朱雄偉

（武義縣大田水力發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江金華 321200）

1 小型水電站發(fā)電機組自動化改裝存在的問題

1.1 改裝人員的技術(shù)素質(zhì)不足

小型水電站發(fā)電機組的自動化改裝過程中，涉及層面和環(huán)節(jié)較多，大多技術(shù)改裝人員仍停留在傳統(tǒng)的手工技術(shù)階段，滿足不了現(xiàn)代高新自動化技術(shù)的發(fā)展需求，改裝成果難以適應(yīng)實際的應(yīng)用。因此，改裝人員的技術(shù)素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平在很大程度上影響了小型水電站發(fā)電機組自動化的改裝問題。

1.2 改裝成本過高

改裝成本過高在很大程度上增加了小型水電站發(fā)電機組自動化的改裝效果，一些小型水電站發(fā)電機生產(chǎn)企業(yè)資金有限，在自動化和智能化研究方面投入資金嚴(yán)重不足，導(dǎo)致改裝工作人員積極性不高，遇到自動化控制方面的具體難題無法有效解決，小型水電站發(fā)電機組的改裝成本居高不下，對其自動化進程的發(fā)展造成很大影響。

1.3 改裝功能性不足

小型水電站發(fā)電機組自動化改裝時，一些發(fā)電機生產(chǎn)公司或水電站沒有根據(jù)其工作特點和實際功能需求進行改裝，很多自動化改裝只是為了追求片面的自動化運行結(jié)果，使用時難以滿足實際使用功能，對自動化功能的實現(xiàn)也會產(chǎn)生一定的障礙。

1.4 改裝經(jīng)濟性不足

經(jīng)濟性作為小型水電站發(fā)電機組自動化運行的基礎(chǔ)，改裝時應(yīng)以此為前提，一些發(fā)電機生產(chǎn)公司或水電站在進行改裝時過度關(guān)注智能、功能和安全中一個或者幾個方面，雖然取得了一定效果，但改裝成本過高，運行時經(jīng)濟性不滿足要求，給水電站的正常工作和生產(chǎn)帶來負(fù)面影響。

2 小型水電站發(fā)電機組自動化改裝的工作要點

2.1 提升小型水電站發(fā)電機組的功能性

小型水電站機組的自動化改裝過程中可以選擇系統(tǒng)優(yōu)化的方法，首先進行邏輯判據(jù)的優(yōu)化和改造，從而簡化小型水電站發(fā)電機組的內(nèi)部運行，有效處理小型發(fā)電機組的故障并及時處理，在很大程度上滿足小型水電站發(fā)電機組的功能性要求。在機組內(nèi)部故障保護方面，可以采取零序橫差保護和完全縱差保護的措施，這樣可以省略配置方面的很多不必要的保護邏輯設(shè)計，對小型水電站發(fā)電機組改裝的功能結(jié)構(gòu)和邏輯原理進行簡化，有效提升實際操作人員的操作效率，從而對小型水電站發(fā)電機組功能性的提升有很大益處。

2.2 提升小型水電站發(fā)電機組的經(jīng)濟性

小型水電站發(fā)電機組的自動化改裝受經(jīng)濟性的影響因素較大，因此在自動化升級改裝過程中降低微機自動化保護裝置的整體比重有很大助益。在軟件和硬件的保護措施上，資源配置應(yīng)細致入微，芯片的選用應(yīng)盡量采用能夠處理更多集成數(shù)據(jù)的CPU，可有效降低改裝的成本升級，實現(xiàn)經(jīng)濟性的自動化改裝工作。

2.3 提升小型水電站發(fā)電機組的穩(wěn)定性

在進行小型水電站發(fā)電機組的自動化改裝時，通常選用冗余設(shè)計的基本原則進行相關(guān)改裝和設(shè)計。冗余設(shè)計以自動化保護系統(tǒng)的升級為主要目標(biāo)，根據(jù)小型發(fā)電機組的功能和性質(zhì)特點展開相關(guān)保護模塊的設(shè)計，在單元分配上既要保證其內(nèi)部聯(lián)系又要保證外部獨立的特點。兩套保護單元共同形成了對發(fā)電機、后備設(shè)備等功能的保護作用。這樣一來，一旦其中的一組保護單元出現(xiàn)故障，另一組保護單元能及時運行，從而有效提升了發(fā)電機組的自動化保護運行的穩(wěn)定性。

3 小型水電站機組自動化系統(tǒng)的改裝

3.1 機組控制系統(tǒng)的改造

小型水電站機組自動化改裝后用PLC（西門子公司的S7-200系列PCL可編程序控制器）代替原有控制系統(tǒng)中的繼電器，在提高可靠性的同時簡化了系統(tǒng)接線、減少了檢修與維護工作量，修改控制回路時也極為簡便。發(fā)電機組在運行時需要局部操作和測量等工序，這時要運用PCL控制系統(tǒng)來實現(xiàn)各種自動裝置的聯(lián)動控制功能。控制功能主要有：①數(shù)據(jù)的收集和處理作用。通過對現(xiàn)場的信號接收和輸入，PCL控制系統(tǒng)能自動處理異常狀態(tài)，出現(xiàn)事故時能有效保護發(fā)電機組和相關(guān)設(shè)備的安全。②實現(xiàn)其他控制功能。主要完成機組運行工況的轉(zhuǎn)換、開停機順控、斷路器、勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)、閥門的控制，以及調(diào)速器的控制等。

