淺談小型水電站自動化技術及應用

鐘建淑

（隆昌縣石盤灘水電管理站，四川 內江 642150）

我國國民經濟發展迅速，人民群眾的生活水平不斷提高，用電需求越來越大，對電能質量的要求日益增高。隨著國家對水資源的開發利用程度不斷加大，水電站的電氣自動化系統被應用到各種水利樞紐工程中，發揮了更大的作用。

一、水電站自動化的作用

隨著電子技術、微電子技術的迅猛發展，電氣自動化在水電站中得到廣泛應用。水電站的自動化就是用計算機監控系統代替人工操作、控制和監視等，能夠在無人（或少人）直接參與的情況下，按預定的計劃和程序自動地進行。水電站自動化程度是水電站安全經濟運行必不可少的技術手段。

水電站實現自動化后，提高了工作的可靠性、運行的經濟性；根據實際情況進行合理調度，保持高水頭運行，獲得較好的經濟效益；還能保證電能質量，提高勞動生產率，改善勞動條件，降低運行費用和電能成本。

二、水電站自動化的內容

水電站自動化的內容主要包括以下幾個方面：

1 完成對水輪發電機組的自動控制：自動完成開停機和并網操作；自行保持水輪發電機組的運行經濟性，依據體系的相關標準及電站的有關條件自行選取運行最佳效果的機組數量，實現機組的經濟負荷分配，依據體系的負荷變化調整機組的無功功率及有功功率等。

2 加大對水輪發電機組及相關輔助設備的運轉情況進行監視。例如：對發電機的轉子及定子回路進行電量監控，監控發電機的鐵芯、軸承及定子繞組的溫度，控制發電機組的冷卻體系及潤滑體系，對機組的調速體系工作予以監控等。

3 加大對輔助設備的監控力度：其包含的內容有：控制水泵、控制油泵、控制空壓機等機械設備。

4 加大對主要電氣設備及水工建筑項目的監控、控制及保護力度。

三、自動化技術的發展

1 常規自動控制系統

水電站常規自動控制系統應用最普遍，它是由電磁式繼電器構成自動控制回路，主要完成順序控制，電磁式繼電器還可以構成水電站的保護。它的弱點在于調節性能較差，難以實現對水電站設備的自動調節及巡回檢測等問題。

2 晶體管自動控制系統

70年代隨著晶體管集成電路的應用，利用晶體管模擬或數字電路技術可構成水電站的各種自動調節、巡回檢測或保護裝置。它是由硬件構成的調節控制系統，當控制對象調節參數要改變時須修改硬件電路；電路集成度不高，元件數量多，存在老化、工作點和溫度漂移等問題。

3 計算機數字控制系統

伴隨著現今科學技術水平的逐步提高，計算機電子設備被廣泛應用到各個領域中，并發揮了十分重要的作用。形成了一種以現場總線為基礎，模塊形式的計算機水電站監控體系?，F今，該體系已經不斷替代以往的、常規的、人工操作的控制形式，極大程度增強的水電站的自動化能力。

對于自動化體系來講，其構成的內容有：計算機設備、可編程控制設備、智能計算機接口、特定的職能監控設備、繼電保護設備等，利用符合要求的以太網，將各個現場的控制站同總控制設備連接起來，依據功能進行分類，組成分層分布形式的監控體系。

該自動化體系的特點主要包含以下幾方面內容：其一，分層分布形式的體系，能夠依據監控的對象，合理配置相應功能，具備較強的分散特性、靈活特性及開放特性；其二，利用冗余配置的方法，具備較強的可靠性能；其三，利用中文形式的Windows操作體系及職能通信技術，為系統升級提供方便；其四，組態較為靈活。人機接口的性能較強，有助于進行現場調試、設計與運行工作。

該體系的重要功能在于以下內容：第一，能夠自行監控并記錄電站的情況。計算機監控體系可以自行收集電站的設備信息、并對數據進行處理，分析設備的運行情況，包含：對設備模擬量信息的監控、對設備開關量的監控、事故、問題的警報監控、SOE記錄及顯示等；第二，能夠實現電站的自行控制。依據電站的真實工作狀態，調節并合理操控電站設備。包含停開機組或者并列機組，機組負荷的自動調節、斷路設備的操控等；第三，監管并保護發電機組、主變線路等設備的性能；第四，變電站運行管理實現自動化。能夠自行生成報表，記錄操作方式，記錄并保存電站設備的整定值及參數；第五，實現系統通信。能夠同水情測報體系、上級調速、辦公自動化等利用計算機完成系統通信，進而讓資源共享，更好的發揮該體系的綜合價值及效益。

