陳勇輝

（廣州市黃龍帶水庫(kù)管理處，廣東 從化 510960）

基于水電站綜合自動(dòng)化改造的研究

陳勇輝

（廣州市黃龍帶水庫(kù)管理處，廣東 從化 510960）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電氣自動(dòng)化在水電站中也得到了廣泛應(yīng)用，因地制宜對(duì)原有的水電站實(shí)施自動(dòng)化改造，使水電的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得到充分發(fā)揮，已是擺在水電行業(yè)面前的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。本文介紹了廣州市黃龍帶水庫(kù)水電站自動(dòng)化改造及微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的選型特點(diǎn)。

水電站；自動(dòng)化；改造

1 工程概況

黃龍帶水電站位于廣州從化，裝有3臺(tái)單機(jī)容量為0.8 MW和4臺(tái)單機(jī)容量為1.6 MW的臥式水輪發(fā)電機(jī)組，3臺(tái)3.5 MVA油浸自冷式變壓器，1條35 kV輸電線路。采用常規(guī)中控室集中控制方式對(duì)電站主輔設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。為提高電站控制自動(dòng)化水平，減輕值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班”（少人值守），能夠在從化市進(jìn)行遠(yuǎn)方控制操作，電站只保留少數(shù)值守人員，達(dá)到“遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙訊”四遙功能，取消常規(guī)控制方式的要求。

2 基礎(chǔ)自動(dòng)化改造

2.1 調(diào)速器

經(jīng)過(guò)研究，確定選用調(diào)速器的原則：①設(shè)備須有高度的可靠性和一定的先進(jìn)性；②能夠很好的與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接；③具有較高的性能價(jià)格比；④運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小。

經(jīng)過(guò)充分的論證比較，從安全及技術(shù)先進(jìn)性、發(fā)展方向、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量小考慮，決定采用武漢星聯(lián)控制系統(tǒng)工程有限公司生產(chǎn)的YWT－6000－GX型PLC調(diào)速器。該調(diào)速器是目前國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的新一代的調(diào)速器，這種調(diào)速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速動(dòng)性好、可靠性高、維護(hù)工作量少（基本上可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)）等特點(diǎn)，既可通過(guò)常規(guī)方式與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接，也可通過(guò)串行通訊方式與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接，符合整體改造要求。

2.2 勵(lì)磁系統(tǒng)

確定選用勵(lì)磁裝置的原則：①設(shè)備須有高度的可靠性和一定的先進(jìn)性；②能夠很好的與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接；③具有較高的性能價(jià)格比；④運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小。

經(jīng)過(guò)充分的論證比較，從安全及技術(shù)先進(jìn)性、發(fā)展方向、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量小考慮，決定采用武漢星聯(lián)控制系統(tǒng)工程有限公司生產(chǎn)的TDWLT－02型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。這種勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置可靠性高、維護(hù)工作量少，既可通過(guò)常規(guī)方式與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接，也可通過(guò)串行通訊方式與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接，符合整體改造要求，可有效確保勵(lì)磁系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

2.3 自動(dòng)化測(cè)量元件

自動(dòng)化測(cè)量元件選型配置是否合理將直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行及微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造的成敗。本站對(duì)自動(dòng)化測(cè)量元件選型配置的原則是：高可靠性和先進(jìn)性、維護(hù)方便、高性價(jià)比、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。對(duì)于電量變送器，考慮到安全可靠性，對(duì)重要測(cè)量點(diǎn)（7臺(tái)機(jī)組及1條35 kV出線）采用廣州市源博自動(dòng)化工程有限公司生產(chǎn)的組合型變送器（可測(cè)量三相電壓、電流、頻率、有功、無(wú)功、功率因素等），其他測(cè)量點(diǎn)則根據(jù)需要亦采用廣州市源博自動(dòng)化工程有限公司生產(chǎn)電壓、電流、頻率、有功、無(wú)功、直流電壓、直流電流變送器單元箱。組合型變送器采用通訊的方式直接與LCU的工控機(jī)進(jìn)行通訊，其他變送器的輸出量均為4～20 mA，送至PLC的模擬量輸入模塊。

