關于水電站自動化監控系統的設計探討

張云楓+陳斌+楊帆+汪霞+李忠

摘要：水電站作為我國的基礎設施建設，在發展期間對于自動化監控系統的要求越來越高。考慮到機組容量加大，自動化控制關系到水電站生產運行的安全性。本文水電站自動化監控系統的設計相關內容進行了簡要探討，以供參考。

關鍵詞：水電站；自動化監控系統；設計

我國水資源得天獨厚，儲備豐富，地勢條件優越，水利工程的修建有極大的便利。有效地開發和利用水資源為人類服務是水利部門不懈努力的方向，修建水利工程是關系到國計民生的大事，必須在建設過程中做好質量控制，確保其在各種自然災害面前起到防洪防漏功能，因此工程建成后的維護和運行是至關重要的工作，必須采取積極有效的措施，應用自動化監控技術，實現監控和維護功能，逐步增強水力開發力度，實現可持續發展，提高水電站的發電功效。全面推行計算機的監控網絡，應用綜合自動化系統不僅可以減少人力物力消耗，提高發電質量和效率，成為水電站的必然發展趨勢，擁有良好的經濟效益和社會效益。

1水電站自動化監控系統概述

遠程監控模式在我國水電站的應用較為廣泛，其通過數個CPU統一運行實現，這種監控模式可防止某一處出現故障而影響整個系統運行，其可使電纜的使用量減少，成本降低。但由于其使用的是CAN總線設計，將影響系統的通訊速度。現場總線監控模式是借助局域網、以太網、現場總線等計算機網絡技術對水電站的運行情況進行監控，其具有成本低和通訊量的優勢，各個裝置相對獨立，可提升系統可靠性。為實現對全站設備的實時監控，必須對現地控制單元進行合理利用，同時對上述構成部分進行重點注意。同時對自動化監控系統的有效利用還可以實現對發電機組的監視、控制以及調節，輔機的自動控制也需要通過計算機監控系統進行實現。自動化監控系統主要采用開放式分層分布的方式進行，其數據庫也是呈現出全方位分布的狀態。計算機監控系統可將起功能作為依據對其進行分類，上位機以及下位機就是按照上述分類方法進行所產生的結果。通信介質以及相關網絡設備是上位機以及下位機在實際進行連接的基礎與依靠。總線型、環形以及星形結構共同構成完整的系統功能連接，這種現象的形成與自動化監控系統的有效利用有直接關系。

2水電站應用自動化監控系統的益處

2.1保證電能供應能力

保證水電站的電力輸送，平衡穩定電壓，調節電力，保證電能的質量。使用機械控制電力輸送，人力的不穩定過高。機械控制有利于保證電力輸送的安全性。自動化監控系統無人管理及時掌握調節標準，從而做到調節的精準化和速度化，提高故障處理的效率，能夠保證電力系統的正常運行，保證電能的質量水平。

2.2保障工作穩定性

由于電力是人們日常生活不可缺少的一部分，保證電力的穩定性輸送有利于穩定經濟發展，保障居民生活。自動化監控系統有利于水電站的自動化管理，實現全方位的機械監控，減少災難發生的概率。即使出現安全事故，系統也可以及時的進行排查，保證了設備的平穩安全運行。

2.3提高經濟效益

通過對水電站的無人管理可以有效地提升水電站的經濟效益。在自動化的管理情況下，自動化監控系統會對資源進行合理的分配，達到資源利用的最大化，保證水電站的高效運作，有力地提高了水電站的經濟效益。例如，當洪水來臨之時可以通過調節水量，保證下游人民的生活狀態良好，保證在干旱期河流下游不干涸，達到自然災害的最小化，經濟效益的最大化。

3水電站自動化監控系統的組成

3.1計算機數據采集監視系統

常稱DAS，計算機在數據采集處理時，主要對物理參數進行巡回檢測、數據記錄計算、統計處理、參數越限報警、大量數據的積累與實時分析，以表格或圖形形式將結果顯示在顯示屏上，對一些重要參數定時打印。

