龐宇林

（晉城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 晉城 048026）

對(duì)于微型機(jī)組，有關(guān)其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)的文章及書籍很少，筆者根據(jù)多年實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，提出較為實(shí)用性的設(shè)計(jì)方案。山西省境內(nèi)的水電站由于所處地域和水源的現(xiàn)實(shí)情況，絕大多數(shù)水電站裝機(jī)容量很小，大多在幾百千瓦，還有部分水電站只有不到100 kW，隨著水電站自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展和國家節(jié)能減排的現(xiàn)實(shí)要求，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)模式已絕大部分淘汰了，無論新建、改建、擴(kuò)建的水電站，都已經(jīng)或正在進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)或改造。此類微型水電站，保護(hù)功能配置比較少，但自動(dòng)化程度的要求同樣可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)，需要能夠保證水電系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性。

總體來說，根據(jù)GB14285-93《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)范》，數(shù)百千瓦的微型機(jī)組，需要實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能。大多數(shù)情況下，對(duì)于機(jī)組，可由電流速斷保護(hù)來作為發(fā)電機(jī)的內(nèi)部相間短路保護(hù)。一般配置為：過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、失磁保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)，可以配置：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)。

下面以晉城市某水電站的實(shí)際設(shè)計(jì)方案來說明數(shù)百千瓦的微型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

1 電站概況

該電站采用了典型的單母線接線方式，概況為：

1）臺(tái)500 kW發(fā)電機(jī)和3臺(tái)630 kVA的變壓器組成3套發(fā)變組；

2）發(fā)電機(jī)出口電壓0.4 kV，變壓器高壓側(cè)電壓10 kV；

3）1條10 kV出線線路；

4）10 kV母線上接有一臺(tái)50 kVA廠用變壓器。

省內(nèi)多數(shù)水電站均相同或類似于上述情況。

2 保護(hù)功能配置

根據(jù)以上概況及電站PT、CT的配置，結(jié)合微型機(jī)組水電站的特點(diǎn)，此類水電站的主要功能基本都可以表1所示進(jìn)行保護(hù)配置：

表1 主要保護(hù)功能配置表

3 系統(tǒng)配置

對(duì)于微型機(jī)組水電站，一般設(shè)一臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，采用RS485通訊即可。為便于擴(kuò)容，通訊管理機(jī)到后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)間可采用以太網(wǎng)通訊。晉城市所屬區(qū)內(nèi)水電站如東焦河水電站、古石水電站等均進(jìn)行了此類配置。

對(duì)于數(shù)百千瓦的微型機(jī)組，也可只配置手動(dòng)同期裝置，以上例來說，同期點(diǎn)有三個(gè)，所以宜配置一套多點(diǎn)手動(dòng)同期裝置和一套多點(diǎn)微機(jī)同期裝置。公共設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制由公共測(cè)控裝置完成。上例中計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備配置如表2所示：

