根据中国教育国际交流协会和日本国际研修交流协会达成的协议，水利部组织了由5人组成的研修团，于1996年5月21日至6月18赴日本东北电力株式会社(以下简称东北电力)，进行了为期4周的研修，主要学习和了解水力发电自动化方面的技术。
    一、东北电力概况
    东北电力成立于1951年5月，成立时资本金为9亿日元，到1995年底，资本金已达2514亿日元，为成立时的279倍。现有职员14581人，为日本东北地区最大的企业，供电面积约为日本总面积的1/5，供电人口约占全国人口的1/10。
    公司本部设在日本东北最大的城市——仙台市，下设有地域交流部、人才开发部、企划部、广报部、关连事业部、总务部、用地部、劳务部、经理部、资材部、燃料部、营业部、配电部、电力系统部(下设有中央给电指令所)、土木建设部、火力部、原子力部、情报通信部、研究开发中心、研修中心、综合技术训练中心、送变电建设中心等二十多个部门，负责公司的各项业务，公司下属各火力发电厂与核电厂均由公司本部的中央给电指令所直接进行调度。本部以下，在东北地区的六个县及新泻县均设有支店，负责各县的业务，另在东京设有东京支社。
    各县支店以下又设有支社、营业所、给电指令所、情报通信所等十几个部门。各县范围内的水力发电站、变电站均由支社管理(阿贺野川一只见川河流上的第二沼池抽水蓄能电站，因其装机容量达46万kW，因此也由公司本部的中央给电指令所直接调度，但具体控制仍在当地的控制所内；各支社所管辖范围内的电站、变电站数量不等，职工人数也不等，下设科室也有所差异。我们参观的会津若松支社，为东北电力下属最大的支社，下设有总务课、用地课、配电计划课、配电技术课、工务课、土木课、大坝管理所、会津技术中心、会津控制所、会津情报通信所等职能部门，其中控制所是水电站、变电站无人值守控制系统的核心，承担着所辖范围内各水电站、变电站、大坝的远程控制和运行任务。
    到1995年底，公司拥有各类电站230座，装机容量1241万kW(地热发电与风力发电未统计在内)，约占日本全国总装机容量的7%，在全国十大电力公司中居第5位，其电源构成情况(以发电量计算)为：核电21%，水电18%，煤炭发电18%，天然气发电27%，石油及其它能源发电16%。公司有水力发电站213座，装机容量244万kW，约占全国水电总装机容量的8%，在十大电力公司中居第4位，水电站多为中、小型电站，装机容量在3万kW以上的电站只有21座，其中装机容量最大的水电站为第二沼池抽水蓄能电站，装机46万kW，常规电站装机最大的为宫下水电站，装机9.4万kW。公司所辖范围内共有52座大坝，其中坝高大于15m(日本称之为高坝)的有30座，低于15m(日本称之为准用坝)的有22座，赤川水系梵字川河流上的八久和大坝为其所管理的最高大坝，坝高97.5m。火力发电站16座，装机容量862万kW，约占全国火电总装机的8.4%，在全国十大电力公司中居第5位；核电站1座，装机容量135万kW，只占全国核电总装机的3.6%。公司拥有变电站536座，总容量4826万kVA，输电线路长1.4万km，配电线路长12.9万km，其电网北部以250kV直流海底电缆与北海道电网相连，南部以500kV交流线路与东京电力电网相连，三者之间可互补余缺，在东北电力的供电范围内，其电压等级主要有500kV、275kV、154kV、66kV。1995年总售
电量达638亿kWh，综合网损率为9.4%。
    二、东北电力的水力发电自动化基本情况
    东北电力在进行自动化改造时，是把水电站与变电站同等对待的。公司从1969年开始，制定综合自动化(综合自动化就是指无人值守)计划，其目的，一是大幅度减少运行管理人员，由于水电站数量较多，运行管理人员多，因此实现无人值守化后可大大减少公司的人员费用支出；二是便于电站的维护、检修的集中管理；三是可大大减少由于人力因素造成的失误，提高设备完好率，保证供电质量。