3 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型

在完成基礎(chǔ)自動(dòng)化改造后，2004年開(kāi)始全面進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型、安裝，2005年6月份安裝完成進(jìn)行調(diào)試后投入運(yùn)行。

3.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要監(jiān)控對(duì)象及全廠需要監(jiān)控的信息量

（1）7臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備和附屬設(shè)備：水輪發(fā)電機(jī)，調(diào)速器壓油裝置，主閥及其壓油裝置，供水系統(tǒng)，勵(lì)磁變壓器，6.3 kV開(kāi)關(guān)室的斷路器，隔離開(kāi)關(guān)，勵(lì)磁系統(tǒng)。

（2）開(kāi)關(guān)站及電站公用附屬設(shè)備，主要有：主變壓器及其通風(fēng)系統(tǒng)等輔助設(shè)備和35 kV出線的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、檢修接地開(kāi)關(guān)；廠用變及400 V廠用電系統(tǒng)；全廠公用設(shè)備：水庫(kù)水位、尾水水位、水頭、排水系統(tǒng)，高低壓氣機(jī)，油壓系統(tǒng)及直流系統(tǒng)設(shè)備。

3.2 選用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的原則及對(duì)軟硬件的要求

3.2.1 選用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的原則

選用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的原則：①按照“無(wú)人值班”（少人值守）的原則，既要實(shí)現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控，又能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。②監(jiān)控系統(tǒng)須有高度的可靠性和一定的先進(jìn)性。③應(yīng)采用成熟的、可靠的、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)，且有足夠的備品備件和技術(shù)長(zhǎng)期的服務(wù)支持。④監(jiān)控系統(tǒng)軟件應(yīng)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的可擴(kuò)性，并滿足功能增加及規(guī)模擴(kuò)充的需要。系統(tǒng)應(yīng)具有冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)，不會(huì)因局部的故障而引起系統(tǒng)誤操作或降低系統(tǒng)性能。各LCU應(yīng)能脫離主控級(jí)獨(dú)立運(yùn)行。⑤選用全開(kāi)放、分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置和設(shè)備造型應(yīng)適應(yīng)計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，具有先進(jìn)性和向上兼容性。⑥監(jiān)控系統(tǒng)必須響應(yīng)速度快，可靠性和可用率高，可維護(hù)性好。⑦監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)。⑧監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有與T業(yè)電視系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、機(jī)組狀態(tài)維護(hù)系統(tǒng)等通信的接口。⑨人機(jī)接口功能強(qiáng)，人機(jī)界面采用中文且操作方便，便于二次開(kāi)發(fā)。具有漢字顯示和打印功能，人機(jī)聯(lián)系操作方法應(yīng)簡(jiǎn)便、靈活、可靠，操作采用鼠標(biāo)為主，鍵盤為輔。⑩具有較高的性能價(jià)格比。

3.2.2 對(duì)軟硬件的要求

（1）硬件。在保證系統(tǒng)可靠性、性能、質(zhì)量、開(kāi)放的同時(shí)，盡量減少設(shè)備的多樣性，以便增強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備之間的兼容性、替換性，減少備品備件的數(shù)量，方便我方熟悉、掌握。采用經(jīng)過(guò)1SO9000質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的國(guó)際著名廠商生產(chǎn)的、性能價(jià)格比高的硬件產(chǎn)品。具體要求是：操作員工作站選用帶雙屏21彩色顯示器進(jìn)口工作站，主頻、內(nèi)存、硬盤、高速緩存采用主流配置；電話語(yǔ)音報(bào)警可選用同產(chǎn)服務(wù)器；工控機(jī)及可編程控制器、開(kāi)入板、開(kāi)出板及模入板采用進(jìn)口器件。

（2）軟件。系統(tǒng)軟件上位機(jī)使用LINUX OS操作系統(tǒng)，其具有很強(qiáng)的綜合運(yùn)算能力、高速的數(shù)據(jù)處理能力，可以保證整個(gè)系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，并可安全可靠地長(zhǎng)期運(yùn)行；工控機(jī)采用Windows操作系統(tǒng)，可使運(yùn)行人員易學(xué)易懂，可較快掌握各種操作；應(yīng)用軟件使用電力臨控專用軟件。

