關于水電廠自動化系統改造要點探索

陸文亮

（天生橋水力發電總廠，貴州 興義 562400）

1 水電站自動化系統概述

隨著我國經濟的快速發展和人民群眾物質文化生活水平的不斷提高，社會對電力的需求日益增強，對電能質量的要求也越來越高。電力行業長期存在自動化水平低下，難以滿足社會對高質量電能的要求，為了提高電能質量和發電效率，需對老式水電站以人工操作為主的控制模式進行以計算機監控系統為基礎的綜合自動化系統改造；對新建水電站應按綜合自動化要求進行設計并實施，使水電站逐步實現少人值班，最終達到無人值班(或少人值守)的目標。根據國家電力體制改革的要求，實現水電站的綜合自動化系統控制，以滿足市場競爭的需要。

2 基礎自動化系統改造要點及原則

2.1 調速器

為了解決調速器存在的諸多問題，結合天生橋二級電站現場，根據調速器接力器不串油、漏油，油壓裝置不漏氣、自動控制回路完好的實際。經過研究,確定選用調速器的原則:(1)設備須有高度的可靠性和一定的先進性。(2)能夠很好的與微機監控系統進行連接。(3)具有較高的性能價格比。(4)運行操作簡單,維護工作量小。經過充分的論證比較，從安全及技術先進性、發展方向，運行操作簡單,維護工作量小考慮。如TDBWT型調速器是目前國內比較先進的新一代的調速器，這種調速器具有結構簡單、速動性好、可靠性高,維護工作量少(基本上可實現免維護),既可通過常規方式與計算機監控系統連接,也可通過串行通訊方式與計算機監控系統連接,符合整體的發展要求。

2.2 勵磁系統

確定選用勵磁裝置的原則。(1)設備須有高度的可靠性和一定的先進性。(2)能夠很好的與微機監控系統進行連接。(3)具有較高的性能價格比。(4)運行操作簡單,維護工作量小。經過充分的論證比較，從安全及技術先進性、發展方向，運行操作簡單，維護工作量小考慮。如廣州電器科學研究所研制的FL-2型微機勵磁裝置。這種勵磁裝置可靠性高，維護工作量少，既可通過常規方式與計算機監控系統連接，也可通過串行通訊方式與計算機監控系統連接，符合整體改造要求。可有效確保勵磁系統安全可靠運行。

2.3 自動化測量元件

自動化測量元件選型配置是否合理將直接影響到機組的安全穩定運行及微機監控系統改造的成敗。我站對自動化測量元件選型配置的原則是:高可靠性和先進性、維護方便、高性價比、標準化和系列化。

3 微機監控單元的改造設計及選型

在完成基礎自動化系統改造后,開始全面進行計算機監控系統設計選型、安裝完成進行調試后投入運行。

3.1 計算機監控系統的主要監控對象及全廠需要監控的信息量。

3.2 選用微機監控系統的原則及要求

(1)按照無人值班(少人值守)的原則，既要實現站內的監控，又能實現遠程監控。(2)監控系統須有高度的可靠性和一定的先進性。(3)應采用成熟的、可靠的、標準化的硬件、軟件、網絡結構且有足夠的備品備件和技術長期的服務支持。(4)監控系統軟件應采用模塊化、結構化設計,保證系統的可擴性,并滿足功能增加及規模擴充的需要。系統應具有冗余容錯設計,不會因局部的故障而引起系統誤操作或降低系統性能。各LCU應能脫離主控級獨立運行。(5)選用全開放、分布式的系統結構,系統配置和設備造型應適應計算機發展迅速的特點,具有先進性和向上兼容性。(6)監控系統必須響應速度快,可靠性和可用率高,可維護性好。(7)監控系統實時性好,抗干擾能力強。(8)監控系統應有與工業電視系統、火災報警系統、閘門監控系統、大壩監測系統、水情測報系統、機組狀態維護系統等通信的接口。(9)具有較高的性能價格比。

結合現場實際情況，天生橋二級電站采用SIEMENS S7-300 PLC作為現地控制單元，采用PROFIBUS-DP現場總線通信控制方式，全站設備實現遠程監控功能。

4 監控系統結構改造設計與選型

4.1 監控系統設計原則

(1)電站按無人值班（少人值守）原則設計。(2)電站自動化系統應滿足中國南方電網調度自動化的要求。(3)電站采用全計算機控制，不設常規布線邏輯控制設備。(4)計算機監控系統應具有可靠、完善的監控功能，良好的開放性，以確保系統的可擴展性和移植性，保護用戶的硬、軟件投資。(5)計算機監控系統應具有容錯功能，主要控制設備采用冗余配置。(6)計算機監控系統采用分層分布式結構，保證系統中任何局部設備的故障均不影響監控系統總體功能的實現。(7)監控系統中的現地控制單元和各就地設備應能獨立工作。

4.2 監控系統目標

(1)對電站主要設備進行監視和記錄。(2)對電站主要設備實施自動控制或直接控制。包括機組的開/停機、有功/無功調整均由計算機監控系統完成。(3)機組事故緊急停機、公用設備的啟/停及自動切換操作由計算機自動完成，無須人工干預。(4)實現電站運行管理自動化。(5)對重要故障和事故進行語音報警及電話報警。(6)實現與上級調度部門的通信。電站的主要控制和監視功能均能在上級調度部門實現。(7)電站按“無人值班”（少人值守）設計，待條件成熟時，逐步過渡到無人值班、關門運行。