    1970年，有66座水电站、33座变电站实现无人值守化，设6个控制所，无人值守率为17.2%；1975年，有141座水电站、257座变电站实现无人值守化，设72个控制所，无人值守率为66.2%；1980年，有204座水电站、411座变电站实现无人值守化，设46个控制所，无人值守率为96.5%；1985年，有206座水电站、443座变电站实现无人值守化，设40个控制所，无人值守率达98%；现在，213座水电站全部实现了无人值守化，536座变电站中，除3座500kV的变电站因其特别重要而采用有人值守外，其余533座变电站均实现了无人值守，共设有控制所36个，无人值守率达99.6%。
    从上面的发展进程可以看到，1970到1980年的十年，是无人值守化迅速发展的十年，同时，随着无人化率的逐步提高和逐渐采用性能更好的计算机，一个控制所控制的发、变电站的数量也越来越多，控制所的数量逐渐减少，到1995年底，东北电力共设有36个控制所对所有水力发电站和变电站进行远程监控，形成了中央给电指令所(设在仙台)→县给电指令所(东北六县及新泻县每县各1个，共7个)→控制所(36个)→发电站、变电站、大坝(水电站213座、变电站533座、大坝52座)这样一个由上而下的控制系统(其中会津控制所由于控制的电站、大坝较多，直接由中央给电指令所进行控制)。
    1.中央给电指令所与各县给电指令所
    中央给电指令所是整个电力系统的指挥中心，主要是根据气象、环境、季节等各种因素的变化，及时对整个系统的电力需求进行预测，作出整个系统的日、周、月需求运行计划，进行电网潮流计算和调整，电网电压、频率监测和控制，负荷的经济分配，并对系统运行的各个参数进行监测、统计、分析和处理，还进行预想事故的计算和拟定处理方案，制定整个系统电力设备的维修计划，并负责与其它电力公司的电力交换和协调工作。中央给电指令所主要监控公司154kV以上线路的运行情况，其指令通过通信设备发往各县给电指令所、会津控制站、各火电站、核电站。
    各县给电指令所，主要是根据中央给电指令所发来的计划和指令，进行本县范围内电网的电力潮流计算和制定系统运行计划，拟定事故处理措施，对本县电力系统进行监视、操作、电压调整、数据记录和统计，并负责本县电力设备的维修、更新等。各县给电指令所主要监控县内66kV和33kV线路的日常运行，同时通过下属的控制所对所辖范围内的各无人值守发电站、变电站、大坝进行远程控制。
    2.控制所
    无人值守水电站，都是在控制所内对电站的运行情况进行远程监控，可以说，控制所是无人值守系统的核心，其主要功能：一是数据采集和处理，实时从大坝和水电站采集数据并对其进行分析和处理，还进行系统运行参数的计算；二是对电站机组及各种变电设备、引水闸门、大坝放水闸门等进行远程操作；三是监视各电站和大坝的运行状况。控制所根据各县给电指令所下达的指令(会津控制所直接接受中央给电指令所下达的指令)，对所管辖的水电站进行控制，同时根据各大坝来水情况及下游用水情况，对大坝放水闸门进行适当的操作。
    控制所的人数与所控制的发、变电站及大坝的数量有关，较小的控制所有20至30人，较大的能达到100人左右。我们参观的会津控制所，为东北电力最大的控制所，控制的大坝有11座，水电站27座，变电站18座。控制所的地点一般设在城内，与各发电站之间的最远距离为汽车2小时内到达(日本法律规定必须这样)。
    控制所对所控制的电站的监控方式为分层分布式。控制所的核心为两台监控用工控机(其中一台备用)，在控制室内还设有一块马赛克摸拟屏，主要用于显示各电站、大坝的运行情况；人机接口部分一般设有3个CRT控制台(会津控制所为6个)，其中一个CRT作为故障检修时备用，与计算机相连的还有打印机，既可以定时打印，也可以召唤打印；在控制所内还设有远程监视控制装置，其作用是将控制所内的控制命令转换成通信装置能接受的信号送到发、变电所和大坝控制室，同时，接受通信装置传来的监视信息及数据，并转换成计算机可接受的信号。
    3.大坝设备的自动控制
    在东北电力管辖下的坝，均只有单一发电功能，因此，其大坝设备的运用较为简单，控制的主要内容为：大坝放水闸门的启闭操作、引水式电站取水量自动调整操作、多雪地区积雪控制和排除装置的操作、大坝泄流量的自动调整等。
    大坝控制方式主要有四种：
    (1)机侧控制，在闸门旁边设置操作盘，直接对设备进行控制，操作盘设有手动、自动(远控)转换装置，可在控制所内或现场进行转换；
