淺談小型水電站自動化技術及應用

鐘建淑

摘 要：文章從我國實際情況入手，詳細闡述水電站自動化的作用、內容、發(fā)展，水電站綜合自動化系統(tǒng)的構成、特點和功能及應用。

關鍵詞：自動化技術；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；應用

中圖分類號：TV7 文獻標識碼：A

我國國民經濟發(fā)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(fā)利用程度不斷加大，水電站的電氣自動化系統(tǒng)被應用到各種水利樞紐工程中，發(fā)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(fā)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(jiān)控系統(tǒng)代替人工操作、控制和監(jiān)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(xiàn)自動化后，提高了工作的可靠性、運行的經濟性；根據(jù)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(fā)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(fā)電機組的運行經濟性，依據(jù)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(shù)量，實現(xiàn)機組的經濟負荷分配，依據(jù)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(fā)電機組及相關輔助設備的運轉情況進行監(jiān)視。例如：對發(fā)電機的轉子及定子回路進行電量監(jiān)控，監(jiān)控發(fā)電機的鐵芯、軸承及定子繞組的溫度，控制發(fā)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(jiān)控等。

3 加大對輔助設備的監(jiān)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(jiān)控、控制及保護力度。

三、自動化技術的發(fā)展

1 常規(guī)自動控制系統(tǒng)

水電站常規(guī)自動控制系統(tǒng)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(jié)性能較差，難以實現(xiàn)對水電站設備的自動調節(jié)及巡回檢測等問題。

2 晶體管自動控制系統(tǒng)

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

3 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)

伴隨著現(xiàn)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(fā)揮了十分重要的作用。形成了一種以現(xiàn)場總線為基礎，模塊形式的計算機水電站監(jiān)控體系。現(xiàn)今，該體系已經不斷替代以往的、常規(guī)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(jiān)控設備、繼電保護設備等，利用符合要求的以太網，將各個現(xiàn)場的控制站同總控制設備連接起來，依據(jù)功能進行分類，組成分層分布形式的監(jiān)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(jù)監(jiān)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(tǒng)升級提供方便；其四，組態(tài)較為靈活。人機接口的性能較強，有助于進行現(xiàn)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(jiān)控并記錄電站的情況。計算機監(jiān)控體系可以自行收集電站的設備信息、并對數(shù)據(jù)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(jiān)控、對設備開關量的監(jiān)控、事故、問題的警報監(jiān)控、SOE記錄及顯示等；第二，能夠實現(xiàn)電站的自行控制。依據(jù)電站的真實工作狀態(tài)，調節(jié)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(jié)、斷路設備的操控等；第三，監(jiān)管并保護發(fā)電機組、主變線路等設備的性能；第四，變電站運行管理實現(xiàn)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(shù)；第五，實現(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)通信，進而讓資源共享，更好的發(fā)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(tǒng)的核心和基礎，一般有三種模式：1、以常規(guī)控制設備為主，計算機為輔；2、以計算機為主，常規(guī)控制設備為輔；3、全計算機監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)水電站裝機容量和各自的具體情況選用不同模式的監(jiān)控系統(tǒng)。

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(tǒng)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(fā)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(jù)其知道觀念明確內容及預案：第一，保證水輪發(fā)電機組維持不變；第二，通過計算機監(jiān)控體系替代以往監(jiān)控體系，實現(xiàn)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(jiān)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(jiān)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(jiān)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(jiān)控體系，進而更好的發(fā)揮該體系的作用。

改造方案的重點是電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，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(jiān)控系統(tǒng)進行。計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要監(jiān)控對象：水輪發(fā)電機組、水機自動化屏、勵磁系統(tǒng)、調速系統(tǒng)及閘門系統(tǒng)；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(jiān)控系統(tǒng)的配置

系統(tǒng)按分層分布式網絡結構設計，由電站控制層和現(xiàn)地控制層組成，它們均可獨立完成遠、近方式的監(jiān)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(tǒng)、UPS電源等組成。

電站控制層負責協(xié)調和管理各現(xiàn)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(jiān)視和控制。

2.2 現(xiàn)地控制層（LCU）配置

分為機組LCU和公共LCU兩部分。機組LCU監(jiān)控范圍包括發(fā)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(xiàn)地控制層負責對水輪發(fā)電機組、電氣一次設備及公用設備等實時監(jiān)控，通過工業(yè)以太網實現(xiàn)各控制層與全站控制層連接交換信息，實現(xiàn)現(xiàn)地設備的監(jiān)控及數(shù)據(jù)共享。當電站控制層因故退出運行時，現(xiàn)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(tǒng)等設備通過現(xiàn)地LCU與太網聯(lián)接，實現(xiàn)相應參數(shù)的監(jiān)視和控制。

3 實施綜合自動化改造后的效果

該體系實現(xiàn)了全自動化的形式，僅需點擊特定的按鈕，就能夠實現(xiàn)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(jié)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(jiān)控機組、變壓器、線路、母線、直流操控電源等，如果出現(xiàn)特別狀態(tài)或者參數(shù)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(xiàn)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(jù)真實狀態(tài)，同時參考其他電站的工作經驗，取長補短，該系統(tǒng)的設計思想同綜合自動化微機發(fā)展的趨勢相吻合，利用國際通用規(guī)定，合理配置體系，完善功能，選擇先進設備，進而實現(xiàn)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(tǒng)長期穩(wěn)定的工作?？傊?，電站采用綜合自動化系統(tǒng)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。

參考文獻

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