自動(dòng)化技術(shù)在某小水電站中的運(yùn)用

溫卉

摘 要 水電站的綜合自動(dòng)化是建立在以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)之上對(duì)整個(gè)電站運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)控制，以達(dá)到提高小型水電站電能質(zhì)量和發(fā)電效率、使水電站逐步實(shí)現(xiàn)少人值班直至最終達(dá)到無(wú)人值班（或少人值守）的目標(biāo)。目前自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用逐步由大中型水電站向小型水電站拓展。文章以某小型水電站技改為背景，淺析了微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)在小型水電站中的應(yīng)用，說(shuō)明了水電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、配置、功能等特點(diǎn)，可供廣大同行參考。

關(guān)鍵詞 綜合自動(dòng)化；小水電；運(yùn)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）04-0104-02

水電站的綜合自動(dòng)化是建立在以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)之上對(duì)整個(gè)電站（甚至梯級(jí)電站或整個(gè)流域）從水文測(cè)報(bào)、機(jī)組啟（停）控制、工況監(jiān)視，輔助和公用設(shè)備的啟（停）控制、工況監(jiān)視，負(fù)荷的分配，直到輸電線路運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)控制，并能準(zhǔn)確地與上一級(jí)調(diào)度部門(mén)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信等全方位自動(dòng)監(jiān)測(cè)的控制系統(tǒng)。

隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)水平的日益提高，綜合自動(dòng)化技術(shù)在電力生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，大中型水電站目前已經(jīng)基本推廣了自動(dòng)化技術(shù)。隨著技術(shù)進(jìn)步和自動(dòng)化設(shè)備造價(jià)的降低，綜合自動(dòng)化技術(shù)已開(kāi)始運(yùn)用于小型水電站，以達(dá)到提高小型水電站電能質(zhì)量和發(fā)電效率、使水電站逐步實(shí)現(xiàn)少人值班直至最終達(dá)到無(wú)人值班（或少人值守）的目標(biāo)。

1 電站概況

某水電站為海豐縣梅隴鎮(zhèn)黃山洞水庫(kù)（中型）的附屬電站，于1987年建成，總裝機(jī)3×250 kW。該電站于2013年技改，技改后裝3臺(tái)GD007-WZ-60型水輪機(jī)，額定水頭14.5m，額定流量2.13 m3/s，額定轉(zhuǎn)速1000 r/min，額定出力272 kW，設(shè)計(jì)效率88.5%；配SFW250—6/590發(fā)電機(jī)，額定出力250 kW，轉(zhuǎn)速1000 r/min。電站總裝機(jī)容量為3×250 kW，配YWT型調(diào)速器，并引入相應(yīng)的自動(dòng)化控制技術(shù)。

2 電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)總體布局

該水電站的自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為三層，由頂向下依次為：水庫(kù)中心監(jiān)控層、電站級(jí)控制層、現(xiàn)地級(jí)控制層，見(jiàn)圖1。其中中心監(jiān)控層配置于水庫(kù)樞紐，負(fù)責(zé)對(duì)水庫(kù)樞紐進(jìn)行監(jiān)控。

圖1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)分層示意圖

各控制層配置如下：

1）水庫(kù)中心監(jiān)控層。水庫(kù)中心監(jiān)控層位于水庫(kù)調(diào)度中心，主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、其它相關(guān)監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)測(cè)控制軟件和視頻主機(jī)等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動(dòng)化系統(tǒng)屬水庫(kù)樞紐自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，本電站的電站級(jí)控制層負(fù)責(zé)與水庫(kù)中心監(jiān)控層通訊交換數(shù)據(jù)、指令。

2）電站級(jí)控制層。電站級(jí)控制層位于電站控制室，主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器1臺(tái)，工作站2個(gè)，打印機(jī)1臺(tái)，UPS電源1臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。電站級(jí)控制層設(shè)備與現(xiàn)地控制單元（LCU）間采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。操作站為兩臺(tái)互為熱冗余工作站級(jí)計(jì)算機(jī)組成，完成對(duì)全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機(jī)聯(lián)系等功能，其軟件系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)WEB發(fā)布模塊接口。

3）現(xiàn)地級(jí)控制層。現(xiàn)地級(jí)控制層采用可編程控制器（PLC）為核心的控制單元（LCU），構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)收集生產(chǎn)過(guò)程中的信息，并執(zhí)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測(cè)報(bào)警、控制調(diào)節(jié)、設(shè)備的繼電保護(hù)等功能。

