智能水電廠的自動化系統總體建設

袁野

[摘? ? 要]智能水電廠是智能電網中的重要部分，建設的目標主要是通過智能化改造，提升水電廠在生產以及管理方面的自動化水平，保證設備能夠安全、穩定地運行，實現業務協同互動，從而促進水電廠經濟效益的提升。目前，水電自動化面臨著資金投入多、工期長、信息共享難、維修管理累、可靠程度低等問題，通過智能化改造，優化生產管理的水平，提升決策能力。本文闡述了智能水電廠自動化系統的建設原則以及建設目標，分析了智能水電廠自動化系統的總體建設設計，并對電站自動化系統的智能化展開探究。

[關鍵詞]智能水電廠;自動化系統;總體建設

[中圖分類號]TV736 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–00–02

The Overall Construction of the Automation System of the Intelligent Hydropower Plant

Yuan Ye

[Abstract]Smart hydropower plants are an important part of the smart grid. The goal of construction is to improve the automation level of hydropower plants in production and management through intelligent transformation， ensure safe and stable operation of equipment， and achieve business collaboration and interaction. Thereby promoting the economic benefit of hydropower plants. At present， hydropower automation is facing problems such as high capital investment， long construction period， difficult information sharing， tired maintenance and management， and low reliability. Through intelligent transformation， the level of production management is optimized and the decision-making ability is improved. This article expounds the construction principles and construction goals of the intelligent hydropower plant automation system， analyzes the overall construction design of the intelligent hydropower plant automation system， and explores the intelligence of the power plant automation system.

[Keywords]smart hydropower plant; automation system; overall construction

我國的大多數水電廠已經安裝了計算機監控、水情水調等系統，并且大壩監測等自動化系統也具有一定的規模。由于系統的發展不均衡，缺乏統一的接口標準，所以數據共享存在一定的難度，距離智能水電廠自動化也有一定的差距。目前，我國已經正式出臺了水電廠監控通信標準，通過智能水電廠的建設，可以避免出現系統重復建設，提升設備和系統的可靠性，有效地減少電站的投資。

1 智能水電廠自動化系統的建設原則

智能化水電廠是以信息數字化、通信網絡化、運管一體化、業務互動化為特征，使用IED以及智能設備自動完成一些基本的功能。其具備基于一體化平臺的經濟運行、安全防護多系統聯動的職能應用組件，從而實現生產運行的安全可靠以及經濟高效[1]。

智能水電廠自動化系統的建設原則是：①安全可靠性。智能化改造應使用比較成熟且可靠的產品、技術，保證改造之后的系統能夠穩定、安全地運行。②先進性。追求技術的先進和超前，對于已建的電站進行智能化改造時，應在二次設備、故障診斷、優化調度等方面下功夫，保證先進技術與生產安全之間的平衡。③開放性。采用國際標準、國家標準、行業標準，提升系統的開放性，選擇使用一些標準化的產品，便于備品備件和之后的升級。④經濟性。在保證智能化的同時，原有設備盡量局部改造，防止投資過大造成浪費。⑤穩妥性。智能水電廠的工作量比較大，應將提高安全可靠性、經濟性、決策智能化作為重點，以對上述因素有影響的設備為突破口，確保在穩妥的前提下逐步展開。

2 智能水電廠自動化系統的建設目標

智能水電廠的目標主要是通過智能化改造優化生產管理的自動化水平，保證設備能夠安全可靠地運行，提升水電廠的經濟效益。智能水電廠自動化系統的具體建設目標為：①生產過程控制的智能化目標，對計算機網絡系統以及通信傳輸進行改造，實現計算機監控系統的智能化升級。②調度決策的智能化，通過對水情、水調、防汛等系統進行智能化改造，實現智能化調度，從而提升水電廠經濟運行水平。③大壩監測、設備運行管理的智能化，通過對變壓器、斷路器設備的在線監測，提升故障監測水平，從而有效地減少檢修和維護的成本。④一體化管控平臺，通過建設數據信息統一平臺，實現系統、數據之間的互聯，以及數據共享和綜合應用。⑤經濟效益最大化，提升設備的安全運行水平，降低勞動強度，提升生產率以及經濟效益[2]。

3 智能水電廠自動化系統的總體建設設計

3.1 總體構成

智能水電廠主要體現在生產過程的控制、運行決策等自動化系統中，這些系統功能十分明確、界線比較清晰，而互相之間也有一定的聯系，可以實現數據信息的共享與配合，從而完成水電廠智能化目標。如圖1所示，智能水電廠自動化系統的體系架構主要是一些智能化應用自動化系統的集成，這些系統分屬于3個安全區域，通過一體化管控平臺進行互動，并且實現生產過程控制、生產管理、運行決策的智能化，保證水電廠經濟效益最大化。

系統之間的互聯。在三大安全區域內，各自有一個數據共享平臺，主要對區域內的自動化系統進行整合，從而實現數據的互聯與共享。同時，三大安全區域的互聯，應根據我國電力監管委員會等相關部門的規定，采取相應的安全防護措施。

