【摘要】本文主要從小水電站實施計算機監(jiān)控的目的和意義、計算機監(jiān)控系統(tǒng)的配置、電氣自動化技術在小水電站中的應用、設備選型及自動化配置設計等方面進行了探討。 

　　【關鍵詞】小型水電站；電氣監(jiān)控；信息 

　　 中圖分類號：TV742 文獻標識碼： A 

　　一、前言 

　　我國信息技術日趨成熟，小型水電站的電氣監(jiān)控越來越受到企業(yè)及水電站的重視，研究該部分內容具有很強的現實意義。 

　　二、小水電站實施計算機監(jiān)控的目的和意義 

　　小水電的開發(fā)利用，既解決了缺電問題，又促進了水利建設，但大多數小水電站都存在裝機容量不大、自動化水平不高、生產管理水平偏低、經濟效益不顯著的現狀。如何降低生產成本，提高小水電站安全管理質量，也是職能部門和投資業(yè)主面臨的一大難題。小水電站實施計算機監(jiān)控的目的和意義就是通過計算機、通訊、自動控制技術對電站各種設備信息進行采集，處理，實現自動監(jiān)視，控制，調節(jié)，保護， 從而保證水電站設備充分利用水能安全穩(wěn)定運行，并按電力系統(tǒng)要求優(yōu)化運行，保證電能的質量，同時減少運行與維護成本，改善運行條件，實現無人值守或少人值守。 

　　1.自動化與優(yōu)化運行相結合，使電站獲得最大的發(fā)電效益 

　　水電站計算機監(jiān)控技術的應用，使水電站運行實現自動化，運行人員對設備的操作工作量大大減少，減輕了運行人員的勞動強度，減少了水電站的運行人員數量，使水電站實現少人或無人值守，減低了運行費用及發(fā)電成本，使水能利用率提高3%~5%。 

　　2.設備的安全可靠運行，保障了電能供應的穩(wěn)定可靠性 

　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)不僅能準確而迅速地反映水電站各設備正常運行的狀態(tài)參數，還能及時反映水電站設備的不正常狀態(tài)及事故情況，自動實施安全處理。水電站的自動控制減少了運行人員直接操作的步驟，從而大大降低了發(fā)生誤操作的可能性，避免運行人員在處理事故的緊急關頭，發(fā)生誤操作，保證了水電站設備運行的可靠性，從而也保證了電網運行的可靠性。 

　　3.加快水電站控制調節(jié)過程，確保實施競價上網 

　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)可按預定的邏輯控制順序或調節(jié)規(guī)律，依次自動完成水電站設備的控制調節(jié)，免去了人工操作在各個操作過程中的時間間隔，還免去了人工操作過程中的檢查復核時間，大大加快了控制調節(jié)過程,確保競價上網的優(yōu)勢。 

　　4.以選型的方式代替電氣設計，簡化設計工作 

　　采用常規(guī)控制，電氣設計非常繁瑣，訂貨時要向廠家提供原理圖，布置圖，還要進行各種繼電器的選型。而自動控制設備集成后，設計單位只要提供一次主接線盒保護配置及自動化要求即可，故能以選型方法代替電氣設計，簡化設計，安裝和調試工作。 

　　三、計算機監(jiān)控系統(tǒng)的配置 

　　1.電站控制層配置 

　　電站控制層設備在中央控制室，由主機操作員工作站、通訊工作站、主控制臺、漢字打印機、GPS時鐘同步裝置、語音報警裝置、UPS電源等組成。 

　　電站控制層負責協(xié)調和管理各項地控制層的工作；收集有關信息并作相應處理和存儲；迅速、準確、有效地完成對本站被控對象的安全監(jiān)視和控制。操作員可以在主控制室通過人機接口對數據庫和畫面在線修改，進行人工設定、設置監(jiān)控狀態(tài)、修改限值、事故處理指導和恢復操作指導等功能，并可下傳至LCU。監(jiān)控命令輸出只有監(jiān)控主機取得控制權的工作執(zhí)行。 

　　2.現地控制層（LCU）配置 

　　現地控制層分機組LCU和公共LCU兩部分，由人機界面終端、智能I/O控制器、I/O模塊、輸出繼電器、準同期裝置、溫度測量裝置、轉速信號測量裝置、數字式測量儀表和交直流雙供電源等設備組成。 

　　機組LCU監(jiān)控范圍包括水輪機、發(fā)電機、進水口主閘和機組附屬設備�，F地控制層負責對水輪發(fā)電機組、電氣一次設備及公用設備等實時監(jiān)控，通過工業(yè)以太網絡實現各現地控制層與全站控制層連續(xù)交換信息，實現現地設備的監(jiān)控及數據共享。當電站控制層因故退出運行時，現地控制層可以獨立運行而不受影響。微機保護裝置、轉速、溫度巡檢、調速器、勵磁系統(tǒng)等設備通過現地LCU與以太網聯(lián)接，實現相應參數的監(jiān)視和控制。部分沒有通訊接口的設備則通過現地控制單元的I/O模塊實現設備的控制和狀態(tài)檢測。 

