的基础。
可广泛应用于维护水生鱼类的保护,避免水力发电的负面影响,同时,解决了渔业大面积生态养殖的瓶颈问题。是水质恢复、环境保护、发展生态养殖、保护水电设施的一项重要手段。为实现行业、国家标准做贡献。已获得国家发明专利和通过重庆计量质量检测研究院的检验。
具备互联网结构的智能电拦鱼系统产品,已得到新疆维吾尔族自治区环保部门的高度认可,在新疆的各水利发电站只要没有安装此设备,将不允许发电。同样,得到黑龙江省农垦地质勘测研究院、广州水利水电研究院、广西水利水电研究院、贵州水利水电研究院、河南省水利局等单位的大力举荐。
同时,本系统受到大唐电力集团的高度赞扬,和中广核阳江核电站技术部门的高度重视。
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