農(nóng)村小型水電站綜合自動化配置分析

駱國棟

（龍川縣水利水電勘測設(shè)計室，廣東 龍川 517300）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，小型水電站的存在價值也越來越突出。水電站自動化是科技發(fā)展的必然結(jié)果，小型水電站的自動化的實施不能陳規(guī)守舊，這樣會影響水電站效率的提高；不能照搬大中型水電站的模式，過高的成本是小型水電站無法承受的，也容易造成資源上的浪費。為了更好地保證小型水電站運行的效率和穩(wěn)定性，綜合自動化的實施是非常必要的。

1 綜合自動化配置的要求

松樹灣水電站的綜合自動化設(shè)計采用分層、分布式結(jié)構(gòu)。監(jiān)控模式也多以計算機(jī)監(jiān)控為主，常規(guī)控制為輔。軟件設(shè)計多為模塊化結(jié)構(gòu)。監(jiān)控、模塊控制、通訊、就地控制等主要通過網(wǎng)絡(luò)連接形成一個統(tǒng)一的整體。系統(tǒng)具有極高的安全性和可靠性。加之開放的、易擴(kuò)展的設(shè)計，使之能與其他智能設(shè)備輕松連接，并進(jìn)行信息交換，形成了功能齊全，靈活多變的系統(tǒng)模式，方便了水電站的擴(kuò)建、改造、發(fā)展的實施。

1.1 綜合自動化配置的系統(tǒng)功能要求

綜合自動化主要是用來實現(xiàn)對電站的保護(hù)、檢測和設(shè)備控制的，它配置的合理化與有效性是電站高效、安全、經(jīng)濟(jì)運行的保證。系統(tǒng)的主要功能：①實施數(shù)據(jù)的采集、處理和計算，并生成報表，通過輔助設(shè)備進(jìn)行打印。數(shù)據(jù)的采集是實現(xiàn)對電力系統(tǒng)運行進(jìn)行監(jiān)視和監(jiān)控的前提，工作人員根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)及計算、分析得到的結(jié)果對電力系統(tǒng)的運行情況及運行趨勢作出正確的判斷，發(fā)出及時、準(zhǔn)確的操作命令。②系統(tǒng)對發(fā)電系統(tǒng)運行的控制功能。根據(jù)控制形式可分為遠(yuǎn)距離遙控和就地控制，主要實施對機(jī)組開、停控制以及隔離開關(guān)的分閘、合閘等控制，并完成對機(jī)組的有功、無功調(diào)節(jié)，實現(xiàn)發(fā)電控制、電壓控制的自動化。③系統(tǒng)的多媒體功能。比如語音報警功能、直觀的圖像顯示功能等使系統(tǒng)的掌握和控制更直觀、簡便。此外，上位機(jī)可接受各設(shè)備的分、同步信號，能實現(xiàn)與上級的調(diào)度、保護(hù)、通訊功能；實現(xiàn)對系統(tǒng)的“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”功能；保證了故障處理時的自動論斷和自動回復(fù)功能，遠(yuǎn)方監(jiān)控、診斷功能及防盜功能；實現(xiàn)了電力系統(tǒng)運行的無人值守或少人值守。綜合自動化能通過“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”功能，實現(xiàn)對水電站的遠(yuǎn)動服務(wù)控制及數(shù)據(jù)通信，通過一點多址、光纖、音攬等現(xiàn)代科技形式實現(xiàn)與主設(shè)備多通道的接入調(diào)度，實現(xiàn)了電站運行數(shù)據(jù)的發(fā)送、接受及分析調(diào)節(jié)，可自動對系統(tǒng)運行的安全隱患發(fā)出警報。

1.2 常規(guī)控制與綜合自動化控制的對比

常規(guī)控制的安全性、可靠性無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、缺少故障自行診斷能力，二次設(shè)備多采用電磁式或晶體管式，結(jié)構(gòu)笨重導(dǎo)致主控制室、繼電保護(hù)室等建設(shè)投資較大，且維護(hù)難度大、效率低，影響了水電站的持續(xù)發(fā)展，無法實現(xiàn)水電站的無人監(jiān)管和少人監(jiān)管模式，不利于水電站安全、穩(wěn)定、高效的運行發(fā)展。自動綜合化的實施：①改變了二次設(shè)備的運行模式，簡化了控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了信息共享、自動檢測運行故障等，減輕了值守人員的工作量。②自動化控制減輕了人員手動操作的幾率，減少了操作失誤風(fēng)險，提高了電站運行的效率。③信息共享和直觀的信息反應(yīng)等增強(qiáng)了水電站的綜合調(diào)度效率，使值守人員對系統(tǒng)的運行趨向判斷更加準(zhǔn)確，有利于運行隱患的發(fā)現(xiàn)與防范。方便值守人員查看、分析，進(jìn)行遠(yuǎn)方投停保護(hù)和復(fù)歸保護(hù)，實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、變壓器等設(shè)備的保護(hù)，保證了水電站運行設(shè)備的安全。④綜合自動化配置對電站的監(jiān)控、監(jiān)測功能，一方面實施了電站運行數(shù)據(jù)的采集，對開關(guān)量、點能量、溫度量等進(jìn)行采集、監(jiān)控，進(jìn)而實現(xiàn)對機(jī)組的起、停，對斷路器、隔離開關(guān)的合閘、斷閘等控制，保證了電站運行的安全、穩(wěn)定、高效。

