容立輝

（甘肅省永靖縣劉家峽水電廠(chǎng)，甘肅 臨夏731600）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水電廠(chǎng)自動(dòng)化技術(shù)也進(jìn)入了一定的發(fā)展階段。截至目前，低壓水電廠(chǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班，高壓水電廠(chǎng)也通過(guò)數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了管理水平的進(jìn)一步提高。而光電式互感器、智能化開(kāi)關(guān)等自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)，再加上互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，促使數(shù)字化技術(shù)在水電廠(chǎng)中的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用勢(shì)在必行。

1 水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)具有以下3個(gè)特點(diǎn)：（1）一次設(shè)備智能化。一次設(shè)備被檢測(cè)的信號(hào)回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)，使常規(guī)機(jī)電式繼電器和控制回路的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化。水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中傳統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)連接被數(shù)字公共信號(hào)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)字程控器所代替，也就是說(shuō)，可編程序逐漸取代了水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路，且光電數(shù)字和光纖代替了常規(guī)的控制電纜及強(qiáng)電模擬信號(hào)。（2）二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。水電廠(chǎng)內(nèi)繼電保護(hù)裝置、測(cè)量控制裝置、防誤閉鎖裝置、電壓無(wú)功控制裝置以及在線(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)裝置等常規(guī)的二次設(shè)備全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微機(jī)處理設(shè)計(jì)制造，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)連接的全周化；隨著高速網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)和投入使用，二次設(shè)備中基本上不會(huì)再有常規(guī)功能裝置重復(fù)的I／O現(xiàn)場(chǎng)接口的出現(xiàn)，高速網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息、資源的共享，使常規(guī)的功能裝置轉(zhuǎn)變成邏輯的功能模塊。（3）運(yùn)行管理系統(tǒng)自動(dòng)化。運(yùn)行管理系統(tǒng)自動(dòng)化主要是指電力生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)記錄無(wú)紙化；數(shù)據(jù)信息分流、分層交換自動(dòng)化；水電廠(chǎng)日常管理過(guò)程中發(fā)生故障時(shí)，能夠提供有效的故障分析報(bào)告，也就是指將水電廠(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中所出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行分析，并制定出合理規(guī)范的故障解決方案；同時(shí)還可以根據(jù)設(shè)備故障檢修的分析報(bào)告，將常規(guī)水電廠(chǎng)設(shè)備傳統(tǒng)的定期維修轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€(xiàn)維修，保證故障維修的時(shí)效性。

2 水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)分為智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備2種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)邏輯可以分為過(guò)程層、間隔層和站控層。下面分別對(duì)其進(jìn)行分析：（1）過(guò)程層及其功能。過(guò)程層是智能化設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，主要是指一次設(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合面。過(guò)程層的主要作用是對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的電氣量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并執(zhí)行設(shè)備的操作指令。其中電氣設(shè)備電氣量的檢測(cè)主要是對(duì)電壓、電流和諧波分量的檢測(cè)，與傳統(tǒng)功能類(lèi)似，但又存在區(qū)別：直接數(shù)字量采集代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬量采集；光電電壓互感器、光電電流互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)電磁式電流互感器和電壓互感器，這樣能夠有效地提高其絕緣特性和抗干擾能力，使水電廠(chǎng)的設(shè)備開(kāi)關(guān)運(yùn)行裝置達(dá)到小型化和精細(xì)化。（2）間隔層及其功能。間隔層主要有以下功能：對(duì)本間隔過(guò)程層的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行總結(jié)，并保持信息的時(shí)效性；保護(hù)和控制水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的一次設(shè)備；對(duì)同期操作及與其相關(guān)的信息進(jìn)行控制；本間隔操作閉鎖控制的功能；對(duì)上下層之間實(shí)施的通信功能等。水電廠(chǎng)可按照實(shí)際情況，采取雙口全開(kāi)的上下層之間的網(wǎng)絡(luò)接口模式，以有效加大信息通道的冗余度，從而確保通信能夠有序進(jìn)行。（3）站控層及其功能。站控層主要有以下功能：通過(guò)2級(jí)高速網(wǎng)絡(luò)匯總更新原有的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)全站的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總；實(shí)現(xiàn)人機(jī)相聯(lián)系以及站內(nèi)控制的功能；對(duì)作為自動(dòng)化系統(tǒng)控制設(shè)備的計(jì)算機(jī)中過(guò)程層、間隔層的設(shè)備進(jìn)行在線(xiàn)維護(hù)以及修改參數(shù)的功能；全站操作閉鎖控制功能；能夠按照預(yù)先約定，對(duì)控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的輸送；接收控制中心傳輸?shù)闹噶睿軌驅(qū)⒅噶钷D(zhuǎn)輸?shù)竭^(guò)程層和間隔層，并對(duì)所傳輸?shù)闹噶顖?zhí)行操作；自動(dòng)分析水電廠(chǎng)故障的功能。

