關(guān)于水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

張?jiān)茥?陳斌+楊帆+汪霞+李忠

摘要：水電站作為我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在發(fā)展期間對(duì)于自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的要求越來越高?？紤]到機(jī)組容量加大，自動(dòng)化控制關(guān)系到水電站生產(chǎn)運(yùn)行的安全性。本文水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：水電站；自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

我國水資源得天獨(dú)厚，儲(chǔ)備豐富，地勢(shì)條件優(yōu)越，水利工程的修建有極大的便利。有效地開發(fā)和利用水資源為人類服務(wù)是水利部門不懈努力的方向，修建水利工程是關(guān)系到國計(jì)民生的大事，必須在建設(shè)過程中做好質(zhì)量控制，確保其在各種自然災(zāi)害面前起到防洪防漏功能，因此工程建成后的維護(hù)和運(yùn)行是至關(guān)重要的工作，必須采取積極有效的措施，應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和維護(hù)功能，逐步增強(qiáng)水力開發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提高水電站的發(fā)電功效。全面推行計(jì)算機(jī)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅可以減少人力物力消耗，提高發(fā)電質(zhì)量和效率，成為水電站的必然發(fā)展趨勢(shì)，擁有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)概述

遠(yuǎn)程監(jiān)控模式在我國水電站的應(yīng)用較為廣泛，其通過數(shù)個(gè)CPU統(tǒng)一運(yùn)行實(shí)現(xiàn)，這種監(jiān)控模式可防止某一處出現(xiàn)故障而影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，其可使電纜的使用量減少，成本降低。但由于其使用的是CAN總線設(shè)計(jì)，將影響系統(tǒng)的通訊速度?，F(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控模式是借助局域網(wǎng)、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)水電站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，其具有成本低和通訊量的優(yōu)勢(shì)，各個(gè)裝置相對(duì)獨(dú)立，可提升系統(tǒng)可靠性。為實(shí)現(xiàn)對(duì)全站設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，必須對(duì)現(xiàn)地控制單元進(jìn)行合理利用，同時(shí)對(duì)上述構(gòu)成部分進(jìn)行重點(diǎn)注意。同時(shí)對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的有效利用還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組的監(jiān)視、控制以及調(diào)節(jié)，輔機(jī)的自動(dòng)控制也需要通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)主要采用開放式分層分布的方式進(jìn)行，其數(shù)據(jù)庫也是呈現(xiàn)出全方位分布的狀態(tài)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可將起功能作為依據(jù)對(duì)其進(jìn)行分類，上位機(jī)以及下位機(jī)就是按照上述分類方法進(jìn)行所產(chǎn)生的結(jié)果。通信介質(zhì)以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是上位機(jī)以及下位機(jī)在實(shí)際進(jìn)行連接的基礎(chǔ)與依靠?？偩€型、環(huán)形以及星形結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成完整的系統(tǒng)功能連接，這種現(xiàn)象的形成與自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的有效利用有直接關(guān)系。

2水電站應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的益處

2.1保證電能供應(yīng)能力

保證水電站的電力輸送，平衡穩(wěn)定電壓，調(diào)節(jié)電力，保證電能的質(zhì)量。使用機(jī)械控制電力輸送，人力的不穩(wěn)定過高。機(jī)械控制有利于保證電力輸送的安全性。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)無人管理及時(shí)掌握調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)，從而做到調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)化和速度化，提高故障處理的效率，能夠保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證電能的質(zhì)量水平。

2.2保障工作穩(wěn)定性

由于電力是人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠郑ＷC電力的穩(wěn)定性輸送有利于穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障居民生活。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)有利于水電站的自動(dòng)化管理，實(shí)現(xiàn)全方位的機(jī)械監(jiān)控，減少災(zāi)難發(fā)生的概率。即使出現(xiàn)安全事故，系統(tǒng)也可以及時(shí)的進(jìn)行排查，保證了設(shè)備的平穩(wěn)安全運(yùn)行。

2.3提高經(jīng)濟(jì)效益

通過對(duì)水電站的無人管理可以有效地提升水電站的經(jīng)濟(jì)效益。在自動(dòng)化的管理情況下，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)對(duì)資源進(jìn)行合理的分配，達(dá)到資源利用的最大化，保證水電站的高效運(yùn)作，有力地提高了水電站的經(jīng)濟(jì)效益。例如，當(dāng)洪水來臨之時(shí)可以通過調(diào)節(jié)水量，保證下游人民的生活狀態(tài)良好，保證在干旱期河流下游不干涸，達(dá)到自然災(zāi)害的最小化，經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

3水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的組成

3.1計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集監(jiān)視系統(tǒng)

常稱DAS，計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)采集處理時(shí)，主要對(duì)物理參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)記錄計(jì)算、統(tǒng)計(jì)處理、參數(shù)越限報(bào)警、大量數(shù)據(jù)的積累與實(shí)時(shí)分析，以表格或圖形形式將結(jié)果顯示在顯示屏上，對(duì)一些重要參數(shù)定時(shí)打印。

3.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)

簡(jiǎn)稱DDC，是微處理數(shù)字控制器或計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行閉環(huán)控制的系統(tǒng)，它是以對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)際測(cè)量值與給定值相比較的偏差值作為計(jì)算機(jī)的輸入，計(jì)算機(jī)按照規(guī)定的控制規(guī)律所描繪的數(shù)字模型進(jìn)行運(yùn)算。這樣的水電站自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速器的功能、實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功能、實(shí)現(xiàn)同期并列的功能操作、實(shí)現(xiàn)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的全面保護(hù)。

3.3操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)

