1、1探索中小型水电站自动控制系统设计摘 要：自从水电站采用自动化控制系统以来,“少人值班”已在我国的水电站得到广泛的应用。由于计算机监控技术、网络通信技术和水电站各种配套设备性能质量不断进步,质量不断提高,而且人们的观念和管理水平也在不断进步,这为水电站“完全无人值班”的实现提供了良好的条件。 关键词：水电站 、自动控制 中图分类号： TM622 文献标识码： A 前言 水电站综合自动化系统必须以计算机监控系统为核心,通过全厂具有自动化功能的微机保护、微机励磁、调速器以及全厂的自动化元件等,来完成对整个水电站(甚至梯级电站或整个流域)的机组自动启停控制和监视、公用辅助设备的启停控制和监视、负荷的
2、自动调节和分配,直至整个输电线路的运行全自动控制,并准确和上级调度部门进行数据通信。 1、水电站自动化系统设计思路 1.1 调速器及其系统 调速器故障时应有自动停机功能，压油装置应可靠工作，尽量采用16MPa 以上油压的速器，应有自动插拔“锁定销”的装置，与上位机的通讯功能应良好，最好有以太网通讯口。 1.2 励磁系统 2采用双通道自并励的微机励磁系统；灭磁系统运行正常；采用环氧浇注变压器或干式变压器；与上位机的通讯功能良好，最好有以太网通讯口。 1.3 计算机监控系统 水电站计算机监控系统是一个实时闭环的过程控制系统,它可以在给定电站总负荷或日负荷曲线的情况下，自动控制电站行,实现机组的自动
3、启停、工况转换,负荷的自动调整和分配,各种开关的操作；也可以由运行人员通过控制操作工作站，以人机对话的方式进行上述控制和操作；也可由上一级调度中心的计算机系统下达命令进行控制和操作。 1.4 安全保护系统 主要建立以值班制度、设备巡检管理制度、设备缺陷管理制度、设备检修管理制度和设备维护管理制度等为主的制度体系。人员的高素质是实现水电站“无人值班”的首要条件。首先要从有水电站运行经验的员工中选择素质高、事业心强、敢于负责、具有与其工作相适应的文化程度的员工，进行相关岗位的技能培训，做到“一工多艺、一专多能”的原则。 2、水电站自动化控制的一般步骤 2.1 直流电源系统的配置 一般中大型水电站应
4、配置双系统的直流电源，互为备用，自动投切。由于目前的高频开关式直流电源的充电模块都采用了 N1 的冗余设计，容量较小的水电站也可只采用一套直流电源系统。但应考虑增加直流出线回路的“微机绝缘监测仪”和“电池” 。 32.2UPS 的配置 UPS 应双重配置，有足够的容量，交流停电时，UPS 应有 2 小时以上的放电时间，以供维护人员检修设备。 2.3 通信最优方案的选择 方案 1:将保护模件底板上 CAN 网连接线剪断,通过 CAN 转 RS-485 转换器连接到通信管理装置上,根据 CAN 网通信协议点表分模拟量测点及事件上送编写通信驱动,组态到通信管理装置中完成通信。该方式缺点为CAN 转
5、RS-485 转换器成本高且构造复杂运行不稳定。 方案 2:保护模件有 RS-232 调试口,用于后台调试软件下载定值以及功能测试,可直接连接到通信管理装置,根据后台调试软件的通信协议和点表编写驱动程序,并在通信管理装置中进行组态。该方式缺点为若使用后台调试软件连接保护模件,计算机监控系统将无法接收保护单元相关信号。经过通信驱动程序编写及测试,最后选用的通信连接方式。 3、水电站自动化控制的要求 3.1 可编 3 程控制器 PLC 根据水电站容量,采用有 2 个以太网通讯模块的 PLC；要求更高时, PLC 可采用双 CPU、双电源、双通讯模块的配置。3.2 实现“完全无人值班”以后,上位机的