現(xiàn)地級(jí)控制層設(shè)5套測(cè)控單元，控制對(duì)象主要包括水輪發(fā)電機(jī)組、油、水、氣系統(tǒng)等輔機(jī)設(shè)備及發(fā)電機(jī)測(cè)溫、繼電保護(hù)、輸配電等。

本電站采用微機(jī)型繼電保護(hù)裝置。微機(jī)型繼電保護(hù)裝置通過(guò)前面板的MMI或者自動(dòng)化系統(tǒng)的ECP軟件進(jìn)行配置整定，輸入相關(guān)參數(shù)。保護(hù)裝置通過(guò)這些參數(shù)進(jìn)行保護(hù)功能和測(cè)量功能的計(jì)算，一旦發(fā)生故障需要進(jìn)行保護(hù)時(shí)，繼電保護(hù)裝置能自動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)，并將相關(guān)故障信號(hào)通過(guò)Modbus Plus通訊接口以及常規(guī)I/O接口送電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并在電站級(jí)控制層的工作站報(bào)警、顯示詳細(xì)的事故或故障信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制，調(diào)整全廠的運(yùn)行狀態(tài)，完成故障對(duì)應(yīng)的全廠保護(hù)動(dòng)作，并形成故障錄波等操作記錄。主要繼電設(shè)備保護(hù)包括：①10 kV線路保護(hù)；②發(fā)電機(jī)保護(hù)；③主變壓器保護(hù)；④廠用變壓器保護(hù)。

3 功能設(shè)計(jì)

3.1 水庫(kù)中心監(jiān)控層

水庫(kù)中心監(jiān)控層實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)的監(jiān)測(cè)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動(dòng)化系統(tǒng)屬水庫(kù)樞紐自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，由電站級(jí)控制層負(fù)責(zé)與其通訊，交換數(shù)據(jù)、指令。

3.2 電站級(jí)控制層

電站級(jí)控制層完成對(duì)全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機(jī)聯(lián)系等。實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)功能有：

1）采集各LCU上送的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)。

2）機(jī)組順序控制（起停）及非正常條件的閉鎖。

3）故障報(bào)警、顯示、處置。

4）LCU測(cè)量信號(hào)的顯示。

5）同期并網(wǎng)及解列。

6）有功、無(wú)功功率控制及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制。

7）制作電站運(yùn)行日記、各種報(bào)表、曲線、棒圖及其歷史文件的存儲(chǔ)。

8）事件順序記錄及事故追憶記錄。

9）人機(jī)界面，各種歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢，報(bào)表生成與打印等。

10）模擬培訓(xùn)。

11）時(shí)間同步。

12）自診斷通信。

3.3 現(xiàn)地級(jí)控制層

采用控制單元（LCU），以可編程控制器（PLC）為核心，附設(shè)HMI、智能儀表、自動(dòng)裝置等設(shè)備構(gòu)成，收集生產(chǎn)過(guò)程中的信息，并執(zhí)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測(cè)報(bào)警、控制調(diào)節(jié)等功能。LCU實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)功能有：

1）現(xiàn)地機(jī)組自動(dòng)順序控制，能在上位機(jī)上或現(xiàn)地觸摸屏上以一個(gè)命令完成開(kāi)停機(jī)全過(guò)程，或分步執(zhí)行。

2）調(diào)速器和勵(lì)磁裝置的調(diào)節(jié)。

3）同步操作。

4）自動(dòng)發(fā)電控制AGC。

5）自動(dòng)電壓控制AVR。

6）繼電保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

某水電站采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造后，取得的成效主要有：

1）可取消機(jī)旁值班人員僅在中控室集中監(jiān)控，減少了運(yùn)行值班人員，改善運(yùn)行人員的工作條件和工作環(huán)境。

2）可自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，提高電能質(zhì)量和電能效率。

3）提高了繼電保護(hù)準(zhǔn)確率，故障位置和類(lèi)型可在中控室工作站顯示，便于故障排除。同時(shí)系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)設(shè)備的故障分析預(yù)測(cè)設(shè)備的故障發(fā)生率，為運(yùn)行提供了參考。

4）電站級(jí)控制層可與水庫(kù)中心監(jiān)控層實(shí)時(shí)通訊，可將電站的運(yùn)行情況快速傳遞給水庫(kù)調(diào)度中心，快速接收來(lái)自水庫(kù)調(diào)度中心的指示。

參考文獻(xiàn)