簡(jiǎn)稱OIS，計(jì)算機(jī)開環(huán)監(jiān)督控制系統(tǒng)。功能為采集和處理數(shù)據(jù)、反應(yīng)生產(chǎn)過程各類數(shù)據(jù)給操作人員、提示操作信息。該控制系統(tǒng)是一種開環(huán)控制系統(tǒng)，無反饋信號(hào)。其任務(wù)主要為：正常運(yùn)行控制、緊急控制、恢復(fù)控制。

3.4多功能分級(jí)控制系統(tǒng)

簡(jiǎn)稱Hcs，它是在計(jì)算機(jī)、控制、CRT顯示、通信等技術(shù)基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的多功能控制系統(tǒng)。集控制和管理于一體的工程系統(tǒng)，可以優(yōu)化局部過程控制及全局總目標(biāo)總?cè)蝿?wù)，體現(xiàn)了系統(tǒng)工程的分散與協(xié)調(diào)概念，有效解決了大型工業(yè)生產(chǎn)過程中的管理、控制以及優(yōu)化問題。

3.5現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

簡(jiǎn)稱FCS，作為新一代分布式控制結(jié)構(gòu)，還處在發(fā)展階段，大致可分為：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和人一機(jī)接口組成的二層結(jié)構(gòu)的FCS；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制站和人一機(jī)接口組成的三層結(jié)構(gòu)的FCS；DGS擴(kuò)充了現(xiàn)場(chǎng)總線接口模件所構(gòu)成的FCS。

4水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)計(jì)

①采集機(jī)組各電氣量和非電氣量，做工程值變換和預(yù)處理，并根據(jù)需要上送電站控制層。②收集主、輔設(shè)備、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的狀態(tài)量，并上送電站主控制層。③溫度的采集與處理：機(jī)組測(cè)溫由單功能的微機(jī)溫度巡檢裝置完成，該裝置獨(dú)立于電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組PLC的智能通信板以串行通信方式實(shí)現(xiàn)通信。

4.2安全運(yùn)行監(jiān)控設(shè)計(jì)

完成機(jī)組監(jiān)視對(duì)象狀變監(jiān)視、越限檢查、過程監(jiān)視及現(xiàn)地控制單元異常監(jiān)視。在脫離電站控制層的情況下，確保機(jī)組安全運(yùn)行。①狀變監(jiān)視：當(dāng)監(jiān)視對(duì)象發(fā)生狀變和繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)，其動(dòng)作信號(hào)在現(xiàn)地控制單元上有簡(jiǎn)明的LED指示或CRT顯示，并上送電站控制層。②越限檢查：對(duì)于部分采集到的電量和非電量，單元級(jí)應(yīng)做越限檢查。③過程監(jiān)視：監(jiān)視機(jī)組起動(dòng)前起動(dòng)條件和工況轉(zhuǎn)換過程的順序，并上送電站控制層。④現(xiàn)地控制單元異常監(jiān)視：現(xiàn)地控制單元的硬件、軟件故障時(shí)，要求現(xiàn)地報(bào)警指示，并上送電站控制層顯示并打印。

4.3控制和調(diào)整設(shè)計(jì)

1）機(jī)組現(xiàn)地控制單元能自動(dòng)完成開、停機(jī)操作和有功、無功功率的調(diào)節(jié)，而不需依賴于電廠主控級(jí)。在接收電廠主控級(jí)命令后，工況轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)能自動(dòng)完成，也能分步手動(dòng)完成。

2）機(jī)組LCU盤上裝有現(xiàn)地/遠(yuǎn)方控制權(quán)切換開關(guān)，當(dāng)開關(guān)投到現(xiàn)地操作方式時(shí)機(jī)組LCU能屏蔽掉電廠主控級(jí)發(fā)來的命令，僅執(zhí)行現(xiàn)地LCU發(fā)出的命令；當(dāng)開關(guān)投到遠(yuǎn)方操作方式時(shí)，機(jī)組LCU接收?qǐng)?zhí)行電廠主控級(jí)發(fā)來的命令，而不執(zhí)行現(xiàn)地LCU發(fā)出的命令。

3）機(jī)組控制單元順序控制包括：①正常的自動(dòng)開機(jī)（并帶負(fù)荷到設(shè)定值）；②自動(dòng)開機(jī)到并網(wǎng)空載運(yùn)行；③自動(dòng)開機(jī)到并網(wǎng)運(yùn)行；④正常自動(dòng)停機(jī)；⑤緊急停機(jī)；⑥事故緊急停機(jī)；⑦勵(lì)磁系統(tǒng)的控制（連控）；⑧主進(jìn)水閥（球閥）及旁通閥的流程控制；⑨機(jī)組輔助設(shè)備的控制（連動(dòng)）。對(duì)于事故停機(jī)應(yīng)根據(jù)緊急程度分別作用到不同的自動(dòng)停機(jī)程序。接受繼電保護(hù)裝置、機(jī)械保護(hù)裝置發(fā)來的事故信號(hào)，除作用于事故停機(jī)外，還可作用于滅磁開關(guān)的跳閘回路。

4）機(jī)組同期并網(wǎng)方式：機(jī)組同期并網(wǎng)為自動(dòng)準(zhǔn)同期方式。電站按每臺(tái)機(jī)組分別裝設(shè)一套單對(duì)象微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置作為正常同期，由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)選擇同期對(duì)象。

結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用問題的研究分析，對(duì)于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。

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作者簡(jiǎn)介

張?jiān)茥鳎校?981.8，江西九江人，本科，單位：國網(wǎng)江西省電力公司柘林水電廠，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化