溫卉

摘 要 水電站的綜合自動化是建立在以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎之上對整個電站運行全過程的自動控制，以達到提高小型水電站電能質量和發(fā)電效率、使水電站逐步實現(xiàn)少人值班直至最終達到無人值班（或少人值守）的目標。目前自動化技術的運用逐步由大中型水電站向小型水電站拓展。文章以某小型水電站技改為背景，淺析了微機綜合自動化技術在小型水電站中的應用，說明了水電站微機綜合自動化系統(tǒng)、設計、配置、功能等特點，可供廣大同行參考。

關鍵詞 綜合自動化；小水電；運用

中圖分類號：TV734 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0104-02

水電站的綜合自動化是建立在以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎之上對整個電站（甚至梯級電站或整個流域）從水文測報、機組啟（停）控制、工況監(jiān)視，輔助和公用設備的啟（停）控制、工況監(jiān)視，負荷的分配，直到輸電線路運行全過程的自動控制，并能準確地與上一級調度部門進行實時數(shù)據(jù)通信等全方位自動監(jiān)測的控制系統(tǒng)。

隨著我國自動化技術水平的日益提高，綜合自動化技術在電力生產中得到了廣泛的應用，大中型水電站目前已經基本推廣了自動化技術。隨著技術進步和自動化設備造價的降低，綜合自動化技術已開始運用于小型水電站，以達到提高小型水電站電能質量和發(fā)電效率、使水電站逐步實現(xiàn)少人值班直至最終達到無人值班（或少人值守）的目標。

1 電站概況

某水電站為海豐縣梅隴鎮(zhèn)黃山洞水庫（中型）的附屬電站，于1987年建成，總裝機3×250 kW。該電站于2013年技改，技改后裝3臺GD007-WZ-60型水輪機，額定水頭14.5m，額定流量2.13 m3/s，額定轉速1000 r/min，額定出力272 kW，設計效率88.5%；配SFW250—6/590發(fā)電機，額定出力250 kW，轉速1000 r/min。電站總裝機容量為3×250 kW，配YWT型調速器，并引入相應的自動化控制技術。

2 電站綜合自動化系統(tǒng)總體布局

該水電站的自動化控制系統(tǒng)分為三層，由頂向下依次為：水庫中心監(jiān)控層、電站級控制層、現(xiàn)地級控制層，見圖1。其中中心監(jiān)控層配置于水庫樞紐，負責對水庫樞紐進行監(jiān)控。

圖1 自動化控制系統(tǒng)分層示意圖

各控制層配置如下：

1）水庫中心監(jiān)控層。水庫中心監(jiān)控層位于水庫調度中心，主要由數(shù)據(jù)庫服務器、WEB服務器、其它相關監(jiān)控主機、監(jiān)測控制軟件和視頻主機等構成，實現(xiàn)對水庫樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)和設備運行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動化系統(tǒng)屬水庫樞紐自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，本電站的電站級控制層負責與水庫中心監(jiān)控層通訊交換數(shù)據(jù)、指令。

2）電站級控制層。電站級控制層位于電站控制室，主要由數(shù)據(jù)服務器1臺，工作站2個，打印機1臺，UPS電源1臺及網(wǎng)絡設備等組成。電站級控制層設備與現(xiàn)地控制單元（LCU）間采用TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議。操作站為兩臺互為熱冗余工作站級計算機組成，完成對全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機聯(lián)系等功能，其軟件系統(tǒng)提供網(wǎng)絡WEB發(fā)布模塊接口。

3）現(xiàn)地級控制層?，F(xiàn)地級控制層采用可編程控制器（PLC）為核心的控制單元（LCU），構成邏輯控制系統(tǒng)，負責收集生產過程中的信息，并執(zhí)行對生產過程的控制，獨立實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測報警、控制調節(jié)、設備的繼電保護等功能。

現(xiàn)地級控制層設5套測控單元，控制對象主要包括水輪發(fā)電機組、油、水、氣系統(tǒng)等輔機設備及發(fā)電機測溫、繼電保護、輸配電等。

本電站采用微機型繼電保護裝置。微機型繼電保護裝置通過前面板的MMI或者自動化系統(tǒng)的ECP軟件進行配置整定，輸入相關參數(shù)。保護裝置通過這些參數(shù)進行保護功能和測量功能的計算，一旦發(fā)生故障需要進行保護時，繼電保護裝置能自動動作進行保護，并將相關故障信號通過Modbus Plus通訊接口以及常規(guī)I/O接口送電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，并在電站級控制層的工作站報警、顯示詳細的事故或故障信號，并通過自動化系統(tǒng)進行控制，調整全廠的運行狀態(tài)，完成故障對應的全廠保護動作，并形成故障錄波等操作記錄。主要繼電設備保護包括：①10 kV線路保護；②發(fā)電機保護；③主變壓器保護；④廠用變壓器保護。