6、结构不再是放在计算机桌上的计算机系统,而是采用嵌入式工控机作主机,并且是和以太网交换机、光端机等安装在屏柜上,组成远动监控屏。由于水电站的规模大小不同,情况各异,不能用统一的结构来设计自动化控制系统。因此,将中小型水电站粗略的分成三类:第一类是单机容量在 10 000 kW 以上,可以称为中4型水电站;第二类是单机容量在 10 000 kW 以下,可以称为小型水电站;第三类是容量很小的 400 V 电压的水电站,可以称为小小型水电站。这种分类不符合国家的分类标准,只是说明不同的单机容量,为了得到较好的性价比,其自动化控制系统设计时的不同。 3.3 软件的功能要求 (1) 数据采集和处理； (2
7、) 安全运行监视及事件报警； (3) 生产过程的监测与自动控制操作 (4) 自动发电控制(AGC)； (5) 自动电压控制(AVC)； (6) 统计记录与制表打印； (7) 人机接口与图形显示； (8) 数据可靠地通信与网络能力； (9) 系统自诊断与双网冗余切换； (10) 具有强大的图形化工具； (11) 实时和历史趋势； 3.4 计算机监控系统的接地要求 根据国家标准 GB/T17949.1-2000，目前对电站的接地电阻的要求为 ：0.05-0.5 。如果，电站的接地电阻能达到这个要求，则计算机的弱电系统可以与电网一点接地。如果不能达此要求，计算机的弱电系统应单独设置独立接地，其接地电
8、阻应小于 4 。否则，容易产生强电对弱电的干扰。结果会引起误动或误发信号。 54、水电站自动化控制系统的特点 4.1 采用全分布的开放系统。 各计算机均采用开放的 Windows NT 操作系统,网络采用工业以太网络。监控系统的全部计算机及 PLC 直接接入网络,使系统具有高速的通信能力和信息资源共享能力。PLC 直接入网使系统具有更高的可靠性。 4.2 分层分布式技术,可靠性的保证。 将整个系统分为主控级和现地控制级,网络上接入的每一台设备都具有自己特定的功能,实现功能的分布,既保证了某一设备故障只影响局部功能,又利于今后功能的扩充,这一项技术的采用使系统变成总是可控的,具有极强的适用性。
9、4.3 硬件配置合理,性价比高。 电站主控级选用 HPxw4600 工作站,该计算机配置高、运行速度快、稳定性好,可以保证系统的实时性、可靠性和其他各方面性能要求。现地控制级选用施耐德 Premium 系列 PLC,为目前水电厂监控系统主流高规格PLC,确保了 LCU 的可靠性。用 26.67 cm 液晶触摸屏+通信管理机的人机界面及通信方式替代了老式的工控机,这种方式性价比高、运行稳定、使用寿命长。使用 MB40 保护模件,通过触摸屏完成测值查看、定值修改与查看功能,在节省保护屏柜一面的同时也节省了保护装置自带的液晶屏,使整套系统性价比更高、竞争力更强。 4.4 多种通信功能的实现。 系统具
10、有与调度系统、厂内系统的通信能力,可根据不同通信对象选择用通信工作站或 LCU 通信管理装置。 64.5 主控系统的完善 控制操作工作站 2 个、机房工作站 1 个、通讯处理工作站 2 个,仿真培讽工作站 1 个、厂长工作站 1 个。两个控制操作工作站结构完全相同,为防止误操作,选择和控制只能在一个控制操作工作站上进行,当一个控制操作工作站因故障退出工作时,该站的控制自动切换到另一个工作站上进行。 结束语 水电站自动控制就是要保证水电站水轮发电机组的可靠、稳定、安全运行、加快税发电组调节速度及整个发电站发事故速度。提高劳动工作率、减少运行人员、降低电站运行费用。减轻运行人员劳动强度，使水电站实现远方控制“实现无人值班或者少人值班” 。 参考文献： 1罗飞.综合自动化系统在小型水电站中的应用J.丽水学院学报,2009,31(2):82-86. 2谢传萍,王旭,彭文才.MB40 RLY100 系列保护模件及其在中小型水电站的应用J.水电自动化与大坝监测,2010,34(3):1-4. 3彭文才,赵雪飞,王亦宁,等.小容量机组保护监控一体化J.水电自动化与大坝监测,2008,32(3):4-6. 作者简介臧磊（1986） ，男，工程师助理，学士本科，主要研究方向：电力系统自动化陆冬芳（1977） ，女，工程师助理，学士本科，主要研究7方向：信息工程
