淺析水電站水輪發電機組監控系統的自動化控制及應用

摘 要：我國的地域遼闊，水資源比較豐富，江河分布密集，隨著人們對用電的需求不斷增加，在我國大多數地區都建設了大中型的水電站，中小型水電站建設施工的時間較短，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，使用監控系統的自動化控制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，少人值守"的目標，本文對水輪發電機組監控系統的自動化控制進行了研究及應用。

關鍵詞：水輪發電機組；監控系統；自動化控制；應用

【引言】隨著科學技術的發展，我國的水電站水輪發電機組監控系統淘汰了傳統的水輪發電機組監控系統的自動控制系統，實現了計算機的自動化控制，監控系統的自動化控制通過對各種設備信息進行采集、處理以及控制，使得設備可以安全穩定運行，在節約電能的同時，又可以實現無人值班的要求，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，在中小水電站得到了廣泛應用。

【正文】

1、水電站監控系統的自動化控制發展概況

水輪發電機組是水電站的核心設備，水林發電機組的監控系統的自動化控制影響著水電站的正常運行，隨著時代的進步與科技的發展，自動化控制在逐漸地運用到水電站發電機組的監控系統上來，傳統的水輪發電機組的監控系統已經退出，取而代之的是監控系統的自動化控制，周期性的檢測和調控都是由自動化控制系統去完成，這樣一來，人們的勞動量大大減少，減少了人員的數量，節約了能源，一舉兩得，出現了“無人值班，少人值守”的水電站[1]。

由于水電站水輪發電機組的規模，小水電機組設備簡單，作用并不是特別重要，因此一些新興的技術便首先運用到小水電機組上，成果成熟時才將其引用于實際中，造成了實現水輪發電機組的自動化控制遲一些，在水資源豐富的省份，水輪發電機組監控設備的自動化控制的研究發展迅速，相信在經濟和科技的不斷發展情況下，自動化的監控會有很大的發展和大規模的普及。

2、水輪發電機組監控系統總體結構概況

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下位機設備， LCU現地控制單元，實現對各個生產對象的監控。如圖：

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。

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。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，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。

水輪發電機機組監控系統的自動化控制是軟硬件組成的，都采用了模塊化結構，利用不同的模塊的功能，使得整體達到較好的效果，使用PCL的水輪發電機機組自動化監控系統是比較常見的，即程序邏輯控制器，是一種在現代工業系數能可靠進行數字運算操作處理的電子化系統，能執行多種邏輯運算，輸入輸出數字量，運用此系統，能夠很明確地顯示出實時監控檢測情況，一目了然。

PCL系統操作簡單易行，適應能力強[2]，軟件對氣候的適應性強，能夠在惡劣的環境下進行工作，適合多變的氣候，系統的穩定性強，能夠平穩運行很長時間，軟件控制功能完善，運算功能等功能完善，在各個方面適合水輪發電機組監控系統的自動化控制應用。

3、水輪發電機組監控系統的自動化控制的應用

水電站監控技術的自動化控制的應用，監控系統的自動化控制是能夠對水電站的生產電能過程進行實時監控和控制，它使得計算機的使用代替了人員的工作，人們不用再去時時刻刻都在觀測[3]，通過計算機的監控系統的自動化控制，可以實時的檢測各種設備的節約水能的情況，檢測溫度等等，從而進行自動化的調控，這種操作大大地降低了人們的工作強度，提高了工作效率，使得數據更加精準，監測更加到位，調控問題提更加及時，使得水電站水輪發電機組監控設備實現了自動化發展[4]。也減少水電站的運行費用及發電成本，達到減員增效的目的。

水輪發電機組監控設備的自動化控制應用于中小水電站上，監控系統的自動化能夠使得新的自動化監控系統得到運用，使我國額水電站自動化監控得到發展，也節約了人力，工作人員可以將更多地時間用來檢驗其他設備的工作情況和異常情況上來，自動化監控系統的發展對我國水電站科技的應用有很大的影響，在國外自動化監控率高達90%，國內的發展則相對落后，[5]監控系統基本功能：具備信息采集和監視、機組順序控制及非正常條件的閉鎖、綜合量計算、報警、溫度監視、事件記錄、有功、無功功率調節、一覽表、報表、歷史曲線查詢、與保護、自動及監控系統的通信功能。

【結束語】本文主要對水輪發電機監控系統的自動化控制進行了研究，整理了水輪機組監控系統的總體結構組成，并分析了它的應用，監控系統的自動化控制通過現地控制單元和主控計算機進行監控的自動化控制，主要使用PCL軟件系統，操作方便簡單，節省了人力以及能源，雖然在實際中存在許多發展中 的問題，但在未來的科技發展中，自動化的監控系統在控制方面一定會越來越普及，并且會在現有的基礎山進行改善、發展，這需要不斷地實踐與創新。

參考文獻：

[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.

[2]黃志先.水輪發電機組自動化監控設備模擬系統的研究.廣西大學，2009

[3]方輝欽.現代水電廠計算機監控技術與試驗.中國電力出版社，2003.

[4]徐立中.水電站水利樞紐計算機監控軟件系統分析.水利水電出版社，2002.

[5]鄭文.水電站計算機監控系統.中國水利水電出版社，2003.

作者簡介：

成佳微（1987-），女，陜西咸陽，本科，助理工程師，運行責任工程師，主要負責水電站機組運行維護的技術質量管理工作。