2 控制系統(tǒng)的改造設(shè)計

實現(xiàn)小型水電站綜合自動化配置基本上是在原有電站控制系統(tǒng)的改造上完成的。系統(tǒng)由主控模板和現(xiàn)地單元控制模板（LCU）構(gòu)成，通過網(wǎng)絡(luò)保持與上位機(jī)的通信等活動。

2.1 硬件配置的改造

小型水電站綜合自動化的硬件配置一般有核心控制器、觸摸屏（人機(jī)交流界面）、主控模板（監(jiān)控的核心部件）、數(shù)字量擴(kuò)展模塊、模擬量擴(kuò)展模塊組成。數(shù)字量擴(kuò)展模板一般會有多個輸入點和輸出點，模擬量擴(kuò)展模板也具有多個模擬量輸入。如圖1。

圖1 模擬量擴(kuò)展模板

此系統(tǒng)中主控模板主要負(fù)責(zé)發(fā)電機(jī)組的正常開關(guān)機(jī)、事故的監(jiān)控和緊急停機(jī)以及輔助設(shè)備的監(jiān)控。觸摸屏主要用來顯示機(jī)組的數(shù)據(jù)信息，包括圖形信息、報警信息、歷史記錄、趨勢圖等。工作人員可以通過觸屏觀察到相關(guān)信息，加以分析，做出正確的操作判斷。此系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的反應(yīng)直觀、可讀性強(qiáng)，有利于操作人員判斷的正確性和準(zhǔn)確性，減少了工作失誤，提高了工作效率。

2.2 軟件設(shè)計的改造

主控模塊是綜合自動化配置的關(guān)鍵，它對發(fā)電機(jī)組的開關(guān)機(jī)控制、輔助設(shè)備監(jiān)控等功能都是通過編程來實現(xiàn)的，也就是自動化的軟件設(shè)計。對于軟件的設(shè)計：①程序要標(biāo)準(zhǔn)化，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，方便以后的完善與升級。②采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，方便各功能的操作要求，同時各模塊之間的相關(guān)聯(lián)便于系統(tǒng)的操作。首先，模塊需要初始化，根據(jù)需要設(shè)置一些參量的初始值。如續(xù)電器、數(shù)據(jù)寄存器、定時器的初始化處理。其次，設(shè)置自動開機(jī)模塊，完成自動開機(jī)控制。當(dāng)機(jī)組通過自檢滿足開機(jī)條件時，工作人員通過主控模板發(fā)出設(shè)備控制信號，實現(xiàn)開機(jī)運行?？删幊踢壿嬁刂破鳎╬lc）對數(shù)字信號處理（dsp）模塊和輔助設(shè)備發(fā)出控制信號，dsp進(jìn)行自動調(diào)速、準(zhǔn)同期并網(wǎng)等使輔助設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)，實現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的安全開機(jī)和并網(wǎng)運行，完成自動化開機(jī)流程。③設(shè)置自動關(guān)機(jī)模塊，完成自動關(guān)機(jī)控制。當(dāng)機(jī)組處在正常運行狀態(tài)下時，由于緊急事故或其他情況，機(jī)組需要停止正常運行。此時，就需要將機(jī)組從電力系統(tǒng)中解列，然后按順序?qū)C(jī)組停機(jī)，各設(shè)備安全退出發(fā)電工作狀態(tài)。第四，完成通信和報警模塊的設(shè)置，實現(xiàn)電站運行的遙視、遙控、遙調(diào)等功能。設(shè)置主要是處理好觸摸屏、上位機(jī)監(jiān)控、主控模板之間的通信功能，利用觸摸屏把遙測到的數(shù)據(jù)傳輸回來，發(fā)現(xiàn)異常發(fā)出警報，并彈出報警窗口，工作人員根據(jù)返回數(shù)據(jù)對電站的運行進(jìn)行分析、操作。第五，設(shè)置保護(hù)模塊，實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)組及輔助設(shè)備安全、高效運行的保護(hù)，以及對電站運行安全及電網(wǎng)運行穩(wěn)定的保障作用。此外，還可根據(jù)需要設(shè)置其他控制模塊。開放式、易擴(kuò)展的設(shè)計模式能有效滿足綜合自動系統(tǒng)其他功能模塊的改進(jìn)和擴(kuò)展。

3 結(jié)束語

小型水電站的綜合自動化配置主要是利用先進(jìn)的技術(shù)結(jié)合微機(jī)的自動化操控設(shè)置，實現(xiàn)水電站運行、管理的自動化。松樹灣水電站裝機(jī)2臺，總?cè)萘繛? 500 kw，根據(jù)水利部SL16－95（小水電建設(shè)項目經(jīng)濟(jì)評價規(guī)程）部頒標(biāo)準(zhǔn)，所要求的運行人員為16人，檢修人員6～9人，管理服務(wù)人員≤16人，總?cè)藬?shù)為≥38人，采用水電站綜合自動化配置后，實際上班人員為13人，大大小于SL16－95的部頒標(biāo)準(zhǔn)，充分體現(xiàn)在自動化模式下水電站運行的高效性、安全性、穩(wěn)定性和少人值守性。有利于水電站的良性運轉(zhuǎn)和持續(xù)開發(fā)，且簡化了水電站運行的操作過程，有效防止了人為的操作失誤，提高了電站運行的效率，同時確保了發(fā)電、輸電的安全、可靠、穩(wěn)定，是小型水電站可持續(xù)發(fā)展的必要保證，對于小型水電站的存在和發(fā)展具有重要意義。

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