黃寒松

福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司

水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的研究

黃寒松

福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司

我國(guó)的地域比較遼闊，水資源比較豐富，在我國(guó)多數(shù)地區(qū)都建設(shè)了小型的水電站，小型水電站建設(shè)施工的時(shí)間較短，建設(shè)完成后起效的時(shí)間較快，我國(guó)政府也支持各個(gè)地區(qū)興建小型水電站，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)多數(shù)小型水電站在水輪發(fā)電機(jī)組上設(shè)置了一些監(jiān)控系統(tǒng)，使用監(jiān)控系統(tǒng)不僅提高了供電的可靠性，并且在一定程度上減少了人力的使用，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班的目標(biāo)，本文對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究，希望為我國(guó)水電站有所幫助。

水輪發(fā)電機(jī)組；監(jiān)控系統(tǒng)；研究

傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)由繼電器電路組成，繼電器具有電路接線比較復(fù)雜、觸點(diǎn)的壽命較短、動(dòng)作靈敏度不高、需要工作人員進(jìn)行大量的維護(hù)工作并且不能進(jìn)行通信和使用網(wǎng)絡(luò)功能等缺點(diǎn)，由于上述缺點(diǎn)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和無(wú)人值班的要求?，F(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展我國(guó)水電站的自動(dòng)化系統(tǒng)得到了改善，已經(jīng)成為一個(gè)集控制、通信、網(wǎng)絡(luò)及電力電子一體化的綜合系統(tǒng)，此系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)比較完善，具有開(kāi)放的軟件平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水電站進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控和無(wú)人值班的目標(biāo)。

一、水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)介紹

小型發(fā)電站的自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)分層分布式的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括現(xiàn)地控制單元層和主控層，現(xiàn)地控制單元根據(jù)控制對(duì)象的差異又分為機(jī)組現(xiàn)地控制單元、升壓站以及公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元。水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)由1臺(tái)主控計(jì)算機(jī)、4個(gè)機(jī)組現(xiàn)地控制單元層、1個(gè)升壓站以及1個(gè)公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元層組成，如果小型水電站的單機(jī)容量在2-8兆瓦范圍之間時(shí)，其主控層可以使用雙主控計(jì)算機(jī)互為熱備用。根據(jù)電線的主接線，設(shè)計(jì)的自動(dòng)化綜合系統(tǒng)示意圖如圖1。

圖1　自動(dòng)化綜合系統(tǒng)示意圖

主控計(jì)算機(jī)中控制器局域網(wǎng)絡(luò)的通信口與現(xiàn)地控制單元層中的監(jiān)控及保護(hù)單元進(jìn)行連接，機(jī)組現(xiàn)地控制單元層與升壓器以及公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元層的可編程邏輯控制器通過(guò)RS-485接口和主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，另外還可以使用控制器局域網(wǎng)絡(luò)的RS-485總線轉(zhuǎn)換器經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后再與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信過(guò)程。使用發(fā)電機(jī)主保護(hù)單元對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)工作，同時(shí)發(fā)電機(jī)的監(jiān)控單元對(duì)發(fā)電機(jī)的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，保護(hù)單元和監(jiān)控單元與S7-200小型的可編程邏輯控制器構(gòu)成了發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)地控制單元層。在升壓站處使用兩條線路單元對(duì)兩條出線進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)各個(gè)主變保護(hù)單元使用兩臺(tái)升壓變壓器實(shí)現(xiàn)主保護(hù)和監(jiān)低壓側(cè)控的目標(biāo)，對(duì)兩個(gè)主變輔助保護(hù)單元使用兩臺(tái)升壓變壓器實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)和高壓側(cè)監(jiān)控的目標(biāo)。對(duì)小型水電站的用電單元進(jìn)行管理時(shí)，需要對(duì)變壓器的運(yùn)行參數(shù)、直流控制電壓和合閘電壓進(jìn)行測(cè)量，并且需要對(duì)母線進(jìn)行監(jiān)控，保證母線始終處于絕緣的狀態(tài)，公用設(shè)備使用一臺(tái)S7-200小型可編程邏輯控制器完成一些控制及監(jiān)測(cè)的工作，使用通信功能和主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接。