3 水電廠(chǎng)自動(dòng)化發(fā)展中存在的主要問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

3．1 存在的主要問(wèn)題

目前，對(duì)水電廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究主要著重于光電互感器、智能化開(kāi)關(guān)等過(guò)程層的技術(shù)研究，并取得了一定的進(jìn)展。但水電廠(chǎng)自動(dòng)化發(fā)展中還存在許多問(wèn)題，比如研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中專(zhuān)業(yè)協(xié)作力較差，沒(méi)有對(duì)自動(dòng)化設(shè)備、器件以及材料等方面存在的問(wèn)題和缺陷進(jìn)行修整，實(shí)驗(yàn)方式、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等環(huán)節(jié)比較薄弱等。針對(duì)這些問(wèn)題，我們應(yīng)結(jié)合國(guó)外的成熟經(jīng)驗(yàn)找到合理的解決措施，調(diào)整和改進(jìn)存在的缺陷，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)力度。

3．2 發(fā)展趨勢(shì)

水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)呈智能化、人性化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)：（1）自動(dòng)化設(shè)備需要高性能的網(wǎng)絡(luò)硬件作為支撐（圖1）；計(jì)算機(jī)作為自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制設(shè)備會(huì)采用高性能的微機(jī)，如64位PC機(jī)，并且會(huì)涉及千兆網(wǎng)絡(luò)、光纖、藍(lán)牙、GPRS、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的應(yīng)用。（2）水電廠(chǎng)專(zhuān)業(yè)化分工越來(lái)越明確，主要是指水電廠(chǎng)用戶(hù)要求自動(dòng)化系統(tǒng)集成商提供專(zhuān)業(yè)化的產(chǎn)品，水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)將形成一個(gè)獨(dú)立的簡(jiǎn)潔箱式的水電站模式或者是以遠(yuǎn)程控制為主題的分級(jí)調(diào)度模式。水電廠(chǎng)的系統(tǒng)化發(fā)展還需要業(yè)務(wù)素質(zhì)高的專(zhuān)業(yè)人才，來(lái)促進(jìn)水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研究。（3）目前國(guó)內(nèi)水電廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人值班”的管理模式，但是卻不能為工作人員提供一套詳細(xì)、科學(xué)、合理的操作指導(dǎo)，因此需要建立一個(gè)包含數(shù)據(jù)信息和安全推理機(jī)制的專(zhuān)業(yè)操作系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)信息共享。（4）水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)備會(huì)形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一模型、互聯(lián)開(kāi)放的新格局，并且提高自動(dòng)化設(shè)備的可靠性、互聯(lián)性、互換性、可操作性以及可管理性，從而進(jìn)一步提高自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字化、人性化以及智能化水平。

圖1 高性能的網(wǎng)絡(luò)硬件示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)控制技術(shù)也在不斷地進(jìn)步并逐漸成熟。但是水電廠(chǎng)自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中還存在著一些問(wèn)題和缺陷，這就要求我們要時(shí)刻保持清醒的頭腦，正確客觀(guān)地看待自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中所存在的問(wèn)題，同時(shí)要積極進(jìn)取、開(kāi)拓創(chuàng)新，探索出解決問(wèn)題的有效方法，并認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，爭(zhēng)取在水電廠(chǎng)的水資源調(diào)度及高效利用以及水電廠(chǎng)的故障檢測(cè)、維修技術(shù)等領(lǐng)域取得突破性的進(jìn)展，進(jìn)一步推動(dòng)水電廠(chǎng)自動(dòng)化技術(shù)的智能化發(fā)展，為我國(guó)的水電建設(shè)項(xiàng)目以及現(xiàn)代化事業(yè)貢獻(xiàn)出一份力量。

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