    (2)直接控制，在大坝旁边设有控制室，控制室内没有自动监视控制装置，可以设定在直接控制档，在控制室内对闸门操作盘进行人工控制；
    (3)远程控制，将控制室内的自动监视控制装置设定在远程控制档，通过设在大坝控制室内的远程监视控制装置，可在控制所内对大坝闸门进行远程操作；
    (4)自动控制，大坝控制室内的自动监视控制装置设定在自动控制档，则可根据测定的水位等数值，通过演算和判断，确定出是否打开或关闭闸门、闸门的开启高度值等，然后自动向闸门操作盘发出操作指令。达种方式不需要人进行操作。
    上述四种操作方式，在各大坝都同时并存，其优先顺序为：机侧控制→直接控制-→远程控制→自动控制，在实际运行中以远程控制和自动控制为主，发生故障或检修时进行机侧控制和直接控制；
    随着控制所管辖的大坝、发变电站的数量越来越多，在洪水来临时，难以及时控制大坝的运行情况，为防止因此而发生意外情况，在部分较大的控制所下还设大坝管理所，对部分大坝进行管理，以减轻控制所的压力。在大坝管理所内设有ITV系统，可观察到大坝各部分的运行状况，并可对大坝进行远程控制。平时大坝管理所无人值守，只是在洪水来临时才有人值班。
    4.发电站的自动控制
    发电站监控方式的构成依电站建设时期不同而不完全一样。其主要方式有：远程监控装置-→控制盘→机器(执行机构)。电站内的远程监控装置与控制所内的远程监控装置功能类似，从控制所发来的控制命令由它传送给控制盘，发电站的各种信号、数据也通过它传送给控制所；较老的电站，机组控制盘一般都采用可编程控制器取代原电磁式继电器，硬线连接逻辑控制(即PLC盘)，同期装置采用双频率表、双电压表及同步表构成，既可手动也可自动。
    发电站主要设备的控制既可在控制所内远程控制，又可在发电站内直接控制，两种方式可通过控制操作台和发电站控制盘上的切换开关进行切换，辅助设备如空气压缩机、排水泵、油泵的控制均设计为发电站内自动运行。
    5.通信系统
    东北电力的通信系统由微波、光缆、卫星、通信电缆、通信线载波、电力线载波及通信管理系统等部分组成。
    (1)通信系统的组成及管理
    微波：到1994年底，东北电力设有微波站135个，通道长3600km，组成了一个大容量、多回路、高可靠性的完整的微波通信网。目前微波设备正处于更新和扩大网络的阶段，并从模拟式向数字式发展，70%已使用数字式微波，其最高传输速度为32Mbps。微波主要应用在公司本部与各核电站、火电站、各县支店、各控制所之间的联系以及各县支店与营业所之间的联系。
    光缆：到1996年3月底，东北电力建有光缆站252座，光纤长8d00km(其中主干线长2700km，支线5700km)，光缆目前已经成为东北电力的主要通信手段。主要采用了两种光缆，主干线采用架空地线复合光缆，采用TDM方式，最大传输速度为100Mbps，主要使用在东北电力本部与各大电站、核电站、各县支店、各控制所之间；支线使用配电线添加光缆，采用TDM方式，传输速度为32Mbps或8Mbps，主要使用在各县支店与营业所、各控制所与所控制的发、变电站之间。
    卫星通信：为防止灾害对通信的影响，东北电力还建立了卫星通信系统，由9个地面站组成，作为应急通道。卫星通信主要使用在东北电力本部与各支店之间。
    其它通信手役：东北电力的部分变电站和小型水电站仍使用电缆、电力载波等通信设备。
    在各控制所、电站中，有许多具有两种以上通信设备同时使用，以微波与光缆为主，其它通信手段作为备用。
    通信系统的管理：为保证通信系统的可靠运行，东北电力建立了一个由2个计算机中心(20台大、中型计算机)组成的综合通信网络管理系统(TOTEM——Ⅱ)，监控各通信设备，完成下列工作：一是系统管理，包括新建、扩建、改建工程的管理，故障、通信质量、运行环境监视，数据遥测、通信设备的遥控，通道组织、通道使用情况检索等；二是统计、计划及档案管理，包括运行情况的统计，设备台帐、维修费用、设备使用、通信系统档案等方面的管理工作。
    (2)通信系统的应用
    东北电力所建立的这样一个完整、高速、可靠的通信系统，主要用于完成下列六个方面的工作；
