水電站自動化監控系統的設計與應用

王建

摘 要：水電站自動化程度是其現代化的重要指標之一，也是水電站安全生產運行不可或缺的主要保障，而機組容量的不斷擴大，也對于水電站的安全運行生產起到了愈加重要的作用。水電站自動化監控系統包涵許多學科相關知識，隨著科技信息技術的迅猛發展，水電站自動化系統也隨之升級。本文主要介紹了水電站監控系統主要功能、自動化系統設計原則、自動化監控系統的設計與應用。

關鍵詞：水電站 自動化 監控系統 設計應用

隨著目前計算機信息技術以及網絡通信技術的迅猛發展，我國水電站自動化監控系統的完善程度也在進一步提高。在西方發達國家中，大部分小型水電站均已實現了監控系統的自動化，且已經由以往的“少人值守”逐步實現了“無人值守”，法國的Grand Madison、瑞典的Strangler等水電站，均通過計算機網絡技術實現了監控系統的全面自動化，水電站基本上“無人值守”。相對西方國家來說，我國水電站發展時間較晚，在水電站發展早起階段，國家對其發展并未投入過多資金和精力，導致我國小型水電站的發展腳步較為緩慢，尚處于相對落后的狀態，至今還無法達到西方國家水平，并且許多開發項目都還處于研究完善階段。自上個世紀九十年代開始，我國的小型水電站也逐步邁上了信息化發展的道路，所建設的大部分水電站的常規操控也已被自動化技術慢慢取代。

1.水電站監控系統主要功能

水電站監控中心一般為主控層或者上位機，主要負責全站的自動化功能、參考數據及處理、站內人機對話等。通常情況下包括功能為：對全站在運行過程中的數據參數進行收集和處理；對水電站生產過程的安全實施監控及報警；對水電站主要設備工作狀態及其設備遠程方進行監控；對運行日志、電能量、故障發生及操作次數進行統計整理；對站內主設備參數進行校正；為設備系統故障提供在線診斷；及時與上級部門進行信息交流。

現地控制層通常負責對單元生產過程中的數據信息進行采集和預處理、監視、操作、調控及與上位機進行通信等。一般包括功能為：第一時間對本單元中的數據信息進行采集和處理；借助于現地人機接口對本單元的實際生產狀態實施有效的調整與管控；對本單元內的生產情況進行實時的記錄；實現自我診斷和自動恢復；和上位機通信產生中斷后能夠進行獨立報警同時與上位機實現脫離而對本單元進行單獨控制；和現地部分設備以通信的形式對信息數據進行采集；同時把采集到的信息數據傳輸到上位機，接受上位機的指令。

2.水電站自動化系統設計原則

計算機信息技術和網絡通訊技術的不斷發展，也使得水電行業對現有水電站監控系統的自動化要求愈加苛刻。為了更好的跟上現代技術的發展腳步，并且考慮到水電站監控系統的重要性，實現“少人值守”的運行模式目標，水電站監控系統的自動化通常需遵循以下六項基本原則：

（1）在設備的自動化監測以及控制中，將非電量的監控裝置直接大量運用其中；（2）以往常規監控時需要由值守人員親自操作的主要設備和系統，全部利用計算機技術依照設計流程對監控系統進行自動控制；（3）在水電站安全運行中，針對其影響較大、作用較重要的設備或部位，可采取兩種自動化元件共同使用的監控方法，確保運行安全的穩定、可靠；（4）為了避免電氣設備消防供水系統出現誤動或拒動情況，在消防供水系統的設計上應考慮手動和自動相結合的方式，最大程度上確保供水系統準確投入；（5）用計算機監控系統定時自動檢測代替常規監控中的值班人員巡回檢測工作，并且將部分信息依照設定需要反饋給值守人員；（6）在關于自動化元件選型方面，需要在能確保其安全可靠性的前提下節省投資。

3.水電站自動化監控系統的設計與應用

（1）壓力監控設計

值守人員確定機組是否安全運行的一項重要指標便是各個部位的壓力數值，壓力監控一般是利用壓力變送器傳達信號，監控的主要項目為蝸殼進口處以及蝸殼的末端壓力、主軸密封水壓、技術供水總管壓力、壓油槽壓力、上導軸承冷卻水壓力、空冷器冷卻水壓等。利用對以上列舉壓力進行監控，值守人員便可以在上位機隨時監控機組各部分的運行變化情況。由于壓油槽對機組的運行安全具有直接影響的作用，所以，在對其進行監控時還可以加設液位控制開關，進一步保證其安全。

