水電站自動化運行系統的應用與設計

加措

摘 要：為進一步提升電能質量以及水電站發電效率，我們必須要從根本上轉變傳統水電站以常規人工操控為主的管控模式，積極應用計算機自動化系統，實施綜合自動化技術改造。對于新建水電站要求其根據自動化運行要求來進行控制系統設計，從而實現無人值守的目標。本文結合筆者實際工作研究，就水電站自動化運行系統的應用與設計進行了分析。

關鍵詞：水電站 自動化系統 應用設計

隨著我國電力體制改革的逐漸推進，我們可以發現，如果水電站依舊憑借過去的人工操控而不應用自動化運行系統，則難以滿足市場競爭的需求。即便是已經獲得了發電上網的機會，也會由于設備落后而造成無法穩定運行，不但會對電網供電產生影響，同時還會讓水電站自身效益受到損害，對水電站的經濟運行造成很大的阻礙。

1.水電站應用自動化運行系統的優勢與作用

1 . 1提高工作可靠性

水電站應用自動化運行控制系統之后，不但能夠借助于各類自動設備快速準確的實現檢測、記錄以及預警、報警，能夠提前防范不正常工作可能導致的事故，盡可能的降低事故發生之后各類設備受到損壞的幾率，增強供電的穩定性；另外還可以利用自動化控制設備來實現水電站的各項操控，比如說開停機、并列，這樣一來就能夠在很大程度上避免因人為失誤而導致的事故，同時能夠提升操控有效性，特別是在一些緊急狀況下，可以確保水電站供電控制系統的穩定運行，具有非常重要的現實意義。

1 . 2確保運行經濟性

水電站應用自動運行控制系統之后，能夠按照系統分配的負荷與電站實際條件，科學的實施調度，同時合理確定開機臺數，讓發電機組處于高效率的運行狀態，從而獲得更高的經濟效益。另外，水電站屬于水力資源綜合利用的重要組成部分，應當同時兼顧電力系統、航運、灌溉以及防洪等多種需求，僅僅依靠過去那種人工操控模式是難以滿足要求的，自動化控制系統應用之后能夠保證水電站經濟運行任務的最終實現。對部分擁有調節能力的水電站來說，還可實現對水位、流量、系統負荷以及機組參數等參量進行自動控制，有效的提升其運行經濟性。

1.3保證電能質量

電壓與頻率是判斷電能質量情況的重要指標。電壓正常偏移應不大于額定值的±5%，頻率正常偏移不大于額定值的±0.2-0.5Hz，電壓以及頻率的穩定通常取決于電力系統內無功功率以及有功功率的平衡。所以，要確保系統電壓與頻率都處于規定的范圍內，就應當對發電機組所發出的有功功率與無功功率進行快速準確的調節，而這一動作僅僅憑借手動操作是無法滿足其要求的精準度和速度的，必須要依靠自動控制系統來實現。由此可見，應用自動化運行控制系統是保證電能質量的關鍵所在。

2.水電站自動化運行系統的設計與應用

2 . 1系統結構

水電站自動化運行控制系統的主要結構為電站控制層、現地保護控制一體化以及網絡三個模塊：

（1）電站控制層

電站控制層也可以說是水電站的監控中心，它的主要任務是對電站中的重要電氣設備進行實時調控、數據采集分析、運行狀態監控、運行維護管理以及系統診斷等。在通常情況下來說，水電站電氣設備的運行監視以及控制管理在中控室的主機或者工作站完成。工作人員使用計算機系統的顯示器等設備來實現人機對話，對水電站的水輪發電機組、線路以及主變壓器等關鍵設備進行監視與控制，可以通過計算機監控系統根據預先設置好的負荷、負荷曲線、母線電壓來自動實現開停機、并網、設備監視等動作。

（2）現地保護控制一體化

現地保護控制一體化模塊的主要工作內容是對水輪發電機組以及電氣一次設備進行保護控制和監視，如果水電站控制層因為故障而無法正常運行，現地保護控制層能夠進入獨立運行狀態。現地控制保護模塊和電站控制模塊處于相互獨立的關系，能夠直接實現生產過程中的數據采集與預處理，同時對本單元的設備運行狀況進行合理的調控。借助于工業以太網來完成各個現地控制模塊和電站控制模塊之間的數據信息傳輸，從而有效的對現地設備進行監視、控制，實現信息數據的共享。

（3）網絡

水電站自動化運行控制系統的網絡模塊主要選擇工業以太網絡，通信介質是屏蔽雙絞線，信息傳輸遵循國際標準IEEE802系統和TCP/IP協議。這類網絡的開放性優勢較大，計算機監控系統不會因為某一元件出現故障而導致誤操作的問題。網絡模塊可以完成電站控制層與現地一體化控制層之間的所有數據傳輸以及訪問請求。

