林智海

（廣東粵水水電發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510610）

0 引言

YAVUZ 水電站為引水式電站，其引水系統(tǒng)由明渠和壓力鋼管組成，前池在其中間，有著調(diào)整和穩(wěn)定水流的作用，在機組增、減負荷時，削減上游渠道水流產(chǎn)生的流浪，當(dāng)機組突然甩負荷時，在壓力鋼管中產(chǎn)生的壓力突變，鋼管中流量的變化引起水位的改變，在明渠中將產(chǎn)生非恒定流。取水口、引水渠道、前池、泄水道、尾水渠和電站廠房等為該水電站的主要建筑物。

壓力前池的作用：①平穩(wěn)水壓，平衡水量；②均勻分配流量；③排除多余水量，電站停機時，向下游排出水量；④攔阻污泥和泥沙。在前池中設(shè)有攔沙等裝置，能有效的紡織泥沙流入管道，確保水輪機的正常工作。

1 系統(tǒng)的組成

YAVUZ 電站采用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)是全開放環(huán)境下的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，在功能上也是分層分布的。如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖Fig.1 Network topology graph

該電站的監(jiān)控系統(tǒng)采用的是計算機為主，簡化常規(guī)設(shè)備為輔的設(shè)計原則，分為電站控制級和單元控制級。單元控制級包括三套機組LCU，一套公用LCU，一套前池LCU，一套開關(guān)站LCU，一套溢洪門LCU。在各LCU 之間都能通過光纖環(huán)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)。電站控制級由兩臺工業(yè)控制計算機和一臺通訊服務(wù)器組成，其功能就是采集處理電站設(shè)備的數(shù)據(jù)，存入歷史數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對電站設(shè)備的控制和操作，監(jiān)視電站的運行狀態(tài)，控制鏈路與調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

機組LCU 負責(zé)實時的采集機組相關(guān)運行的參數(shù)，監(jiān)測機組正常的開停機工作，以及完成對機組負荷的調(diào)節(jié)。

開關(guān)站LCU 主要負責(zé)的是采集三臺主變和兩條出線的參數(shù)、狀態(tài)信號以及控制操作。

公用LCU 主要負責(zé)的是實時采集直流裝置、消防水泵等輔助設(shè)備的運行參數(shù)、狀態(tài)信號等。

前池LCU 主要負責(zé)的是實時采集前池水位和前池閘門的信號以及對前池進水閘門的控制操作。

溢洪門LCU 主要負責(zé)的是實時采集壩區(qū)水位信號、溢洪門信號以及對溢洪門的控制操作。

2 調(diào)節(jié)原理

規(guī)定按水位標(biāo)準選擇開機數(shù)量，前池水位在282.9～283.9 米時，開一臺機；水位在283.9～284.15 米時，開兩臺機；水位在284.15 米以上時開三臺機。圖2 為調(diào)節(jié)水位的控制流程圖。

當(dāng)前池水位太高時，首先通過增大3臺機組出力來調(diào)節(jié)，如果在三臺機組滿載運行情況下，前池水位還是太高，要通過減小水庫閘門的開度減少來水量，來控制水位。反之如果水位過低時，首先通過增大水庫閘門的開度來增加來水量，在水庫閘門全開的情況下，前池水位還是偏低，自動減少機組出力甚至關(guān)閉機組?？傊褪歉鶕?jù)前池水位，通過自動調(diào)節(jié)機組出力達到最有效的利用水能。

圖2 控制流程圖一Fig.2 Control flow chart 1

3 控制過程

在正常情況下，水電站要實現(xiàn)按水位優(yōu)化運行需要具備以下條件：各LCU 運行正常，上位機IPC 運行正常，光纖環(huán)網(wǎng)通訊正常，前池水位計工作正常，調(diào)速器要具備按水頭調(diào)節(jié)的功能。中控室的操作人員在上位機的IPC 人－－機界面上選擇“按水位運行模式”，同時人工設(shè)定進入按水位運行模式的運行的機組臺數(shù)和開停機的先后順序。前池LCU 在接收到上位機的指令后,依據(jù)前臺水位的實際值來確定所開機的臺數(shù)和運行機組運行的具體模式（指的是按給定功率運行還是水頭－－開度的模式）。當(dāng)水電站按水位運行模式時，必須保證其中有一臺機組是按水頭－－開度模式運行，而其他機組是按效率的最高點的給定值運行。機組LCU 和前池LCU 必須通過光纖環(huán)網(wǎng)來交換信息，也是為了實現(xiàn)水位調(diào)節(jié)模式下機組LCU 和前池LCU 的直接控制。

前池LCU 接收到各機組LCU 的信號有：允許開啟機組進出口閘門、機組事故關(guān)閉機組進水口閘門、允許關(guān)閉機組進水口閘門、機組開機、機組狀態(tài)、機組停機指令、機組允許開機、機組開機失敗、機組關(guān)機失敗等等各類信號。而前池LCU 傳達到各機組LCU 的信號有：機組進水口閘門全開位置、機組進水口閘門全關(guān)位置、按給定功率模式運行命令、按水頭－開度模式運行命令、機組開指令、機組關(guān)指令。機組初始的開機順序為：1號機→2 號機→3 號機→1 號機。機組初始的停機順序為：3 號機→2 號機→1 號機→3 號機。