3 功能設計

3.1 水庫中心監(jiān)控層

水庫中心監(jiān)控層實現(xiàn)對水庫樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)的監(jiān)測和設備運行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動化系統(tǒng)屬水庫樞紐自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，由電站級控制層負責與其通訊，交換數(shù)據(jù)、指令。

3.2 電站級控制層

電站級控制層完成對全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機聯(lián)系等。實現(xiàn)的詳細功能有：

1）采集各LCU上送的現(xiàn)場信號。

2）機組順序控制（起停）及非正常條件的閉鎖。

3）故障報警、顯示、處置。

4）LCU測量信號的顯示。

5）同期并網(wǎng)及解列。

6）有功、無功功率控制及經濟運行控制。

7）制作電站運行日記、各種報表、曲線、棒圖及其歷史文件的存儲。

8）事件順序記錄及事故追憶記錄。

9）人機界面，各種歷史數(shù)據(jù)存儲查詢，報表生成與打印等。

10）模擬培訓。

11）時間同步。

12）自診斷通信。

3.3 現(xiàn)地級控制層

采用控制單元（LCU），以可編程控制器（PLC）為核心，附設HMI、智能儀表、自動裝置等設備構成，收集生產過程中的信息，并執(zhí)行對生產過程的控制，獨立完成數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測報警、控制調節(jié)等功能。LCU實現(xiàn)的詳細功能有：

1）現(xiàn)地機組自動順序控制，能在上位機上或現(xiàn)地觸摸屏上以一個命令完成開停機全過程，或分步執(zhí)行。

2）調速器和勵磁裝置的調節(jié)。

3）同步操作。

4）自動發(fā)電控制AGC。

5）自動電壓控制AVR。

6）繼電保護。

4 結束語

某水電站采用綜合自動化系統(tǒng)改造后，取得的成效主要有：

1）可取消機旁值班人員僅在中控室集中監(jiān)控，減少了運行值班人員，改善運行人員的工作條件和工作環(huán)境。

2）可自動檢測、自動調整運行參數(shù)，提高電能質量和電能效率。

3）提高了繼電保護準確率，故障位置和類型可在中控室工作站顯示，便于故障排除。同時系統(tǒng)可通過對設備的故障分析預測設備的故障發(fā)生率，為運行提供了參考。

4）電站級控制層可與水庫中心監(jiān)控層實時通訊，可將電站的運行情況快速傳遞給水庫調度中心，快速接收來自水庫調度中心的指示。

參考文獻

[1]徐倩倩.電站自動化系統(tǒng)在變電站中的應用[J].低壓電器，2008（02）.endprint

摘 要 水電站的綜合自動化是建立在以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎之上對整個電站運行全過程的自動控制，以達到提高小型水電站電能質量和發(fā)電效率、使水電站逐步實現(xiàn)少人值班直至最終達到無人值班（或少人值守）的目標。目前自動化技術的運用逐步由大中型水電站向小型水電站拓展。文章以某小型水電站技改為背景，淺析了微機綜合自動化技術在小型水電站中的應用，說明了水電站微機綜合自動化系統(tǒng)、設計、配置、功能等特點，可供廣大同行參考。

關鍵詞 綜合自動化；小水電；運用

中圖分類號：TV734 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0104-02

水電站的綜合自動化是建立在以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎之上對整個電站（甚至梯級電站或整個流域）從水文測報、機組啟（停）控制、工況監(jiān)視，輔助和公用設備的啟（停）控制、工況監(jiān)視，負荷的分配，直到輸電線路運行全過程的自動控制，并能準確地與上一級調度部門進行實時數(shù)據(jù)通信等全方位自動監(jiān)測的控制系統(tǒng)。

隨著我國自動化技術水平的日益提高，綜合自動化技術在電力生產中得到了廣泛的應用，大中型水電站目前已經基本推廣了自動化技術。隨著技術進步和自動化設備造價的降低，綜合自動化技術已開始運用于小型水電站，以達到提高小型水電站電能質量和發(fā)電效率、使水電站逐步實現(xiàn)少人值班直至最終達到無人值班（或少人值守）的目標。