3.2直接數字控制系統

簡稱DDC，是微處理數字控制器或計算機對生產過程進行閉環控制的系統，它是以對生產過程的實際測量值與給定值相比較的偏差值作為計算機的輸入，計算機按照規定的控制規律所描繪的數字模型進行運算。這樣的水電站自動化系統可以實現調速器的功能、實現勵磁調節器的功能、實現同期并列的功能操作、實現運行現場設備的全面保護。

3.3操作指導控制系統

簡稱OIS，計算機開環監督控制系統。功能為采集和處理數據、反應生產過程各類數據給操作人員、提示操作信息。該控制系統是一種開環控制系統，無反饋信號。其任務主要為：正常運行控制、緊急控制、恢復控制。

3.4多功能分級控制系統

簡稱Hcs，它是在計算機、控制、CRT顯示、通信等技術基礎上應運而生的多功能控制系統。集控制和管理于一體的工程系統，可以優化局部過程控制及全局總目標總任務，體現了系統工程的分散與協調概念，有效解決了大型工業生產過程中的管理、控制以及優化問題。

3.5現場總線控制系統

簡稱FCS，作為新一代分布式控制結構，還處在發展階段，大致可分為：現場設備和人一機接口組成的二層結構的FCS；現場設備、控制站和人一機接口組成的三層結構的FCS；DGS擴充了現場總線接口模件所構成的FCS。

4水電站自動化監控系統的設計

4.1數據采集和處理設計

①采集機組各電氣量和非電氣量，做工程值變換和預處理，并根據需要上送電站控制層。②收集主、輔設備、繼電保護和自動裝置的狀態量，并上送電站主控制層。③溫度的采集與處理：機組測溫由單功能的微機溫度巡檢裝置完成，該裝置獨立于電站計算機監控系統，與電站計算機監控系統機組PLC的智能通信板以串行通信方式實現通信。

4.2安全運行監控設計

完成機組監視對象狀變監視、越限檢查、過程監視及現地控制單元異常監視。在脫離電站控制層的情況下，確保機組安全運行。①狀變監視：當監視對象發生狀變和繼電保護及自動裝置動作時，其動作信號在現地控制單元上有簡明的LED指示或CRT顯示，并上送電站控制層。②越限檢查：對于部分采集到的電量和非電量，單元級應做越限檢查。③過程監視：監視機組起動前起動條件和工況轉換過程的順序，并上送電站控制層。④現地控制單元異常監視：現地控制單元的硬件、軟件故障時，要求現地報警指示，并上送電站控制層顯示并打印。

4.3控制和調整設計

1）機組現地控制單元能自動完成開、停機操作和有功、無功功率的調節，而不需依賴于電廠主控級。在接收電廠主控級命令后，工況轉換及調節能自動完成，也能分步手動完成。

2）機組LCU盤上裝有現地/遠方控制權切換開關，當開關投到現地操作方式時機組LCU能屏蔽掉電廠主控級發來的命令，僅執行現地LCU發出的命令；當開關投到遠方操作方式時，機組LCU接收執行電廠主控級發來的命令，而不執行現地LCU發出的命令。

3）機組控制單元順序控制包括：①正常的自動開機（并帶負荷到設定值）；②自動開機到并網空載運行；③自動開機到并網運行；④正常自動停機；⑤緊急停機；⑥事故緊急停機；⑦勵磁系統的控制（連控）；⑧主進水閥（球閥）及旁通閥的流程控制；⑨機組輔助設備的控制（連動）。對于事故停機應根據緊急程度分別作用到不同的自動停機程序。接受繼電保護裝置、機械保護裝置發來的事故信號，除作用于事故停機外，還可作用于滅磁開關的跳閘回路。

4）機組同期并網方式：機組同期并網為自動準同期方式。電站按每臺機組分別裝設一套單對象微機自動準同期裝置作為正常同期，由計算機監控系統選擇同期對象。

結語

綜上所述，加強對水電站自動化監控系統設計與應用問題的研究分析，對于其良好實踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的水電站自動化監控系統設計過程中，應該加強對其關鍵環節與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

參考文獻：

[1]陳泰山.淺議如何進行水電站自動化監控系統的監理[J].中國科技信息，2013.

[2]李琦.基于水電站自動化監控系統抗干擾的分析[J].大科技，2015.

作者簡介

張云楓，男，1981.8，江西九江人，本科，單位：國網江西省電力公司柘林水電廠，研究方向：電力系統及其自動化