水輪發電機組監控系統的研究

黃寒松

福建水口發電集團有限公司

水輪發電機組監控系統的研究

黃寒松

福建水口發電集團有限公司

我國的地域比較遼闊，水資源比較豐富，在我國多數地區都建設了小型的水電站，小型水電站建設施工的時間較短，建設完成后起效的時間較快，我國政府也支持各個地區興建小型水電站，隨著科學技術的不斷發展，我國多數小型水電站在水輪發電機組上設置了一些監控系統，使用監控系統不僅提高了供電的可靠性，并且在一定程度上減少了人力的使用，實現了無人值班的目標，本文對水輪發電機組監控系統進行了研究，希望為我國水電站有所幫助。

水輪發電機組；監控系統；研究

傳統的水輪發電機的自動控制系統由繼電器電路組成，繼電器具有電路接線比較復雜、觸點的壽命較短、動作靈敏度不高、需要工作人員進行大量的維護工作并且不能進行通信和使用網絡功能等缺點，由于上述缺點不能實現自動化和無人值班的要求。現階段，隨著科學技術的發展我國水電站的自動化系統得到了改善，已經成為一個集控制、通信、網絡及電力電子一體化的綜合系統，此系統的硬件結構比較完善，具有開放的軟件平臺和應用系統，實現了對水電站進行自動監控和無人值班的目標。

一、水輪發電機組監控系統總體結構介紹

小型發電站的自動化系統是一個分層分布式的自動化控制系統，自動化控制系統主要包括現地控制單元層和主控層，現地控制單元根據控制對象的差異又分為機組現地控制單元、升壓站以及公用設備現地控制單元。水輪發電機組監控系統的總體結構由1臺主控計算機、4個機組現地控制單元層、1個升壓站以及1個公用設備現地控制單元層組成，如果小型水電站的單機容量在2-8兆瓦范圍之間時，其主控層可以使用雙主控計算機互為熱備用。根據電線的主接線，設計的自動化綜合系統示意圖如圖1。

圖1　自動化綜合系統示意圖

主控計算機中控制器局域網絡的通信口與現地控制單元層中的監控及保護單元進行連接，機組現地控制單元層與升壓器以及公用設備現地控制單元層的可編程邏輯控制器通過RS-485接口和主控計算機進行通信，另外還可以使用控制器局域網絡的RS-485總線轉換器經過轉換后再與主控計算機進行通信過程。使用發電機主保護單元對發電機進行保護工作，同時發電機的監控單元對發電機的工作狀況進行實時的監控，保護單元和監控單元與S7-200小型的可編程邏輯控制器構成了發電機組的現地控制單元層。在升壓站處使用兩條線路單元對兩條出線進行保護和監控，對各個主變保護單元使用兩臺升壓變壓器實現主保護和監低壓側控的目標，對兩個主變輔助保護單元使用兩臺升壓變壓器實現后備保護和高壓側監控的目標。對小型水電站的用電單元進行管理時，需要對變壓器的運行參數、直流控制電壓和合閘電壓進行測量，并且需要對母線進行監控，保證母線始終處于絕緣的狀態，公用設備使用一臺S7-200小型可編程邏輯控制器完成一些控制及監測的工作，使用通信功能和主控計算機進行連接。

二、水輪發電機組進行自動控制的任務和要求

水輪發電機進行自動控制的主要任務是在自動化元件和一些裝置的輔助下組成一個連續進行的操作過程，將生產過程中的手動操作全部由水電機組自動進行控制，實現了將機組調速操作系統與水、油以及氣等輔助設備系統進行有效的控制和監測，因此實現了單機生產流程的自動化。現階段，我國科學技術呈飛速發展的趨勢，水輪發電機組的自動化水平不斷提高，提出了更高的控制任務，即水輪發電機組的自動控制程序還需要和水電站中其他控制設備進行聯網通信，從而使小型水電站向綜合自動化的方向發展，水輪發電機組實現自動化控制和監測是整個水電站實現自動化控制和監測的重要前提，相關工作人員需要對水輪發電機組的自動化控制系統有足夠的重視。

水輪發電機組的自動化控制程度受需要因素的影響，例如：水輪機的類型、水輪機的結構、調速器的類型、調速器的結構，機組內油、水和氣輔助系統的特點和機組的運行方式不同等。在不同的水電站中上述條件會存在一定的差異，但是對機組控制系統的要求幾乎是一致的，下面對機組自動控制的基本要求進行介紹：第一，機電機組需要根據指令迅速的做出反應，能夠自動且快速的完成打開和停止的操作，并且能夠實現將發電工況和調相工況進行轉換的操作；第二，在機組自動化系統出現功率不足的情況時，能夠根據系統頻率降低的情況自動的將水電運行機組的負荷充滿，將調相機組轉換成發電運行的模式，與此同時將系統的備用機組打開參與到工作系統中，從而使水電機組能夠正常的進行工作；第三，如果水電機組或者一些輔助設備出現故障和問題時，需要相關工作人員及時的做出正確、合理的檢測結果，及時的采取措施進行解決，如果問題比較嚴重可以將有問題的水電機組從工作系統中撤出來加入新的水電機組；第四，根據水電機組運行的要求，在運行過程中需要對不同機組的負荷進行調整，使水電機組無論在哪一階段都能正常的進行工作，水電機組使水電站全面實現自動化控制的重要前提，為此，水電機組的控制系統和主控計算機需要設置一個接口；第五，在滿足上述要求時，機組自動控制系統應該本著簡單、可靠的原則，盡量減少運行過程中使用的元件，減少電纜的使用量，在操作指令完成后能夠自動回復原位，為下一次指令做好準備。

結束語：

上述文章對水輪發電機的監控系統進行了研究，確定了小型水電站中水輪機組監控系統的總體結構，總體結構包括現地控制單元和主控計算機，主控計算機與機組中所有現地控制單元層中的監控單元和保護單元使用控制器局域網絡總線實現通信功能，并且確定了小型水輪發電機組現地控制單元層的結構和功能，現地控制單元層由發電機監控單元、發電機保護單元以及可編程邏輯控制器的控制單元構成，其中可編程邏輯控制器使用觸摸屏作為人機界面，此次研究雖然取得了一定的成果但是仍然存在不足之處，需要相關人員繼續進行研究。

［1］馬伽洛倫.水電站低壓水輪發電機組中計算機監控系統的應用探究［J］.科技傳播，2016（2）：117-118.