1 電站概況

某水電站為海豐縣梅隴鎮(zhèn)黃山洞水庫（中型）的附屬電站，于1987年建成，總裝機3×250 kW。該電站于2013年技改，技改后裝3臺GD007-WZ-60型水輪機，額定水頭14.5m，額定流量2.13 m3/s，額定轉速1000 r/min，額定出力272 kW，設計效率88.5%；配SFW250—6/590發(fā)電機，額定出力250 kW，轉速1000 r/min。電站總裝機容量為3×250 kW，配YWT型調速器，并引入相應的自動化控制技術。

2 電站綜合自動化系統(tǒng)總體布局

該水電站的自動化控制系統(tǒng)分為三層，由頂向下依次為：水庫中心監(jiān)控層、電站級控制層、現(xiàn)地級控制層，見圖1。其中中心監(jiān)控層配置于水庫樞紐，負責對水庫樞紐進行監(jiān)控。

圖1 自動化控制系統(tǒng)分層示意圖

各控制層配置如下：

1）水庫中心監(jiān)控層。水庫中心監(jiān)控層位于水庫調度中心，主要由數(shù)據(jù)庫服務器、WEB服務器、其它相關監(jiān)控主機、監(jiān)測控制軟件和視頻主機等構成，實現(xiàn)對水庫樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)和設備運行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動化系統(tǒng)屬水庫樞紐自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，本電站的電站級控制層負責與水庫中心監(jiān)控層通訊交換數(shù)據(jù)、指令。

2）電站級控制層。電站級控制層位于電站控制室，主要由數(shù)據(jù)服務器1臺，工作站2個，打印機1臺，UPS電源1臺及網(wǎng)絡設備等組成。電站級控制層設備與現(xiàn)地控制單元（LCU）間采用TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議。操作站為兩臺互為熱冗余工作站級計算機組成，完成對全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機聯(lián)系等功能，其軟件系統(tǒng)提供網(wǎng)絡WEB發(fā)布模塊接口。

3）現(xiàn)地級控制層?，F(xiàn)地級控制層采用可編程控制器（PLC）為核心的控制單元（LCU），構成邏輯控制系統(tǒng)，負責收集生產過程中的信息，并執(zhí)行對生產過程的控制，獨立實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測報警、控制調節(jié)、設備的繼電保護等功能。

現(xiàn)地級控制層設5套測控單元，控制對象主要包括水輪發(fā)電機組、油、水、氣系統(tǒng)等輔機設備及發(fā)電機測溫、繼電保護、輸配電等。

本電站采用微機型繼電保護裝置。微機型繼電保護裝置通過前面板的MMI或者自動化系統(tǒng)的ECP軟件進行配置整定，輸入相關參數(shù)。保護裝置通過這些參數(shù)進行保護功能和測量功能的計算，一旦發(fā)生故障需要進行保護時，繼電保護裝置能自動動作進行保護，并將相關故障信號通過Modbus Plus通訊接口以及常規(guī)I/O接口送電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，并在電站級控制層的工作站報警、顯示詳細的事故或故障信號，并通過自動化系統(tǒng)進行控制，調整全廠的運行狀態(tài)，完成故障對應的全廠保護動作，并形成故障錄波等操作記錄。主要繼電設備保護包括：①10 kV線路保護；②發(fā)電機保護；③主變壓器保護；④廠用變壓器保護。

3 功能設計

3.1 水庫中心監(jiān)控層

水庫中心監(jiān)控層實現(xiàn)對水庫樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)的監(jiān)測和設備運行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動化系統(tǒng)屬水庫樞紐自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，由電站級控制層負責與其通訊，交換數(shù)據(jù)、指令。

3.2 電站級控制層

電站級控制層完成對全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機聯(lián)系等。實現(xiàn)的詳細功能有：

1）采集各LCU上送的現(xiàn)場信號。

2）機組順序控制（起停）及非正常條件的閉鎖。

3）故障報警、顯示、處置。

4）LCU測量信號的顯示。

5）同期并網(wǎng)及解列。

6）有功、無功功率控制及經濟運行控制。

7）制作電站運行日記、各種報表、曲線、棒圖及其歷史文件的存儲。

8）事件順序記錄及事故追憶記錄。

9）人機界面，各種歷史數(shù)據(jù)存儲查詢，報表生成與打印等。

10）模擬培訓。

11）時間同步。

12）自診斷通信。

3.3 現(xiàn)地級控制層

采用控制單元（LCU），以可編程控制器（PLC）為核心，附設HMI、智能儀表、自動裝置等設備構成，收集生產過程中的信息，并執(zhí)行對生產過程的控制，獨立完成數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測報警、控制調節(jié)等功能。LCU實現(xiàn)的詳細功能有：