    电力系统的保护：用于迅速传送保护信号，缩小事故区域。主要传送各相启动电流、各相相位比较、方向比较等信号；
    电力系统的运行：承担调度自动化和无人值守化、变电站远程控制方面的信息传输工作；
    电力设备管理：用于移动通信、线路故障测距及调度用传真等方面的信息传送；
    综合办公自动化系统：用于办公自动化计算机网络的联网工作；
    联机系统：将各营业所的终端联入大型计算机，完成经营管理、配电及物资等方面的管理工作；
音视频传送：用于电话、电视会议等音视频信号的传送。
    三、研修的收获与体会
    1.了解了东北电力无人值守电站的基本情况
    东北电力无人值守电站技术，在日本乃至世界上都是比较先进的。通过一个月的研修，对东北电力无人值班电站的控制特点、系统构成、管理方式以及对老电站进行无人值守化改造的基本做法等有了较为全面的了解，对我们今后从事中国无人值守电站技术改造等工作将会有很大的帮助。
    东北电力在无人值守化改造过程中应用了一些新技术，如采用无刷励磁装置，以免去人工清扫炭刷磨损产生的炭屑这项工作；采用电机式调速器，以伺服马达传动取代液压传动，这种调速器主要用于1万kW以下小型机组；采用机组自动再起动装置，以便在送电线路出现暂时性故障引起机组停机时，故障消除线路恢复后自动起动水轮机，投入运行，一般也用在小型机组上；采用可编程控制盘(PLC)对机组进行远程监视控制；采用机组异常监测装置，在机组检修安装后的半年到一年的时间内，对机组的噪音、温度、振动情况进行监测，可报警和打印，并可将异常信号送到控制所，该装置既有移动式的，也有固定式的，容量较大的机组采用固定式。另外还有无给油轴承、机组主轴承防漏油方法、新型继电保护器等，通过对这些新技术的了解，可以为我们今后进行电站自动化改造时加以引进和借鉴。
    2.提高自动化设备的可靠性，是实行无人值守化必备的基本条件
    在研修和考察中，我们深深感到，水电站要想实现无人值守，必须以可靠的的设备为基础，基础自动化元件性能的好坏，直接影响到电站自动化改造后的效果。日本制造的设备质量好，可靠性高，运行时极少出现误动或拒动的情况，在无人化电站中很少出现由于自动化元件自身的可靠性问题而引起的故障，从而为实现无人值守化打下了坚实的基础。国内继电保护等自动化元件的可靠性与日本相比有较大的差距，且各厂家生产的产品质量差别很大，在实行无人值守化时必须下大力气提高国内自动化元件的质量和可靠性，并尽量选用可靠性高的元件。
    3.在进行自动化改造时要有明确的目的和周密的计划，并对电站的有关情况进行详细的了解，这样才能保证电站在运行中不会因为某些微小的失误而造成运行上的困难
    日本实行无人值守化的目的，首先是减少电站运行维修和管理人员，以节省人工费用，其次是提高设备的完好率和减少由于人为操作而产生的事故。这是因为日本人工费用很高，相比较而言，无人值守化技术改造投入的资金虽然较大，但在电站的有效使用年限内仍然是经济的。我们认为，在中国由于劳动力较多，且人工费用较低，因此在进行无人值守化改造时，目的应首先着眼于提高设备的完好率和可靠性，防止人为事故的发生，在具体实施中可首先实行少人值守，在条件合适时再进行完全无人值守化改造。同时，由于日本国土面积较小，河流较短，因此电站较为集中(我们参观的阿贺野川——只见川河流，干流长210km，仅东北电力公司所辖就有11座大坝、18座水电站，另外还有其他公司的大坝与电站)，且交通方便，因此易于实现在控制所内集中控制。中国河流较长，电站之间相距很远且交通困难，如要实行集中控制，一是控制所与各站之间的通信非常困难，投资很大，二是在一旦出现事故时难以及时赶赴现场进行处理，因此，如何进行集中控制，是我们要认真研究的一个问题。
    在进行电站自动化改造时，要对电站各方面的情况进行详细的了解，以便在拟定自动化改造时充分考虑各种可能出现的情况。这种调查主要包括：设想采用的自动控制监视方式，发电站及大坝、变电站各种设备的参数和运行状况，电站过去发生的事故的历史调查，电站未来的设备更新计划，发电站与送电系统的联系，自动化的保护、计量、监测、显示装置，控制设备的电源，电站的运行环境以及防火、防事故措施等等。特别是对在有人值班时，操作人员在某些情况下可能会作出下意识的操作而避免了事故，在自动控制系统中应能正确反映出这些情况，否则就可能引起事故。拟定自动化技术改造计划时一定要有电站现场操作人员参加。