[1]徐倩倩.電站自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用[J].低壓電器，2008（02）.endprint

摘 要 水電站的綜合自動(dòng)化是建立在以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)之上對(duì)整個(gè)電站運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)控制，以達(dá)到提高小型水電站電能質(zhì)量和發(fā)電效率、使水電站逐步實(shí)現(xiàn)少人值班直至最終達(dá)到無(wú)人值班（或少人值守）的目標(biāo)。目前自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用逐步由大中型水電站向小型水電站拓展。文章以某小型水電站技改為背景，淺析了微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)在小型水電站中的應(yīng)用，說(shuō)明了水電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、配置、功能等特點(diǎn)，可供廣大同行參考。

關(guān)鍵詞 綜合自動(dòng)化；小水電；運(yùn)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）04-0104-02

水電站的綜合自動(dòng)化是建立在以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)之上對(duì)整個(gè)電站（甚至梯級(jí)電站或整個(gè)流域）從水文測(cè)報(bào)、機(jī)組啟（停）控制、工況監(jiān)視，輔助和公用設(shè)備的啟（停）控制、工況監(jiān)視，負(fù)荷的分配，直到輸電線路運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)控制，并能準(zhǔn)確地與上一級(jí)調(diào)度部門(mén)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信等全方位自動(dòng)監(jiān)測(cè)的控制系統(tǒng)。

隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)水平的日益提高，綜合自動(dòng)化技術(shù)在電力生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，大中型水電站目前已經(jīng)基本推廣了自動(dòng)化技術(shù)。隨著技術(shù)進(jìn)步和自動(dòng)化設(shè)備造價(jià)的降低，綜合自動(dòng)化技術(shù)已開(kāi)始運(yùn)用于小型水電站，以達(dá)到提高小型水電站電能質(zhì)量和發(fā)電效率、使水電站逐步實(shí)現(xiàn)少人值班直至最終達(dá)到無(wú)人值班（或少人值守）的目標(biāo)。

1 電站概況

某水電站為海豐縣梅隴鎮(zhèn)黃山洞水庫(kù)（中型）的附屬電站，于1987年建成，總裝機(jī)3×250 kW。該電站于2013年技改，技改后裝3臺(tái)GD007-WZ-60型水輪機(jī)，額定水頭14.5m，額定流量2.13 m3/s，額定轉(zhuǎn)速1000 r/min，額定出力272 kW，設(shè)計(jì)效率88.5%；配SFW250—6/590發(fā)電機(jī)，額定出力250 kW，轉(zhuǎn)速1000 r/min。電站總裝機(jī)容量為3×250 kW，配YWT型調(diào)速器，并引入相應(yīng)的自動(dòng)化控制技術(shù)。

2 電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)總體布局

該水電站的自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為三層，由頂向下依次為：水庫(kù)中心監(jiān)控層、電站級(jí)控制層、現(xiàn)地級(jí)控制層，見(jiàn)圖1。其中中心監(jiān)控層配置于水庫(kù)樞紐，負(fù)責(zé)對(duì)水庫(kù)樞紐進(jìn)行監(jiān)控。

圖1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)分層示意圖

各控制層配置如下：

1）水庫(kù)中心監(jiān)控層。水庫(kù)中心監(jiān)控層位于水庫(kù)調(diào)度中心，主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、其它相關(guān)監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)測(cè)控制軟件和視頻主機(jī)等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動(dòng)化系統(tǒng)屬水庫(kù)樞紐自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，本電站的電站級(jí)控制層負(fù)責(zé)與水庫(kù)中心監(jiān)控層通訊交換數(shù)據(jù)、指令。

2）電站級(jí)控制層。電站級(jí)控制層位于電站控制室，主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器1臺(tái)，工作站2個(gè)，打印機(jī)1臺(tái)，UPS電源1臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。電站級(jí)控制層設(shè)備與現(xiàn)地控制單元（LCU）間采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。操作站為兩臺(tái)互為熱冗余工作站級(jí)計(jì)算機(jī)組成，完成對(duì)全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機(jī)聯(lián)系等功能，其軟件系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)WEB發(fā)布模塊接口。

3）現(xiàn)地級(jí)控制層。現(xiàn)地級(jí)控制層采用可編程控制器（PLC）為核心的控制單元（LCU），構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)收集生產(chǎn)過(guò)程中的信息，并執(zhí)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測(cè)報(bào)警、控制調(diào)節(jié)、設(shè)備的繼電保護(hù)等功能。