按前池當(dāng)前水位，前池LCU 只需要一臺機組運行時，選擇優(yōu)先級最高的某機組開機。當(dāng)機組LCU 接到前池LCU 傳達的開機指令后，開機完成并網(wǎng)發(fā)電，同時發(fā)布信號到前池LCU 告知其機組已并網(wǎng)，然后前池LCU 再根據(jù)當(dāng)期安水位環(huán)境下所運行的機組臺數(shù)的數(shù)量在確定是否需要再開機，并將最后并網(wǎng)的機組按水頭－－－開度模式運行，而其他已并網(wǎng)的機組是按效率最高點的給定值運行。

（1）當(dāng)前池水位在282.9～283.9 米時，經(jīng)前池LCU 判斷后，判定只需要1 臺機組運行時，按初始的開機順序選擇機組編號，當(dāng)開機機組接收到前池LCU 的開機指令后，完成開機并網(wǎng)的工作。前池LCU 收到開機機組的開機并網(wǎng)信號后，又向該機組發(fā)送按“水頭－開度模式運行”信號，機組收到該指令后，向調(diào)速器發(fā)送“按水位運行模式”運行的命令，由調(diào)速器按“水頭－－開度”曲線模式運行。詳見圖3。

（2）如果在第一臺機組全開的情況下，前池水位依然持續(xù)上升，水位達到283.9～284.15 米時，經(jīng)前池LCU 判斷后，認為需要開第二臺機運行，將按初始開機順序選擇第二臺機。第二臺機的運行將按“水頭－開度”曲線模式運行，而第一臺機將將改成按效率最高點的給定值運行。第二臺機按水頭－開度模式運行。如圖4 所示。

（3）如果水位繼續(xù)上升，持續(xù)到284.15 米以上，經(jīng)前池LCU 判斷后，需要第三臺機組運行，將按著初始開機順序選擇開啟第三號機，三號機投運后，前池LCU將發(fā)送“水頭－開度”曲線模式信號給三號機組LCU，使三號機機組按水頭－開機曲線模式運行，同時前池LCU 將最高效率的給定值信號給1 號機組和2 號機組，使1 號機組和2 號機組按最高效率點的給定值運行。

圖3 控制流程圖2Fig.3 Control flow chart 2

圖4 控制流程圖3Fig.4 Control flow chart 3

當(dāng)根據(jù)水位的高低判斷需要開機指令，當(dāng)前池LCU 的水位上升, 根據(jù)優(yōu)先級確定需要開機的機組編號，觀察是否在規(guī)定的時間內(nèi)接收到開機信號，如果機組沒有收到再繼續(xù)判斷下一優(yōu)先級是否需要開機，當(dāng)前池LCU 水位下降時，LCU 判斷是否停機，發(fā)出的停機信號是按照優(yōu)先級順序的，若收到信息失敗就要向下一優(yōu)先級再發(fā)指令。為了避免停機時引起電站輸出功率的大幅度波動，停機時要先由前池LCU 發(fā)出指令先退出機組的水頭－開度模式的運行模式，待機組完全停機后，將停機優(yōu)先級次高的機組置為水頭－開度模式運行。這樣的停機順序是安全可靠，并且使功率輸出平穩(wěn)的高效方式。

4 水電站自控系統(tǒng)的優(yōu)點

水電站的自控系統(tǒng)能夠有效利用水能，發(fā)揮實際水電站的控制調(diào)節(jié)效果，在運行過程中安全，穩(wěn)定，可靠。

（1）水電站自控系統(tǒng)可以減少運行人員的勞動強度。傳統(tǒng)水電站的運行模式主體主要是工作人員，每天定時巡檢，記錄，調(diào)節(jié)控制等繁雜的工作內(nèi)容，現(xiàn)在的自動控制用計算機代替了人工，節(jié)省了體力腦力，減少了工人的工作量，釋放更多勞動力。同時提高了工作效率和準確度，能夠?qū)⑺鼙M最大可能轉(zhuǎn)化成電能。

（2）水電站自動控制系統(tǒng)可以提高水電站的有效性和及時性。自動化系統(tǒng)通過計算機，監(jiān)控設(shè)置，控制體系技術(shù)能夠高效的來通過前池水位高低控制發(fā)電機組的開停。其高效性和及時性已經(jīng)遠遠的超越了完全人工的操作。

（3）水電站自動控制系統(tǒng)可以提高水電站發(fā)電的安全性、可靠性。在人工操作的時期，工作人員定時定點的去巡檢，發(fā)現(xiàn)問題的及時程度遠不及監(jiān)控系統(tǒng)的快速，同時又避免了操作過程中工作人員的失誤，所以自動控制系統(tǒng)具有一定的安全性和可靠性。

5 總結(jié)

近年來我國水電工程發(fā)展迅猛，已經(jīng)建成小水電站4 萬多座，為我國的經(jīng)濟科學(xué)發(fā)展和社會進步作出了巨大貢獻。我國的小水電站主要解決中西部的邊遠地區(qū)的用電問題，小水電站的技術(shù)起點低，但是隨著計算機技術(shù)、自動化技術(shù)的快速發(fā)展，小水電站的自動水位優(yōu)化，能夠更加高效地利用水能生產(chǎn)效益。根據(jù)控制原理和方法可以看出，SCADA系統(tǒng)的水位調(diào)節(jié)模式，避免頻繁的開機停機，自動調(diào)節(jié)機組，有效的將水能轉(zhuǎn)化為電能，充分體現(xiàn)了小水電站自動控制系統(tǒng)的有效安全，可靠穩(wěn)定的優(yōu)勢。

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