二、水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)控制的任務(wù)和要求

水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制的主要任務(wù)是在自動(dòng)化元件和一些裝置的輔助下組成一個(gè)連續(xù)進(jìn)行的操作過(guò)程，將生產(chǎn)過(guò)程中的手動(dòng)操作全部由水電機(jī)組自動(dòng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了將機(jī)組調(diào)速操作系統(tǒng)與水、油以及氣等輔助設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制和監(jiān)測(cè)，因此實(shí)現(xiàn)了單機(jī)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化。現(xiàn)階段，我國(guó)科學(xué)技術(shù)呈飛速發(fā)展的趨勢(shì)，水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化水平不斷提高，提出了更高的控制任務(wù)，即水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制程序還需要和水電站中其他控制設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信，從而使小型水電站向綜合自動(dòng)化的方向發(fā)展，水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)是整個(gè)水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)的重要前提，相關(guān)工作人員需要對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化控制系統(tǒng)有足夠的重視。

水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化控制程度受需要因素的影響，例如：水輪機(jī)的類型、水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)、調(diào)速器的類型、調(diào)速器的結(jié)構(gòu)，機(jī)組內(nèi)油、水和氣輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)和機(jī)組的運(yùn)行方式不同等。在不同的水電站中上述條件會(huì)存在一定的差異，但是對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)的要求幾乎是一致的，下面對(duì)機(jī)組自動(dòng)控制的基本要求進(jìn)行介紹：第一，機(jī)電機(jī)組需要根據(jù)指令迅速的做出反應(yīng)，能夠自動(dòng)且快速的完成打開(kāi)和停止的操作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)將發(fā)電工況和調(diào)相工況進(jìn)行轉(zhuǎn)換的操作；第二，在機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)功率不足的情況時(shí)，能夠根據(jù)系統(tǒng)頻率降低的情況自動(dòng)的將水電運(yùn)行機(jī)組的負(fù)荷充滿，將調(diào)相機(jī)組轉(zhuǎn)換成發(fā)電運(yùn)行的模式，與此同時(shí)將系統(tǒng)的備用機(jī)組打開(kāi)參與到工作系統(tǒng)中，從而使水電機(jī)組能夠正常的進(jìn)行工作；第三，如果水電機(jī)組或者一些輔助設(shè)備出現(xiàn)故障和問(wèn)題時(shí)，需要相關(guān)工作人員及時(shí)的做出正確、合理的檢測(cè)結(jié)果，及時(shí)的采取措施進(jìn)行解決，如果問(wèn)題比較嚴(yán)重可以將有問(wèn)題的水電機(jī)組從工作系統(tǒng)中撤出來(lái)加入新的水電機(jī)組；第四，根據(jù)水電機(jī)組運(yùn)行的要求，在運(yùn)行過(guò)程中需要對(duì)不同機(jī)組的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，使水電機(jī)組無(wú)論在哪一階段都能正常的進(jìn)行工作，水電機(jī)組使水電站全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的重要前提，為此，水電機(jī)組的控制系統(tǒng)和主控計(jì)算機(jī)需要設(shè)置一個(gè)接口；第五，在滿足上述要求時(shí)，機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)該本著簡(jiǎn)單、可靠的原則，盡量減少運(yùn)行過(guò)程中使用的元件，減少電纜的使用量，在操作指令完成后能夠自動(dòng)回復(fù)原位，為下一次指令做好準(zhǔn)備。

結(jié)束語(yǔ)：

上述文章對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究，確定了小型水電站中水輪機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，總體結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)地控制單元和主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)與機(jī)組中所有現(xiàn)地控制單元層中的監(jiān)控單元和保護(hù)單元使用控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線實(shí)現(xiàn)通信功能，并且確定了小型水輪發(fā)電機(jī)組現(xiàn)地控制單元層的結(jié)構(gòu)和功能，現(xiàn)地控制單元層由發(fā)電機(jī)監(jiān)控單元、發(fā)電機(jī)保護(hù)單元以及可編程邏輯控制器的控制單元構(gòu)成，其中可編程邏輯控制器使用觸摸屏作為人機(jī)界面，此次研究雖然取得了一定的成果但是仍然存在不足之處，需要相關(guān)人員繼續(xù)進(jìn)行研究。

［1］馬伽洛倫.水電站低壓水輪發(fā)電機(jī)組中計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用探究［J］.科技傳播，2016（2）：117-118.