1）現(xiàn)地機組自動順序控制，能在上位機上或現(xiàn)地觸摸屏上以一個命令完成開停機全過程，或分步執(zhí)行。

2）調速器和勵磁裝置的調節(jié)。

3）同步操作。

4）自動發(fā)電控制AGC。

5）自動電壓控制AVR。

6）繼電保護。

4 結束語

某水電站采用綜合自動化系統(tǒng)改造后，取得的成效主要有：

1）可取消機旁值班人員僅在中控室集中監(jiān)控，減少了運行值班人員，改善運行人員的工作條件和工作環(huán)境。

2）可自動檢測、自動調整運行參數(shù)，提高電能質量和電能效率。

3）提高了繼電保護準確率，故障位置和類型可在中控室工作站顯示，便于故障排除。同時系統(tǒng)可通過對設備的故障分析預測設備的故障發(fā)生率，為運行提供了參考。

4）電站級控制層可與水庫中心監(jiān)控層實時通訊，可將電站的運行情況快速傳遞給水庫調度中心，快速接收來自水庫調度中心的指示。

參考文獻

[1]徐倩倩.電站自動化系統(tǒng)在變電站中的應用[J].低壓電器，2008（02）.endprint

摘 要 水電站的綜合自動化是建立在以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎之上對整個電站運行全過程的自動控制，以達到提高小型水電站電能質量和發(fā)電效率、使水電站逐步實現(xiàn)少人值班直至最終達到無人值班（或少人值守）的目標。目前自動化技術的運用逐步由大中型水電站向小型水電站拓展。文章以某小型水電站技改為背景，淺析了微機綜合自動化技術在小型水電站中的應用，說明了水電站微機綜合自動化系統(tǒng)、設計、配置、功能等特點，可供廣大同行參考。

關鍵詞 綜合自動化；小水電；運用

中圖分類號：TV734 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0104-02

水電站的綜合自動化是建立在以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎之上對整個電站（甚至梯級電站或整個流域）從水文測報、機組啟（停）控制、工況監(jiān)視，輔助和公用設備的啟（停）控制、工況監(jiān)視，負荷的分配，直到輸電線路運行全過程的自動控制，并能準確地與上一級調度部門進行實時數(shù)據(jù)通信等全方位自動監(jiān)測的控制系統(tǒng)。

隨著我國自動化技術水平的日益提高，綜合自動化技術在電力生產中得到了廣泛的應用，大中型水電站目前已經基本推廣了自動化技術。隨著技術進步和自動化設備造價的降低，綜合自動化技術已開始運用于小型水電站，以達到提高小型水電站電能質量和發(fā)電效率、使水電站逐步實現(xiàn)少人值班直至最終達到無人值班（或少人值守）的目標。

1 電站概況

某水電站為海豐縣梅隴鎮(zhèn)黃山洞水庫（中型）的附屬電站，于1987年建成，總裝機3×250 kW。該電站于2013年技改，技改后裝3臺GD007-WZ-60型水輪機，額定水頭14.5m，額定流量2.13 m3/s，額定轉速1000 r/min，額定出力272 kW，設計效率88.5%；配SFW250—6/590發(fā)電機，額定出力250 kW，轉速1000 r/min。電站總裝機容量為3×250 kW，配YWT型調速器，并引入相應的自動化控制技術。

2 電站綜合自動化系統(tǒng)總體布局

該水電站的自動化控制系統(tǒng)分為三層，由頂向下依次為：水庫中心監(jiān)控層、電站級控制層、現(xiàn)地級控制層，見圖1。其中中心監(jiān)控層配置于水庫樞紐，負責對水庫樞紐進行監(jiān)控。

圖1 自動化控制系統(tǒng)分層示意圖

各控制層配置如下：

1）水庫中心監(jiān)控層。水庫中心監(jiān)控層位于水庫調度中心，主要由數(shù)據(jù)庫服務器、WEB服務器、其它相關監(jiān)控主機、監(jiān)測控制軟件和視頻主機等構成，實現(xiàn)對水庫樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)和設備運行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動化系統(tǒng)屬水庫樞紐自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，本電站的電站級控制層負責與水庫中心監(jiān)控層通訊交換數(shù)據(jù)、指令。