綜合自動化的模式是自動化系統的核心和基礎，一般有三種模式：1、以常規控制設備為主，計算機為輔；2、以計算機為主，常規控制設備為輔；3、全計算機監控系統。根據水電站裝機容量和各自的具體情況選用不同模式的監控系統。

四、自動化技術的應用

我站建于上世紀80年代，站內二次設備采用傳統的電磁型繼電器保護裝置，由于投運時間久，其機電設備老化較嚴重，維護更新的工作量及費用逐年增加，有較大的安全隱患。因此實施經濟合理、先進可行的改造已成為當前工作面臨的迫切問題。

1 設計思想和方案

設備的特點：水輪發電機組的裝機容量為5*1670kW。調速器為機-液調速器，最大工作油壓為25kg/cm2。勵磁裝置是晶體管型產品，二次控制、測量和保護部分是電磁型產品。高壓開關柜為GG-1A，內配已屬淘汰系列的SN-10型少油式油開關。

針對設備特點，本著技術先進、安全可靠、實用經濟合理的原則進行全面考慮。依據其知道觀念明確內容及預案：第一，保證水輪發電機組維持不變；第二，通過計算機監控體系替代以往監控體系，實現自動化，對微機進行測量、保護、控制及通信；第三，通過微機形式的勵磁設備替代以往形式的勵磁設備，從而同相應的工作需求相吻合，滿足計算機設備監控標準；第四，增加調速設備的測量部分及電液轉換部分，進而同計算機監控體系的標準像吻合，同時不改變調速設備的機械操控部分；第五，替換6.3千伏的高壓開關柜、35千伏的斷路器等，滿足各類運行情況，并保證計算機監控體系的要求；第六，改變直流體系內控制部分及整流問題，保留以往的蓄電池；第七，新加設一系列閉路電視的監控體系，進而更好的發揮該體系的作用。

改造方案的重點是電站計算機監控系統，按“無人值班，少人值守”的運行管理模式考慮，日常運行管理完全采用計算機監控系統進行。計算機監控系統的主要監控對象：水輪發電機組、水機自動化屏、勵磁系統、調速系統及閘門系統；變壓器；開關設備：包括油開關、隔離開關、互感器等；低壓無功補償屏；全廠公用設備等。

2 計算機監控系統的配置

系統按分層分布式網絡結構設計，由電站控制層和現地控制層組成，它們均可獨立完成遠、近方式的監控操作。

2.1 電站控制層配置

電站控制層設備設在中央控制層，由主機操作員工作站、通迅工作站、主控制臺、打印機、GPS時鐘同步裝置、語音報警系統、UPS電源等組成。

電站控制層負責協調和管理各現地控制層的工作；收集有關信息并作相應處理和存儲；迅速、準確、有效地完成本站被控制對象的監視和控制。

2.2 現地控制層（LCU）配置

分為機組LCU和公共LCU兩部分。機組LCU監控范圍包括發電機、水輪機及輔助設備；公用LCU就是對公用設備進行控制?，F地控制層負責對水輪發電機組、電氣一次設備及公用設備等實時監控，通過工業以太網實現各控制層與全站控制層連接交換信息，實現現地設備的監控及數據共享。當電站控制層因故退出運行時，現地控制層可以獨立運行而不受影響。

微機保護裝置、轉速信號裝置、溫度巡檢儀、調速器、勵磁系統等設備通過現地LCU與太網聯接，實現相應參數的監視和控制。

3 實施綜合自動化改造后的效果

該體系實現了全自動化的形式，僅需點擊特定的按鈕，就能夠實現開、停設備的操控。按下開機按鈕，就可以自行完成設備的開機、并網、調節預定值等工作，按下停機按鈕，就可以自行完成跳閘、空載、滅磁的工作，同時具備緊急事故停機等功能。體系具有實時監控機組、變壓器、線路、母線、直流操控電源等，如果出現特別狀態或者參數越限等情況，進行報警，記錄事故有關量及順序，自行打印運行報表，對各單元及體系進行自動診斷。微機保護實現線路、主變、機組等設備保護，精確度較高、靈敏度良好、同繼電保護的要求相吻合。

結語

電站依據真實狀態，同時參考其他電站的工作經驗，取長補短，該系統的設計思想同綜合自動化微機發展的趨勢相吻合，利用國際通用規定，合理配置體系，完善功能，選擇先進設備，進而實現遙控、遙測、保護等工作，對各類外圍設備進行在線診斷，設備故障率明顯減少，機組并網和故障處理時間縮短，電站的運行安全可靠性大大提高，從而保證自動化系統長期穩定的工作。總之，電站采用綜合自動化系統后不僅提高水電站運行的經濟性和工作的可靠性、保證電能質量；而且能提高勞動生產率、改善勞動條件和減少運行人員，從而提高電站的經濟效益。

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