水電廠自動化發展趨勢研究

容立輝

（甘肅省永靖縣劉家峽水電廠，甘肅 臨夏731600）

0 引言

隨著科學技術的不斷進步，水電廠自動化技術也進入了一定的發展階段。截至目前，低壓水電廠已經實現了無人值班，高壓水電廠也通過數字化、智能化、自動化的控制技術，實現了管理水平的進一步提高。而光電式互感器、智能化開關等自動化技術的出現，再加上互聯網的快速發展，促使數字化技術在水電廠中的開發及應用勢在必行。

1 水電廠自動化系統的特點

水電廠自動化系統具有以下3個特點：（1）一次設備智能化。一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動回路采用微處理器和光電技術設計，使常規機電式繼電器和控制回路的結構進一步簡化。水電廠自動化系統中傳統的導線連接被數字公共信號網絡及數字程控器所代替，也就是說，可編程序逐漸取代了水電廠自動化系統中常規的繼電器及其邏輯回路，且光電數字和光纖代替了常規的控制電纜及強電模擬信號。（2）二次設備網絡化。水電廠內繼電保護裝置、測量控制裝置、防誤閉鎖裝置、電壓無功控制裝置以及在線狀態檢測裝置等常規的二次設備全部基于標準化、模塊化的微機處理設計制造，實現了設備之間網絡連接的全周化；隨著高速網絡的開發和投入使用，二次設備中基本上不會再有常規功能裝置重復的I／O現場接口的出現，高速網絡的發展實現了數據信息、資源的共享，使常規的功能裝置轉變成邏輯的功能模塊。（3）運行管理系統自動化。運行管理系統自動化主要是指電力生產運行狀態、數據信息統計記錄無紙化；數據信息分流、分層交換自動化；水電廠日常管理過程中發生故障時，能夠提供有效的故障分析報告，也就是指將水電廠運行過程中所出現故障的原因進行分析，并制定出合理規范的故障解決方案；同時還可以根據設備故障檢修的分析報告，將常規水電廠設備傳統的定期維修轉變為在線維修，保證故障維修的時效性。

2 水電廠自動化系統的結構與功能

水電廠自動化系統分為智能化的一次設備和網絡化的二次設備2種結構，其結構邏輯可以分為過程層、間隔層和站控層。下面分別對其進行分析：（1）過程層及其功能。過程層是智能化設備的一個重要組成部分，主要是指一次設備和二次設備的結合面。過程層的主要作用是對電氣設備運行過程中的電氣量進行實時監測，并執行設備的操作指令。其中電氣設備電氣量的檢測主要是對電壓、電流和諧波分量的檢測，與傳統功能類似，但又存在區別：直接數字量采集代替傳統的模擬量采集；光電電壓互感器、光電電流互感器代替傳統電磁式電流互感器和電壓互感器，這樣能夠有效地提高其絕緣特性和抗干擾能力，使水電廠的設備開關運行裝置達到小型化和精細化。（2）間隔層及其功能。間隔層主要有以下功能：對本間隔過程層的數據信息進行總結，并保持信息的時效性；保護和控制水電廠自動化系統結構中的一次設備；對同期操作及與其相關的信息進行控制；本間隔操作閉鎖控制的功能；對上下層之間實施的通信功能等。水電廠可按照實際情況，采取雙口全開的上下層之間的網絡接口模式，以有效加大信息通道的冗余度，從而確保通信能夠有序進行。（3）站控層及其功能。站控層主要有以下功能：通過2級高速網絡匯總更新原有的數據庫，對全站的數據信息進行匯總；實現人機相聯系以及站內控制的功能；對作為自動化系統控制設備的計算機中過程層、間隔層的設備進行在線維護以及修改參數的功能；全站操作閉鎖控制功能；能夠按照預先約定，對控制中心進行數據信息的輸送；接收控制中心傳輸的指令，能夠將指令轉輸到過程層和間隔層，并對所傳輸的指令執行操作；自動分析水電廠故障的功能。

3 水電廠自動化發展中存在的主要問題及發展趨勢

3．1 存在的主要問題

目前，對水電廠自動化控制系統的研究主要著重于光電互感器、智能化開關等過程層的技術研究，并取得了一定的進展。但水電廠自動化發展中還存在許多問題，比如研究開發過程中專業協作力較差，沒有對自動化設備、器件以及材料等方面存在的問題和缺陷進行修整，實驗方式、檢測標準等環節比較薄弱等。針對這些問題，我們應結合國外的成熟經驗找到合理的解決措施，調整和改進存在的缺陷，進一步加強對水電廠自動化系統的研究與開發力度。

3．2 發展趨勢

水電廠自動化系統呈智能化、人性化、數字化的發展趨勢：（1）自動化設備需要高性能的網絡硬件作為支撐（圖1）；計算機作為自動化系統中的控制設備會采用高性能的微機，如64位PC機，并且會涉及千兆網絡、光纖、藍牙、GPRS、無線網絡等網絡設備的應用。（2）水電廠專業化分工越來越明確，主要是指水電廠用戶要求自動化系統集成商提供專業化的產品，水電廠自動化系統將形成一個獨立的簡潔箱式的水電站模式或者是以遠程控制為主題的分級調度模式。水電廠的系統化發展還需要業務素質高的專業人才，來促進水電廠自動化系統的開發和研究。（3）目前國內水電廠自動化控制系統基本上實現了“無人值班”的管理模式，但是卻不能為工作人員提供一套詳細、科學、合理的操作指導，因此需要建立一個包含數據信息和安全推理機制的專業操作系統，來實現信息共享。（4）水電廠自動化系統結構設備會形成統一標準、統一模型、互聯開放的新格局，并且提高自動化設備的可靠性、互聯性、互換性、可操作性以及可管理性，從而進一步提高自動化系統的數字化、人性化以及智能化水平。

圖1 高性能的網絡硬件示意圖

4 結語

目前，隨著科學技術的不斷發展，水電廠自動化系統控制技術也在不斷地進步并逐漸成熟。但是水電廠自動化發展過程中還存在著一些問題和缺陷，這就要求我們要時刻保持清醒的頭腦，正確客觀地看待自動化技術發展中所存在的問題，同時要積極進取、開拓創新，探索出解決問題的有效方法，并認真總結經驗，爭取在水電廠的水資源調度及高效利用以及水電廠的故障檢測、維修技術等領域取得突破性的進展，進一步推動水電廠自動化技術的智能化發展，為我國的水電建設項目以及現代化事業貢獻出一份力量。

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