現(xiàn)地級(jí)控制層設(shè)5套測(cè)控單元，控制對(duì)象主要包括水輪發(fā)電機(jī)組、油、水、氣系統(tǒng)等輔機(jī)設(shè)備及發(fā)電機(jī)測(cè)溫、繼電保護(hù)、輸配電等。

本電站采用微機(jī)型繼電保護(hù)裝置。微機(jī)型繼電保護(hù)裝置通過(guò)前面板的MMI或者自動(dòng)化系統(tǒng)的ECP軟件進(jìn)行配置整定，輸入相關(guān)參數(shù)。保護(hù)裝置通過(guò)這些參數(shù)進(jìn)行保護(hù)功能和測(cè)量功能的計(jì)算，一旦發(fā)生故障需要進(jìn)行保護(hù)時(shí)，繼電保護(hù)裝置能自動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)，并將相關(guān)故障信號(hào)通過(guò)Modbus Plus通訊接口以及常規(guī)I/O接口送電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并在電站級(jí)控制層的工作站報(bào)警、顯示詳細(xì)的事故或故障信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制，調(diào)整全廠的運(yùn)行狀態(tài)，完成故障對(duì)應(yīng)的全廠保護(hù)動(dòng)作，并形成故障錄波等操作記錄。主要繼電設(shè)備保護(hù)包括：①10 kV線路保護(hù)；②發(fā)電機(jī)保護(hù)；③主變壓器保護(hù)；④廠用變壓器保護(hù)。

3 功能設(shè)計(jì)

3.1 水庫(kù)中心監(jiān)控層

水庫(kù)中心監(jiān)控層實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)的監(jiān)測(cè)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動(dòng)化系統(tǒng)屬水庫(kù)樞紐自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，由電站級(jí)控制層負(fù)責(zé)與其通訊，交換數(shù)據(jù)、指令。

3.2 電站級(jí)控制層

電站級(jí)控制層完成對(duì)全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機(jī)聯(lián)系等。實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)功能有：

1）采集各LCU上送的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)。

2）機(jī)組順序控制（起停）及非正常條件的閉鎖。

3）故障報(bào)警、顯示、處置。

4）LCU測(cè)量信號(hào)的顯示。

5）同期并網(wǎng)及解列。

6）有功、無(wú)功功率控制及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制。

7）制作電站運(yùn)行日記、各種報(bào)表、曲線、棒圖及其歷史文件的存儲(chǔ)。

8）事件順序記錄及事故追憶記錄。

9）人機(jī)界面，各種歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢，報(bào)表生成與打印等。

10）模擬培訓(xùn)。

11）時(shí)間同步。

12）自診斷通信。

3.3 現(xiàn)地級(jí)控制層

采用控制單元（LCU），以可編程控制器（PLC）為核心，附設(shè)HMI、智能儀表、自動(dòng)裝置等設(shè)備構(gòu)成，收集生產(chǎn)過(guò)程中的信息，并執(zhí)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測(cè)報(bào)警、控制調(diào)節(jié)等功能。LCU實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)功能有：

1）現(xiàn)地機(jī)組自動(dòng)順序控制，能在上位機(jī)上或現(xiàn)地觸摸屏上以一個(gè)命令完成開(kāi)停機(jī)全過(guò)程，或分步執(zhí)行。

2）調(diào)速器和勵(lì)磁裝置的調(diào)節(jié)。

3）同步操作。

4）自動(dòng)發(fā)電控制AGC。

5）自動(dòng)電壓控制AVR。

6）繼電保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

某水電站采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造后，取得的成效主要有：

1）可取消機(jī)旁值班人員僅在中控室集中監(jiān)控，減少了運(yùn)行值班人員，改善運(yùn)行人員的工作條件和工作環(huán)境。

2）可自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，提高電能質(zhì)量和電能效率。

3）提高了繼電保護(hù)準(zhǔn)確率，故障位置和類(lèi)型可在中控室工作站顯示，便于故障排除。同時(shí)系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)設(shè)備的故障分析預(yù)測(cè)設(shè)備的故障發(fā)生率，為運(yùn)行提供了參考。

4）電站級(jí)控制層可與水庫(kù)中心監(jiān)控層實(shí)時(shí)通訊，可將電站的運(yùn)行情況快速傳遞給水庫(kù)調(diào)度中心，快速接收來(lái)自水庫(kù)調(diào)度中心的指示。

參考文獻(xiàn)

[1]徐倩倩.電站自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用[J].低壓電器，2008（02）.endprint