（2）液位監控設計

可實施液位監控設計的部位包括：上下導油槽油位、壓油槽油位、水導油槽油位、回油箱以及漏油箱油位等。在對上述設備實施液位監控時，對調相壓水水位和壓油槽油位的監測設置了開關量和模擬量雙重自動化元件，而壓油槽油位的監測主要是依靠進口差壓變送器，能夠讓監控結果更加準確，其他的液位一般都選擇液位開關實施監控。

（3）流量監控設計

流量監控項目通常包含兩方面，即水輪機流量與技術供水監控。對水輪機流量的監控一般采取蝸殼測流方法進行在線監控，可以為日后實現經濟運行提供相關數據參數。供水流量技術監控包含對技術供水總量進行測量、對上下導軸承冷卻水進行測量、對空冷器冷卻水進行測量、對水導軸承冷卻水進行測量，這五項測量和控制項目中，除了對技術供水總量的測量通過電磁流量技術方法外，剩下的測量項目均可以采用示流信號器來進行監測。

（4）振動與擺度監控設計

進行振動監控的部位包括發電機上機架和水輪機頂蓋兩部分，可在這兩個部位加設水平及垂直振動雙重測點，利用傳感器和監控儀器對機組中的不可移動部位實施水平和垂直振動的在線監控；而對擺度進行監控則是對發電機上下導軸承和水輪機導軸承這三個部分的垂直方向和水平方向均可以設置相應的測點，在機組運行時，利用電渦流傳感儀器和振動監控儀器對其主軸擺度實施自動化監控，在最大程度上確保機組運行的安全性和穩定性。

（5）溫度監控設計

溫度監控設計包括項目有上下導油槽的油溫以及上導冷卻水進水處水溫和下導冷卻水出水處水溫，對這些溫度通常都利用溫度變送器實施在線監控。另外，廠家設置的溫度傳送器實施溫度監控的部位主要包含定子線圈溫度、水導軸承瓦溫、上下導軸承瓦溫、推力軸承瓦溫以及空冷器進風溫和出風溫等。利用以上部位對溫度數據參數進行在線監控，即使在少人值守的情況下，值守人員也可以通過對主機進行操作來實時監控機組各個部分的運行溫度具體情況，一旦出現異常，可以及時進行處理，確保機組安全運行。endprint

（6）水力監控設計

水電站水力監控設計項目，除了上述屬于機組自動化監控項目外，全站范圍的監測還包含了測量上下游水位、進水閘平壓、毛水頭以及攔污柵前后壓差等系列，其中進水閘平壓測量利用的是壓力變送器，其它項目通常利用的是液位變送器，以上變送器的模擬量輸出信號全部可以進入自動化監控系統中，進而實現在線監控。

（7）消防監控設計

水電站消防設計在水電站整體構造中的重要性日益明顯，尤其是在少人值守的情況下更加重要，是水電站安全生產不可或缺的重要環節。在消防供水系統的設計上首先要考慮其啟動的迅速性，不能出現誤動或拒動的情況，然后還要考慮其安全可靠性，避免出現問題帶來重大經濟損失。在自動消防供水系統中尤其需要指出的是，堅決不能出現電氣設備消防供水系統發生誤動或拒動情況，因此，在消防供水系統的設計上應考慮手動和自動相結合的方式。另外，火災報警系統不能設計為直接控制消防供水系統，為避免自動系統出現誤動，在報警系統發出報警時，值守人員應及時確認是否發生火災，再決定是否投入消防供水系統。

4.結語

綜上所述，水電站自動化監控系統可在一定程度上實現水電站“少人值守”，甚至“無人值守”的目標，并且在使用中具有豐富的操作界面、預防失誤操作以及失誤產生后及時處理的能力。另外，水電站自動化監控系統除了必須具備各種現場監控、操作以及處理控制等功能外，還需要具備有與遠程控制系統互相通信交流的功能。總之，我國水電站應全面實施自動化監控系統，在整體上提高水電站的設備運行水平，確保水電站設備在生產過程中的安全、穩定運行。

參考文獻：

[1]陳永濤.黑茨河原墻閘監控系統設計[J].江淮水利科技，2012，（05）：170-172.

[2]陳永濤.黑茨河原墻閘監控系統設計[J].江淮水利科技，2012，（05）：44-46.

[3]吳衛國.水電站自動化設計與應用[J].自動化應用，2012，（11）：20-24.

[4]林益江，張仁貢，毛金輝.基于多協議轉化分層分布數據庫的農村水電站監控系統設計與應用[J].水電能源科學，2013，（04）：170-172.

[5]王軍輝.花園水電站綜合自動化系統的設計與應用[J].電網與清潔能源，2013，（11）：126-130.endprint