2）電站級控制層。電站級控制層位于電站控制室，主要由數(shù)據(jù)服務器1臺，工作站2個，打印機1臺，UPS電源1臺及網(wǎng)絡設備等組成。電站級控制層設備與現(xiàn)地控制單元（LCU）間采用TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議。操作站為兩臺互為熱冗余工作站級計算機組成，完成對全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機聯(lián)系等功能，其軟件系統(tǒng)提供網(wǎng)絡WEB發(fā)布模塊接口。

3）現(xiàn)地級控制層?，F(xiàn)地級控制層采用可編程控制器（PLC）為核心的控制單元（LCU），構成邏輯控制系統(tǒng)，負責收集生產過程中的信息，并執(zhí)行對生產過程的控制，獨立實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測報警、控制調節(jié)、設備的繼電保護等功能。

現(xiàn)地級控制層設5套測控單元，控制對象主要包括水輪發(fā)電機組、油、水、氣系統(tǒng)等輔機設備及發(fā)電機測溫、繼電保護、輸配電等。

本電站采用微機型繼電保護裝置。微機型繼電保護裝置通過前面板的MMI或者自動化系統(tǒng)的ECP軟件進行配置整定，輸入相關參數(shù)。保護裝置通過這些參數(shù)進行保護功能和測量功能的計算，一旦發(fā)生故障需要進行保護時，繼電保護裝置能自動動作進行保護，并將相關故障信號通過Modbus Plus通訊接口以及常規(guī)I/O接口送電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，并在電站級控制層的工作站報警、顯示詳細的事故或故障信號，并通過自動化系統(tǒng)進行控制，調整全廠的運行狀態(tài)，完成故障對應的全廠保護動作，并形成故障錄波等操作記錄。主要繼電設備保護包括：①10 kV線路保護；②發(fā)電機保護；③主變壓器保護；④廠用變壓器保護。

3 功能設計

3.1 水庫中心監(jiān)控層

水庫中心監(jiān)控層實現(xiàn)對水庫樞紐各系統(tǒng)主要參數(shù)的監(jiān)測和設備運行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動化系統(tǒng)屬水庫樞紐自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，由電站級控制層負責與其通訊，交換數(shù)據(jù)、指令。

3.2 電站級控制層

電站級控制層完成對全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機聯(lián)系等。實現(xiàn)的詳細功能有：

1）采集各LCU上送的現(xiàn)場信號。

2）機組順序控制（起停）及非正常條件的閉鎖。

3）故障報警、顯示、處置。

4）LCU測量信號的顯示。

5）同期并網(wǎng)及解列。

6）有功、無功功率控制及經濟運行控制。

7）制作電站運行日記、各種報表、曲線、棒圖及其歷史文件的存儲。

8）事件順序記錄及事故追憶記錄。

9）人機界面，各種歷史數(shù)據(jù)存儲查詢，報表生成與打印等。

10）模擬培訓。

11）時間同步。

12）自診斷通信。

3.3 現(xiàn)地級控制層

采用控制單元（LCU），以可編程控制器（PLC）為核心，附設HMI、智能儀表、自動裝置等設備構成，收集生產過程中的信息，并執(zhí)行對生產過程的控制，獨立完成數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測報警、控制調節(jié)等功能。LCU實現(xiàn)的詳細功能有：

1）現(xiàn)地機組自動順序控制，能在上位機上或現(xiàn)地觸摸屏上以一個命令完成開停機全過程，或分步執(zhí)行。

2）調速器和勵磁裝置的調節(jié)。

3）同步操作。

4）自動發(fā)電控制AGC。

5）自動電壓控制AVR。

6）繼電保護。

4 結束語

某水電站采用綜合自動化系統(tǒng)改造后，取得的成效主要有：

1）可取消機旁值班人員僅在中控室集中監(jiān)控，減少了運行值班人員，改善運行人員的工作條件和工作環(huán)境。

2）可自動檢測、自動調整運行參數(shù)，提高電能質量和電能效率。

3）提高了繼電保護準確率，故障位置和類型可在中控室工作站顯示，便于故障排除。同時系統(tǒng)可通過對設備的故障分析預測設備的故障發(fā)生率，為運行提供了參考。

4）電站級控制層可與水庫中心監(jiān)控層實時通訊，可將電站的運行情況快速傳遞給水庫調度中心，快速接收來自水庫調度中心的指示。

參考文獻

[1]徐倩倩.電站自動化系統(tǒng)在變電站中的應用[J].低壓電器，2008（02）.endprint