2 . 2系統保護和預警裝置

（1）主變保護

該系統的主變保護能夠實現下列功能：第一是主變差動保護，主保護主要針對變壓器繞組和引出線相間短路，依靠二次諧波制動原理的比率差動，瞬時動作跳主變高壓側、低壓側斷路器時發出事故信號；第二是后備保護，高壓側復壓過流保護，二段各一時限，出口情況：一段跳低母聯或者低壓側開關（高壓側開關）、跳兩側斷路器，二段跳高壓側開關以及兩側開關的情況下，復壓可按段投退；第三是CT斷線保護，高壓保護一般是針對電流互感器回路斷線故障而導致保護裝置誤動，高壓保護通常在閉鎖可能誤動的保護裝置時發出預警信號；第四是本體保護，本體保護功能一般情況下可動作于跳閘、有載開關輕瓦斯、油溫高、油位低、主變超溫等情況。

（2）安全運行監視

水電站自動化運行控制系統在實際的應用中能夠實現狀態監控與事件報警、越復限檢查以及梯度越限檢查報警、運行控制命令執行過程中的顯示操作和對受阻部位進行控制，對水電站各項設備進行監視、參數報警等。

（3）自診斷、自恢復

自動化運行控制系統處于在線或者離線運行的過程中，可以對系統中的軟硬件實現定時自動診斷，直接顯示出現故障的位置同時記錄相關結果。當判定為故障后可以自動閉鎖故障單元設備同時進行報警，具體有：主機自診斷、外部設備自動診斷、I/O過程通道故障自動診斷、遠程通信自動診斷，同時在自動診斷軟件出現程序死鎖或者失控的情況下，可以立即進行故障報警并提出切換請求，在較短的時間內恢復正常工作。endprint

（4）事故停機處理

現地控制模塊在事故停機處理過程中通常采取下面幾種方式：第一是借助于I/O模塊直接對采集而來的事故數據信息進行響應與處理，從而執行相應的停機流程；第二是在機柜上或者現場設置停機按鈕，按鈕具有多對節點，不僅可以連接PLC來作為事故量啟動停機流程，同時可利用硬布線直接通過按鈕啟動緊急停機電磁閥與機組出口開關跳閘回路；第三是依靠邏輯判斷來降低事故的誤判率。

2.3系統通訊網絡

上文已經提及，水電站自動化運行控制系統通訊網絡選擇工業以太網絡。一方面是完成現地控制層的通訊，通訊網絡內部選擇抗干擾能力強，穩定性良好的CAN網通訊，對外選擇高速以太網數據通訊，以便于與發電廠綜合自動化系統相連接；另一方面是實現計量通信，水電站計量系統選擇全電子式電度表，主要依靠RS485串口實現串行通信，對電度信號進行采集。監控系統能夠顯示相關的正反向和分時的有功、無功電度。

2 . 4系統軟件配置

自動化運行控制系統的軟件配置主要包含了計算機系統軟件、專業工具軟件、支持軟件以及應用軟件。系統軟件能夠對計算機系統內的所有資源（如存儲器、CPU等）提供運行平臺，是其他所有軟件的可運行環境；而支持類軟件一般來說我們可以用到Visual studio2010，3DMAX、PLC編程軟件；工具軟件通常有圖形開發軟件、數據庫調試軟件、系統管理軟件以及周期數據綜合分析計算軟件等專業軟件；最后是應用軟件，它是實現自動化運行控制系統所有功能而開發應用軟件的總稱。上述軟件共同構成了資源系統，利用這些軟件能夠幫助我們更好的進行數據采集、參數統計分析、通訊調度以及控制管理等工作。

3.結語

總之，目前自動化運行控制系統在水電站中已經得到了日益廣泛的應用，這一措施不單單是水電站現代化管理的必然發展趨勢，同時也是水電現代化體系建設的必然要求，為我國電力管理部門現代化建設帶來了一定的經濟價值與現實意義。我們有理由相信，隨著未來自動化控制技術的不斷發展和革新，新工藝、新設備的大量普及，水電站的運行必然會朝著更加安全穩定的方向發展。

參考文獻：

[1]敬懷文.論水電站綜合自動化系統在柳坪電站的應用[J].科技視界，2015（21）：42.

[2]梁勇.水電站綜合自動化系統應用分析[J].中國高新技術企業，2015（19）：30.

[3]黃會寶，文豪，彭勃.某水電站工程安全監測自動化系統改造[J].大壩與安全，2015（03）：76.endprint