（3）微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)選型。依據(jù)已研究制定的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的選用原則及對(duì)軟硬件的要求組織專業(yè)技術(shù)人員經(jīng)過(guò)廣泛的市場(chǎng)調(diào)查、嚴(yán)格的篩選，最終選4種方案供選擇：①中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化所研制的H9000微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；②阿爾斯通（天津）電力系統(tǒng)有限公司研制的Alspa 8000－P320微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；③南瑞自動(dòng)控制有限公司研制的ssj～3031水電廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)；④廣州市源博自動(dòng)化工程有限公司自行研發(fā)的水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)充分的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證、重點(diǎn)考慮安全可靠性及良好的售后服務(wù)，決定采用廣州市源博自動(dòng)化工程有限公司自行研發(fā)的水電站自動(dòng)化自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。選用該公司的產(chǎn)品主要基于以下兩點(diǎn)考慮：①眾多用戶多年的使用證明該自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性高，界面好，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性好；②該公司是廣東省水利廳下屬企業(yè)，有良好的技術(shù)保障，總部在廣州，售后服務(wù)方便快捷。監(jiān)控系統(tǒng)選型完成后，決定由廣州市源博自動(dòng)化工程有限公司按甲方要求采購(gòu)設(shè)備硬件，開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件并在監(jiān)控系統(tǒng)安裝后負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

廣州市源博自動(dòng)化工程有限公司自行研發(fā)的水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)采用全開(kāi)放分層分布式的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，分為遠(yuǎn)方控制層（城關(guān)調(diào)控室）、主控層（電站中控室）、單元控制層（現(xiàn)地控制單元）。

主控層與單元控制層之間連接方式采用RS485/RS232網(wǎng)絡(luò)連接，遠(yuǎn)方控制層通過(guò)網(wǎng)關(guān)、光纖調(diào)制解調(diào)器、光纜與電站主控層的光纖調(diào)制解調(diào)器、操作員站接口連接。現(xiàn)地控制單元擁有最高操作權(quán)限。當(dāng)主控層微機(jī)或者主控層與現(xiàn)地層的通訊有故障時(shí)，可以通過(guò)現(xiàn)地層的西門子S7－200的觸摸屏對(duì)機(jī)組進(jìn)行相關(guān)操作。

經(jīng)論證后選擇的自動(dòng)化硬件、軟件以及系統(tǒng)構(gòu)造的系統(tǒng)安全性、承受能力、操作安全性、通訊安全性、網(wǎng)絡(luò)特征、軟件及其安全性、系統(tǒng)自檢測(cè)等性能指標(biāo)均能滿足要求，系統(tǒng)具有優(yōu)良的開(kāi)放性和擴(kuò)充性，操作系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口，各種應(yīng)用軟件均可移植進(jìn)入系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

黃龍帶水電站綜合自動(dòng)化技術(shù)改造工程是我水庫(kù)管理處的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、安裝調(diào)試到運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)，特別是在電站現(xiàn)場(chǎng)管理方面，我們都采取了一系列認(rèn)真細(xì)致的行之有效的方法和措施，從而使電站的技術(shù)改造效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，使電站的自動(dòng)化管理水平真正上了一個(gè)新的臺(tái)階。

1 林廣斌.龍門灘一級(jí)水電站綜合自動(dòng)化改造［J］.廣西水利水電，2010（04）

2 郭 鍵.淺談中小型水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化改造［J］.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（01）

Research on Hydropower Integrated Automation Transformation

Chen Yonghui

With the rapid development of science and technology, electrical automation has also been widely used in the hydropower station.The implementation of the existing station’s automation transformation according to local conditions, and fully elaborating the economic and social benefits of hydropower, is an urgent task placed in front of the hydropower industry. This article describes the hydropower station automation transformation of Huanglongdai Reservoir in Guangzhou city and the features of selecting computer monitoring system.

hydropower station; automation; transformation

TV736

A

1000－8136（2011）03－0017－02