自動化系統和執行元件、傳感器的連接。對于執行元件以及傳感器等二次設備，如遠動裝置、電壓無功控制等，全部在標準化的基礎上進行微處理，設備之間也應使用高速網絡通信進行連接，從而真正實現資源和數據的共享[3]。

3.2 建設規劃

智能水電廠的建設涉及多個方面，包括生產、管理、運行等，并且規模較大、結構較復雜，建設周期較長。因此，總體建設規劃應遵循統一規劃、分步實施這一原則。水電廠智能化建設規劃應根據技術條件、實際需求以及進度要求，按照系統架構對電站、基礎設施等建設內容以及組織管理、技術保障進行規劃和設計。通過互相支撐以及對子系統的整合，分階段進行開發與建設，從而保證各系統的耦合。基礎設施是建設智能化水電廠的基礎，是完成信息全過程的軟件設備、硬件設備、實體環境等。例如，從數據的采集、處理、傳輸、儲存，再到展示等整個過程，基礎設施主要包括計算機網絡系統、通信系統、數據采集系統等。計算機網絡系統具有重要的作用，是各系統連接交換的平臺，所以計算機網絡的建設應結合每一個應用系統對網絡安全性、實時性的要求，為保證網絡的安全、可靠以及可擴展性，計算機網絡可以劃分為業務內外網、控制專網。統一信息平臺主要是提供統一的信息，并實現跨安全區域各系統之間的數據共享。應用系統是水電廠智能化的主要內容，是和水電廠的運行管理有著直接關系的業務子系統，其中包括計算機監控、大壩監測、水清水調自動化等系統[4]。

4 電站自動化系統的智能化

4.1 智能水電廠的系統結構

從物理層面來說，智能水電廠自動化系統結構可以分為智能化一次設備、網絡化二次設備。從邏輯結構上來說，智能水電廠自動化系統結構可以分為過程層、間隔層、站控層3個層次，每一個層次的內部以及各層次之間都使用高速網絡通信。如圖2所示，過程層和間隔層的網絡使用交換式以太網，其介質為光纖;間隔層與站控層之間也使用交換式以太網，其介質為雙絞線。

過程層。這是一次設備和二次設備的結合面，也可以稱作智能化電氣設備中的智能化部分。過程層的功能主要有3類：①實時進行電氣量檢測，對電壓、電流等進行檢測，對于有功、電能量等電氣量，則需要借助間隔層設備進行運算得出。②狀態參數檢測和統計，水電廠中需要進行狀態參數檢測的設備比較多，其中主要包括變壓器、電容器、母線、電抗器等，在線檢測主要是對工作的狀態、溫度、壓力、絕緣等數據進行檢測。③操作控制的執行和驅動，主要包括變壓器分接頭調節控制，斷路器、刀閘的合分控制等。

間隔層。間隔層的設備功能主要包含：將本間隔過程層的實時數據進行整合匯總;對一次設備的保護與控制;進行本間隔操作閉鎖;操作同期以及其他的控制功能;發出數據采集、運算、控制命令，具有一定的優先控制功能;通信功能，可以同時保持高速完成與過程層、站控層的網絡通信，具有承上啟下的作用。

站控層。通過兩級高速網絡對全站信息的匯總，有效地刷新數據庫，從而實現集中性監控以及人機聯系的功能。根據相關標準協議，把相關的數據信息傳送至調度或者控制中心，然后從中接受相關的控制命令，并轉由過程層以及間隔層開始執行，同時，對過程層、間隔層的所有設備，具有在線維護、修改參數等功能。

4.2 計算機監控系統

智能水電廠的一次設備通常不更換，對于計算機監控系統的智能改造主要是提升系統的安全可靠性、開放性以及經濟性。計算機監控系統軟件升級，在間隔層與站控層增設IEC61850通信接口，并保留一些常規化的通信接口，對軟件以及少部分的硬件進行升級，從而有效地提升系統的智能化水平，實現系統性能的優化。NC2008 V3.0系統軟件主要是面向水利行業所研制的大型計算機監控系統軟件，它包含了分布式對象架構，以及支持異構平臺的特性，提供高效、安全的監控內核，精美的圖形界面，以及強大的組態工具等各種常規性和高級性功能。

5 結束語

當前的水電自動化由于技術發展、系統架構等因素面臨著各種問題，如投資多、工期長、信息共享難、檢修費用高等。因此，在遵循安全可靠性、先進性、穩妥性的建設原則基礎上，通過智能水電廠自動化系統的總體建設，實現水電自動化的目標，消除應用系統孤島、防止系統重復建設、優化生產管理水平，實現業務系統協同互動。

參考文獻

[1] 李繼清，李建昌，王昕，等.智能水電廠概念及其體系功能探索[J].西北水電，2020（6）：109-114.

[2] 周江晨.水電廠自動化系統的智能化改造研究[J].智能城市，2021，7（11）：163-164.

[3] 邱小波，于亞雄，嚴漢秋.水電廠自動化系統的智能化改造研究[J].通信電源技術，2019，36（8）：52-53.

[4] 林鵬.水電廠自動化監控系統研究[J].科技視界，2017（11）：203.