　　3.通訊網絡及設備裝置 

　　網絡結構形式采用工業(yè)以太網、網絡通信介質為多模光纖和屏蔽雙交電纜線。網絡傳輸采用Modbus協(xié)議，網絡傳輸速率為100Mbit/s，節(jié)點數可達340個，網絡上的任一節(jié)點可以實時向網絡上其它節(jié)點和網絡上發(fā)送信息，某一節(jié)點故障，自動從網絡上退出，不影響網絡上的其它節(jié)點傳輸信息。 

　　網絡系統(tǒng)完成電站控制層各工作站之間和來自現地控制層（LCU）的全部數據的傳輸和各種訪問請求。其網絡具有良好的開放性。計算機監(jiān)控系統(tǒng)不會因任何一個元器件發(fā)生故障而引起系統(tǒng)的誤操作。網絡成熟可靠，符合國際標準。 

　　四、電氣自動化技術在小水電站中的應用 

　　1.實現對水輪發(fā)電機組運行方式的自動控制 

　　電氣自動化在水電發(fā)電廠中的應用，實現了對水輪發(fā)電機組運行的自動控制。一方面，可實現開停機以及并列，實現發(fā)電轉調以及調相轉發(fā)電等自動化模式，從而建立能按照設定好的程序實現對相應機組操作的自動完成，而另一方面，電氣自動化技術能實現對水輪發(fā)電機組的經濟運行建立自動維持，由此根據系統(tǒng)設定的要求以及水電站的具體要求自動選擇最佳的運行機組的數量，同時協(xié)調不同機組之間的配合，在機組之間建立電力負荷的經濟性分配，同時根據系統(tǒng)負荷的變化對機組的有功以及無功功率進行自動調節(jié)。同時當水電廠工作機組發(fā)生事故或者系統(tǒng)運行頻率降低時，可自行啟動并投入備用機組，當發(fā)電系統(tǒng)的運行頻率過高則自動停止部分機組的運行。 

　　2.監(jiān)視水輪發(fā)電機組及其輔助設備 

　　電氣自動化技術在水電廠中的應用實際上是對水電廠中的各種設備以及運行模式建立了自動化的調節(jié)和控制以及監(jiān)控系統(tǒng)。除了水電廠中的水輪發(fā)電機，電氣自動化技術還實現了對其相關的輔助設備的控制，例如對發(fā)電機定子與轉子回路電量的監(jiān)控；監(jiān)控定子繞組與鐵芯和設備中各部位軸承溫度的監(jiān)視；監(jiān)視機組潤滑以及冷卻系統(tǒng)；監(jiān)視機組調速系統(tǒng)工作等等。當系統(tǒng)發(fā)生故障之時，還可迅速啟動保護措施，例如發(fā)出報警信號或者緊急停機等等。 

　　3.輔助設備的控制 

　　電氣自動化在小水電站中還實現了對發(fā)電站系統(tǒng)中其他輔助設備的控制，例如油泵、水泵以及空壓機等的控制，同時在發(fā)生事故之時自動使用備用設備。同時還可實現對主要電氣設備以及備用輔助設備的控制。建立了對水工建筑物運行狀況的監(jiān)視和控制。 

　　五、設備選型及自動化配置設計 

　　由于水電站綜合自動化系統(tǒng)的智能化，水輪發(fā)電機組所需自動化元件愈來愈多，其作用就愈重要，因此要求自動化元件的性能穩(wěn)定、靈敏度高、精度高。同時，需要對水電站設備進行合理的選型和自動化配置設計。 

　　1.調速器采用可編程控制器實現的具有PLC調節(jié)規(guī)律的可編程調速器。調速器具有轉速和加速度檢測、轉速調節(jié)、導葉開度限制、機組頻率一相位跟蹤控制、網頻自動跟蹤、參數自適應、自診斷和穩(wěn)定性控制等功能�？删幊炭刂破魍瓿伤�有控制功能。 

　　調速器具有遠方/現地二種控制方式，可以在各種運行工況下進行遠方自動和手動控制。并提供電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接所需的串行接口，調速器柜內部設有接線端子和通信接口設備。對串行通信的通信規(guī)約和與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的連接及開通質量負責。 

　　2.勵磁系統(tǒng)采用自并激靜止可控硅整流微機勵磁裝置。勵磁系統(tǒng)由勵磁干式變壓器、調節(jié)器、整流器、滅磁裝置、起勵裝置組成。 

　　勵磁調節(jié)器由PLC可編程控制器、智能操作顯示屏、勵磁調節(jié)板、脈沖觸發(fā)板、測量用電壓、電流互感器、操作繼電器等組成。PLC可編程控制器，具有串行通訊接口，具有和上位計算機通訊的功能。操作及附加控制由PLC完成, 硬件相當簡單，可靠性高。發(fā)電機的電壓、無功功率及勵磁電流的調節(jié)可由現地或遠方進行控制。通過監(jiān)控系統(tǒng)的LCU，以串行口通信或開關量接口方式向勵磁裝置發(fā)送調節(jié)命令。 

　　3.直流電源系統(tǒng)采用DC220V高頻開關式直流電源。高頻開關電源具有模塊化設計，N+1熱備分特點。具有強大的通訊功能，很方便實現與水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)相連。實現對電源系統(tǒng)的“遙測，遙信，遙控，遙調”以及無人值守。 

　　六、結束語 

　　只有加強對小型水電站的電氣監(jiān)控的研究，才能更好的提升水電站的工作效率，但是在監(jiān)控的過程中也存在著許多問題，需要對其進行進一步重視。 

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