3.2 自動化裝置的改裝

（1）轉(zhuǎn)速信號裝置改裝。主要將轉(zhuǎn)速信號器原有傳統(tǒng)的非自動化型改裝為數(shù)字裝束信號裝置。改裝后的裝置可用于測控發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速百分比、頻率以及轉(zhuǎn)速的參數(shù)。數(shù)字轉(zhuǎn)速信號裝置的型號可以根據(jù)所需輸出量的多少來確定。轉(zhuǎn)速信號裝置可參考轉(zhuǎn)速的百分比、頻率、輸出最大值、轉(zhuǎn)速等，具有上游控制系統(tǒng)自鎖功能和斷電保護功能。

（2）測量裝置和測溫元件。傳統(tǒng)的溫度測量工具和其他測量裝置可以改裝為多功能巡測儀。根據(jù)實際需要，多功能巡測儀可以自由選擇。多功能巡測儀本身具有報警系統(tǒng)，可以用來巡檢溫度，同時可根據(jù)實際情況設(shè)置報警閥值，到溫度達到設(shè)置的閥值時，多功能巡測儀會將信號傳達至控制系統(tǒng)，從而達到機組的自我保護。

（3）同期系統(tǒng)。通常情況下，人們把反映同期電壓和同期裝置連接關(guān)系的回路稱為同期系統(tǒng)。當(dāng)前所用的同期操作大多是手動操作，其缺點是精確度不足，誤差較大，造成并網(wǎng)時間過長，從而對機組造成較大危害。通過改裝，用自動準(zhǔn)同期裝置代替手動同期操作，利用壓差檢查、滑差檢查和恒定導(dǎo)前時間的工作原理，通過邏輯電路和時間程序來實現(xiàn)準(zhǔn)同期并列的工作需要，提高同期操作準(zhǔn)確度和縮短并網(wǎng)時間。

4 輔助設(shè)備的自動化改裝

輔助設(shè)備的自動化改裝主要是利用獨立的PLC控制器實現(xiàn)輔助設(shè)備的完整性和獨立性。改裝后的輔助自動化設(shè)備能利用PLC控制器對環(huán)境要求低、抗干擾能力強等優(yōu)點，確保設(shè)備運行穩(wěn)定?？傮w來看，改裝后的輔助設(shè)備優(yōu)點是：①通過PLC編程2臺泵可互為主備用，實現(xiàn)了兩者之間的自動輪流切換。②輔助設(shè)備的運行情況實現(xiàn)直接傳送，減少運行人員的巡檢，提高了工作效率。③PLC（西門子公司的S7-200系列PCL可編程序控制器）控制系統(tǒng)可根據(jù)高壓氣泵、電磁排油閥、油罐壓力、電磁空氣閥、液位信號對油泵等操作，實現(xiàn)壓力油罐自動排氣、補氣、排油、補油的控制，確保油罐內(nèi)油氣的正常比例。

5 軟件設(shè)計

小型水電站發(fā)電機組控制系統(tǒng)的主程序的設(shè)計基于分步開機和停機的程序而進行的。分布開機流程便于現(xiàn)場操作人員的學(xué)習(xí)和掌握，具有操作簡單、可讀性強和結(jié)構(gòu)清晰等優(yōu)點。在執(zhí)行分步開機的指令時，倘若在指令發(fā)出后的特定時間內(nèi)PLC控制程序未確認(rèn)，那么機組程序會默認(rèn)出現(xiàn)開機故障，從而實現(xiàn)自動結(jié)束開機。機組在運轉(zhuǎn)時，還會出現(xiàn)自動啟動停機程序，該程序會導(dǎo)致停機同時發(fā)出報警的指令。根據(jù)顯示屏的指示，操作人員能快速對故障類型進行判斷，及時處理機組故障并將顯示屏復(fù)位。現(xiàn)場操作人員處理故障后，可對停機過程進行手動操作或再次操作控制的開關(guān)，重新執(zhí)行機制的停機程序。

6 結(jié)束語

作為水電站和核心功能，發(fā)電機組的改裝能有效提高水電站的經(jīng)濟效益和運行效率。相關(guān)資料顯示，很多中小型水電站逐步實施對發(fā)電機組的自動化、智能化改裝，提高發(fā)電機組運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，從而全面提高水電站的經(jīng)濟效益和安全運行。在實際小型水電站發(fā)電機組的改裝過程中，仍存在不少問題亟待解決，所以需不斷進行小型水電站發(fā)電機組改裝問題的研究和探索，不斷提升其自動化和智能化水平。

［1］王亦寧，朱辰，楊樹濤，等.小水電綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.中國農(nóng)村水利水電，2009（8）：136-139.

［2］余建軍.小型水電站擴容增效技改中同期點和同期方式選擇［J］.中國水能及電氣化，2011（10）：47-49.

［3］胡冬妮，賈劍峰.小型水電站綜合自動化控制裝置的比較與應(yīng)用［J］.小水電，2009，148（4）：77～79.

［4］李曉軍，尚現(xiàn)軍，朱峰，等.淺析小型水電站電氣設(shè)備的電器故障與排除［J］.中國水運(下半月)，2011（4）：105-107.

［5］伍發(fā)楣.小水電站機組調(diào)速器適用性改造［J］.小水電，2010，151（1）：62～63.