摘 要 水電站的綜合自動(dòng)化是建立在以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)之上對(duì)整個(gè)電站運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)控制，以達(dá)到提高小型水電站電能質(zhì)量和發(fā)電效率、使水電站逐步實(shí)現(xiàn)少人值班直至最終達(dá)到無(wú)人值班（或少人值守）的目標(biāo)。目前自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用逐步由大中型水電站向小型水電站拓展。文章以某小型水電站技改為背景，淺析了微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)在小型水電站中的應(yīng)用，說(shuō)明了水電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、配置、功能等特點(diǎn)，可供廣大同行參考。

關(guān)鍵詞 綜合自動(dòng)化；小水電；運(yùn)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）04-0104-02

水電站的綜合自動(dòng)化是建立在以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)之上對(duì)整個(gè)電站（甚至梯級(jí)電站或整個(gè)流域）從水文測(cè)報(bào)、機(jī)組啟（停）控制、工況監(jiān)視，輔助和公用設(shè)備的啟（停）控制、工況監(jiān)視，負(fù)荷的分配，直到輸電線路運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)控制，并能準(zhǔn)確地與上一級(jí)調(diào)度部門(mén)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信等全方位自動(dòng)監(jiān)測(cè)的控制系統(tǒng)。

隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)水平的日益提高，綜合自動(dòng)化技術(shù)在電力生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，大中型水電站目前已經(jīng)基本推廣了自動(dòng)化技術(shù)。隨著技術(shù)進(jìn)步和自動(dòng)化設(shè)備造價(jià)的降低，綜合自動(dòng)化技術(shù)已開(kāi)始運(yùn)用于小型水電站，以達(dá)到提高小型水電站電能質(zhì)量和發(fā)電效率、使水電站逐步實(shí)現(xiàn)少人值班直至最終達(dá)到無(wú)人值班（或少人值守）的目標(biāo)。

1 電站概況

某水電站為海豐縣梅隴鎮(zhèn)黃山洞水庫(kù)（中型）的附屬電站，于1987年建成，總裝機(jī)3×250 kW。該電站于2013年技改，技改后裝3臺(tái)GD007-WZ-60型水輪機(jī)，額定水頭14.5m，額定流量2.13 m3/s，額定轉(zhuǎn)速1000 r/min，額定出力272 kW，設(shè)計(jì)效率88.5%；配SFW250—6/590發(fā)電機(jī)，額定出力250 kW，轉(zhuǎn)速1000 r/min。電站總裝機(jī)容量為3×250 kW，配YWT型調(diào)速器，并引入相應(yīng)的自動(dòng)化控制技術(shù)。

2 電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)總體布局

該水電站的自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為三層，由頂向下依次為：水庫(kù)中心監(jiān)控層、電站級(jí)控制層、現(xiàn)地級(jí)控制層，見(jiàn)圖1。其中中心監(jiān)控層配置于水庫(kù)樞紐，負(fù)責(zé)對(duì)水庫(kù)樞紐進(jìn)行監(jiān)控。

圖1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)分層示意圖

各控制層配置如下：

1）水庫(kù)中心監(jiān)控層。水庫(kù)中心監(jiān)控層位于水庫(kù)調(diào)度中心，主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器、其它相關(guān)監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)測(cè)控制軟件和視頻主機(jī)等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動(dòng)化系統(tǒng)屬水庫(kù)樞紐自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，本電站的電站級(jí)控制層負(fù)責(zé)與水庫(kù)中心監(jiān)控層通訊交換數(shù)據(jù)、指令。

2）電站級(jí)控制層。電站級(jí)控制層位于電站控制室，主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器1臺(tái)，工作站2個(gè)，打印機(jī)1臺(tái)，UPS電源1臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。電站級(jí)控制層設(shè)備與現(xiàn)地控制單元（LCU）間采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。操作站為兩臺(tái)互為熱冗余工作站級(jí)計(jì)算機(jī)組成，完成對(duì)全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機(jī)聯(lián)系等功能，其軟件系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)WEB發(fā)布模塊接口。

3）現(xiàn)地級(jí)控制層。現(xiàn)地級(jí)控制層采用可編程控制器（PLC）為核心的控制單元（LCU），構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)收集生產(chǎn)過(guò)程中的信息，并執(zhí)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測(cè)報(bào)警、控制調(diào)節(jié)、設(shè)備的繼電保護(hù)等功能。