4.3 設備選型

本電站計算機監控系統分為集控中心、廠站控制級、現地控制級三層。

集控中心設備包括：主機兼歷史數據庫服務器、操作員工作站、工程師/培訓工作站、GPS時鐘裝置、網路設備、打印機等

廠站控制級設備包括：SCADA兼AGC/AVC主機、歷史數據庫服務器、操作員工作站、工程師/培訓工作站、網關工作站、廠內通信工作站、報表及電話語音報警工作站、GPS時鐘裝置、網絡設備、打印機、UPS及便攜計算機等。

現地控制級設備包括：現地控制單元（25套）。

天生橋二級水電站計算機監控系統選用SSJ-3000型水電廠計算機監控系統，采用基于UNIX操作系統跨平臺的全分布開放系統結構的NC2000監控系統軟件。

5.輔助設備自動化改造

進行水電廠輔助設備的自動化改造，對其系統設計、優化配置和適應性方案的研究是改造成功與否的關鍵。

5.1 改造方案探討

目前，國內水電站輔助設備的控制有統一的集中控制操作和分散控制集中管理兩種模式。由于其分散性和差異性特點，如果采用集中控制的改造方案存在如下弊端:（1）線路改造量大、人力、物力消耗大；（2）集中控制的面越寬、量越大，一旦控制系統故障，其影響和造成的后果也越嚴重，對故障的分析和處理也造成困難，而不象分散控制系統可以將這種風險限制在較小范圍。因此，分散控制集中管理的模式，是輔機控制的首選方案。在確立控制模式之后，應嚴格以“無人值班(少人值守)”技術要求為依據制訂相應改造方案。首先，測控裝置本身必須是可靠性高、具有完善功能的獨立智能系統，能夠滿足一切運行需要，有完善的保護功能，具有故障識別和自診斷能力，而所有的測控元器件也應在相應惡劣環境下滿足長期運行和高可靠性要求。同時，能及時準確地將系統各種信息送入計算機監控系統作集中管理使用，而計算機監控系統應能通過或跨越輔助設備控制核心間接或直 接對控制對象進行操作，以便在現地控制系統出現異常又不能及時趕到現場處理時緊急遠方干預，而避免故障或事故進一步擴大。只有達到這些技術要求，才能解除運行維護人員的顧慮 ，為真正實現“無人值班(少人值守)”目標創造條件。

5.2 關于系統優化配置

要實現上述方案的要求，系統的優化配置顯得尤其關鍵。(1)系統控制核心的確立：可編程序控制器是作為水電站輔助設備控制核心的最理想對象，其特點是在惡劣的環境中具有高可靠性和長壽命，用計算機替代繼電邏緝、用程序替代硬件 布線且編程方便；同時，其通訊能力和模塊化配置使系統與計算機監控系統信息交換和物位量測量、跨越控制等很容易實現，且其也可以很輕松地完成對自身和系統元器件進行故障識別和診斷的任務。(2)關于壓油系統外圍元器件配置:壓油裝置的壓力測量應采用先進可靠的壓力變送器，其信號通過量值轉換整定后，可以獲得監控需要的連續、準確可靠的壓力值和整定值;同樣，壓油罐和回油槽油位的測量應采用液深變送器以替代傳統的浮子信號器來實現。二者共同作為壓油罐壓力、油位及補氣過程的控制依據；而系統還應配置一只壓力開關作為事故低油壓的冗余出口元件。需要說明的是，許多電站的壓油裝置不能可靠地實現自動補氣，多次改造補氣閥也無明顯改善，其原因并非只在補氣閥本身，而在于應有一個略高于額定油壓的穩定氣壓和可靠的油位信號，以及由油壓和油位共同參與的補氣控制流程。(3)關于排水系統外圍元器件的配置:由于集水井水質清潔條件差，有較多雜質、油污、腐蝕性化學成份，淤積現象也時有發生，這些情況對液位測量的準確性均會產生影響，而這將直接降低排水控制系統運行的安全可靠性，甚至可能造成水淹廠房的惡性事故。因此，其液位測量元器件配置必須嚴格把關，采用適宜惡劣環境且有高可靠性的液深變送器和不同測量原理的液位開關共同完成測量任務，同時，軟件上應將兩路信號經自檢和互檢作有效性判別后再作為集水井水位控制的依據。由于水泵電機啟動不頻繁，工作周期相對較長，其控制保護可采用先進可靠的接觸器組件實現，對于功率較大的電機則最好使用軟啟動器完成。另外，水泵 的出水監視、深井泵的潤滑水監控、離心泵的灌水控制等，其監控元器件的配置均應具備 良好的適應性和可靠性。(4)關于壓縮空氣系統外圍元器件的配置:壓縮空氣系統的測控包含下列內容:氣罐壓力測控、空壓機出口壓力監測、氣缸溫度監測、冷卻水監控、空壓機卸載啟停以及氣系統各級氣罐、氣水分離器的自動排污控制。這些測控元器件均應先進可靠，任何一種元器件故障都會導致系統無法正常工作。還有一點值得注意，整個儲供氣罐、管路良好的密封性是壓縮空氣系統正常運行的先決條件。

結束語

以上是我對水電站自動化改造的一些看法，提出來供同行探討指正，以起到拋磚引玉的作用。期望通過大家的共同努力，使水電站的自動化運行水平得以提高，為水電廠實現“無人值班(少人值守)”目標提供有力保障。

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