    4.在设备方面注重标准化和实用性
    日本的电力行业有着详细而完善的标准，对水电站、变电站自动化作出了非常详细的规定，为实现自动化提供了必要的条件。在此基础上，东北电力对所用的自动化设备的性能、结构、操作等不断加强标准化工作。东北电力使用的设备，一部分是由东北电力与其它公司联合研制的，一部分是东北电力提出功能上的使用要求，由其他公司生产的，无论那种方式，其最后的产品都尽量使用标准化元件，同类产品从外型、结构、表盘布置等都尽量类似，从而为运行人员的培训、操作、设备维修管理提供了方便。而中国的中小水电，至今还没有一个自动化方面的标准，更说不上对自动化各个环节的详细的技术规定了，基本上处于各个电站各自为战的局面。我们认为，非常有必要集中部分水电技术人员和生产厂家，投入一定资金，拟定一个全国性的水电站自动化的标准，这样不仅有利于各电站技术改造使用标准化设备，以降低成本，方便操作、运行、维修，也可使生产厂家按标准进行批量生产，从而提高产品质量和可靠性，避免现在各电站在改造时各自到厂家订货，难以保证产品质量问题。
    东北电力在新建电站中尽量采用新的设备，直接按无人值守化的要求进行设计，以免今后再进行改造。在老电站进行技术改造时，东北电力并不是把以前的设备全部弃之不用，而是仅仅对某些接线或某些元件进行更换和改造，从而大幅度减少了更新改造的费用。在我们参观的几个电站中，除增加了无人值守化所必须的部分设备外，原有的设备基本仍在使用，甚至还有30年代的设备，按无人值守化的要求稍加改造后使用。现在我们有些电站在进行自动化改造口寸过多地追求高技术，而对可靠性重视不够。东北电力是把可靠性、安全性、实用性放在第一位，技术上只需保证无人值守化即可，并不作过高的追求，这种做法非常值得我们学习。
    5.高度重视技术人员的培训工作，是无人值守化电站安全运行的重要保证随着电站无人值守化的实现，一方面各控制所控制的发、变电站的数量越来越多，控制人员的责任越来越大，另一方面新招收的人员，又缺乏发、变电站实际操作管理和处理事故的经验，因此面临着技术人员缺乏的状况。为保证技术人员有足够的技术和经验去处理问题，东北电力非常重视技术人员的培养，耗资200多亿日元，建立了一座设施非常齐全的综合技术训练中心，从中央给电指令所的模拟到水电站、火电站、变电站的运行、安装和维修，配电设备的安装和检修，发、变电站及电网各种事故的模拟处理，均能在训练中心实习。为了加强基础理论的学习，中心还开发了计算机辅助教学系统，涉及水电站、火电站、输变电系统、土木结构等各方面与电有关的知识，并配有各种设备的照片，既可以直接在计算机上阅读有关的文字解释，也可以通过扬声器听讲解，学员可以从中心的任何一台计算机上调出自己要学习的内容，极大地方便了学员的学习，提高了学习的兴趣。
    东北电力规定新入社学员必须在中心经过4个月培训才能到相关部门工作，老职工每隔2至3年，都要到中心进行短期培训，以便更新知识，适应新的技术要求。
    四、对今后研修的建议
    1.我们认为，进行水力发电自动化研修是非常必要的。中国现在有大量的电站需要进行自动化改造，因此通过学习国外先进的技术和经验，必将对我们进行自动化改造产生很大的帮助。同时，及时了解国外新的技术、设备，在有条件的时候加以引进和吸收，会加快我们进行自动化改造的进程。因此，进行这样的研修是非常必要的，今后应继续开展这方面的研修活动。
    2.在研修期间，我们感觉到，虽然东北电力各部门的技术人员为我们准备了不少资料，但由于各部门之间缺乏协调，所给的资料缺乏系统性，并且在各地参观、讲解时有部分内容重复，部分内容讲解的深度也比我们的要求要低一些。在今后进行类似的研修中，一定要把日方的计划在事前进行详细的研究并提出修改意见，以充分利用有限的时间尽多了解一些情况，多学一些知识。
    3.在这次研修中，所安排参观的电站修建年代均较早。对其最新电站的设备情况未能实地参观，建议今后再研修时最好由我方提出到他们的新电站去参观。