現(xiàn)地級(jí)控制層設(shè)5套測(cè)控單元，控制對(duì)象主要包括水輪發(fā)電機(jī)組、油、水、氣系統(tǒng)等輔機(jī)設(shè)備及發(fā)電機(jī)測(cè)溫、繼電保護(hù)、輸配電等。

本電站采用微機(jī)型繼電保護(hù)裝置。微機(jī)型繼電保護(hù)裝置通過(guò)前面板的MMI或者自動(dòng)化系統(tǒng)的ECP軟件進(jìn)行配置整定，輸入相關(guān)參數(shù)。保護(hù)裝置通過(guò)這些參數(shù)進(jìn)行保護(hù)功能和測(cè)量功能的計(jì)算，一旦發(fā)生故障需要進(jìn)行保護(hù)時(shí)，繼電保護(hù)裝置能自動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)，并將相關(guān)故障信號(hào)通過(guò)Modbus Plus通訊接口以及常規(guī)I/O接口送電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并在電站級(jí)控制層的工作站報(bào)警、顯示詳細(xì)的事故或故障信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制，調(diào)整全廠的運(yùn)行狀態(tài)，完成故障對(duì)應(yīng)的全廠保護(hù)動(dòng)作，并形成故障錄波等操作記錄。主要繼電設(shè)備保護(hù)包括：①10 kV線路保護(hù)；②發(fā)電機(jī)保護(hù)；③主變壓器保護(hù)；④廠用變壓器保護(hù)。

3 功能設(shè)計(jì)

3.1 水庫(kù)中心監(jiān)控層

水庫(kù)中心監(jiān)控層實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)的監(jiān)測(cè)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動(dòng)化系統(tǒng)屬水庫(kù)樞紐自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，由電站級(jí)控制層負(fù)責(zé)與其通訊，交換數(shù)據(jù)、指令。

3.2 電站級(jí)控制層

電站級(jí)控制層完成對(duì)全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機(jī)聯(lián)系等。實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)功能有：

1）采集各LCU上送的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)。

2）機(jī)組順序控制（起停）及非正常條件的閉鎖。

3）故障報(bào)警、顯示、處置。

4）LCU測(cè)量信號(hào)的顯示。

5）同期并網(wǎng)及解列。

6）有功、無(wú)功功率控制及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制。

7）制作電站運(yùn)行日記、各種報(bào)表、曲線、棒圖及其歷史文件的存儲(chǔ)。

8）事件順序記錄及事故追憶記錄。

9）人機(jī)界面，各種歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢，報(bào)表生成與打印等。

10）模擬培訓(xùn)。

11）時(shí)間同步。

12）自診斷通信。

3.3 現(xiàn)地級(jí)控制層

采用控制單元（LCU），以可編程控制器（PLC）為核心，附設(shè)HMI、智能儀表、自動(dòng)裝置等設(shè)備構(gòu)成，收集生產(chǎn)過(guò)程中的信息，并執(zhí)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測(cè)報(bào)警、控制調(diào)節(jié)等功能。LCU實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)功能有：

1）現(xiàn)地機(jī)組自動(dòng)順序控制，能在上位機(jī)上或現(xiàn)地觸摸屏上以一個(gè)命令完成開(kāi)停機(jī)全過(guò)程，或分步執(zhí)行。

2）調(diào)速器和勵(lì)磁裝置的調(diào)節(jié)。

3）同步操作。

4）自動(dòng)發(fā)電控制AGC。

5）自動(dòng)電壓控制AVR。

6）繼電保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

某水電站采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造后，取得的成效主要有：

1）可取消機(jī)旁值班人員僅在中控室集中監(jiān)控，減少了運(yùn)行值班人員，改善運(yùn)行人員的工作條件和工作環(huán)境。

2）可自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，提高電能質(zhì)量和電能效率。

3）提高了繼電保護(hù)準(zhǔn)確率，故障位置和類(lèi)型可在中控室工作站顯示，便于故障排除。同時(shí)系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)設(shè)備的故障分析預(yù)測(cè)設(shè)備的故障發(fā)生率，為運(yùn)行提供了參考。

4）電站級(jí)控制層可與水庫(kù)中心監(jiān)控層實(shí)時(shí)通訊，可將電站的運(yùn)行情況快速傳遞給水庫(kù)調(diào)度中心，快速接收來(lái)自水庫(kù)調(diào)度中心的指示。

參考文獻(xiàn)

[1]徐倩倩.電站自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用[J].低壓電器，2008（02）.endprint