表2 主要設(shè)備配置表

此外，和大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)類似，微型水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也同樣配備GPS、UPS、打印機(jī)等輸出設(shè)備：其中GPS可以直接由后臺(tái)計(jì)算機(jī)接口接入GPS信號(hào)，再通過后臺(tái)機(jī)對(duì)需要對(duì)時(shí)的裝置和設(shè)備發(fā)送命令進(jìn)行時(shí)鐘的對(duì)時(shí)和校正；打印機(jī)的配置一般選用普通型即可，如果當(dāng)?shù)卣{(diào)度系統(tǒng)有要求，可以把打印機(jī)作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用，直接掛接在系統(tǒng)以太網(wǎng)上；對(duì)于微型水電站，一般選用1 kVA容量的UPS就可滿足要求，遇到交流失電的情況，可以持續(xù)供電一小時(shí)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過控制電纜和裝置實(shí)時(shí)采集全站輸入信號(hào)，數(shù)據(jù)類型分別為模擬量、狀態(tài)量、脈沖量、數(shù)字量及非電量。具體到微型水電站，主要需要采集的量包括線路、主變、發(fā)電機(jī)等的電流、電壓、功率以及直流系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)（電氣模擬量）；溫度、壓力、流量、水位、油壓、調(diào)速器開限、開度、轉(zhuǎn)速（非電模擬量）；線路、主變、發(fā)電機(jī)、廠用變壓器等的有功電度和無功電度（脈沖量）；冷卻水、導(dǎo)葉位置、閘門位置、鎖錠位置、隔離開關(guān)等位置信號(hào)（一般開關(guān)量）；機(jī)組過速、事故低壓油、溫度過高、保護(hù)動(dòng)作（中斷開關(guān)量）等。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)后臺(tái)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算和分析，包括全廠電度量、耗水量、機(jī)組開停機(jī)的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析；主要運(yùn)行設(shè)備的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析；模擬量最大值、最小值、平均值的計(jì)算；機(jī)組及線路三相電流的不平衡度計(jì)算；機(jī)組主輔設(shè)備、電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)等。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，形成各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，幫助運(yùn)行人員對(duì)電站設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行全面監(jiān)視和綜合管理，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組開停機(jī)控制、運(yùn)行方式選擇與切換、輔機(jī)設(shè)備控制、控制方式切換、斷路器控制、有功和無功功率調(diào)節(jié)、自動(dòng)發(fā)電控制、自動(dòng)電壓控制以及同期操作等需要的功能。

5 組屏方案

對(duì)于微型機(jī)組水電站，尤其是一些更新改造的項(xiàng)目，廠房一般只進(jìn)行維修和加固，原有的中控室和配電室不可能進(jìn)行大的空間上的改變，這時(shí)宜將保護(hù)測(cè)控裝置和機(jī)組自動(dòng)化設(shè)備一體化安裝，以上述水電站為例，可由五面屏組成：即每套機(jī)組LCU各組成一面屏，包括溫度巡檢裝置、轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置、剪斷銷信號(hào)繼電器以及PLC裝置；計(jì)量表計(jì)組成計(jì)量屏，包括發(fā)變組計(jì)量表、10 kV線路計(jì)量表和其他公共表計(jì)；再加一面公共LCU屏，包括線路保護(hù)測(cè)控裝置、公共測(cè)控裝置、通訊管理機(jī)、同期裝置以及其他一些表計(jì)。這樣既節(jié)省了空間，也方便了系統(tǒng)運(yùn)用，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能。

6 系統(tǒng)軟件

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件由生產(chǎn)廠家隨設(shè)備一起提供并負(fù)責(zé)安裝。對(duì)于微型水電站用戶來說，尤其是農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)，進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際操作的操作員并不十分精通其中的原理和功能，拿晉城地區(qū)來說，多數(shù)是通過2個(gè)月左右的培訓(xùn)即上崗操作運(yùn)行，所以，必須要求系統(tǒng)軟件技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、功能實(shí)用、操作方便，并且維護(hù)升級(jí)方便快捷。尤其是用戶界面，務(wù)必要求標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化，做到易學(xué)、易用、易維護(hù)。

具體到整個(gè)系統(tǒng)軟件的主要功能，應(yīng)包括常規(guī)的數(shù)據(jù)采集和處理、畫面顯示、人機(jī)聯(lián)系、語音報(bào)警、安全運(yùn)行監(jiān)視、系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)等，這里不再贅述。建設(shè)單位也可以根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況把要求和想法納入到軟件當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

7 結(jié)束語

上述計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案已較多地用于晉城市大部分水電站，同時(shí)，也適用于各種數(shù)百千瓦機(jī)組的微型水電站，其監(jiān)視、控制、保護(hù)和自動(dòng)管理等功能既適用于新建水電站的保護(hù)測(cè)控，也適用于老水電站的擴(kuò)建及更新改造，可較大程度地增強(qiáng)水電站的綜合自動(dòng)化水平，提高水電系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，基本實(shí)現(xiàn)“少人值班”或“無人值守”的現(xiàn)代水利水電自動(dòng)化要求，在大力發(fā)展水利建設(shè)的過程中，起到很好的積極作用。