水電站自動化的改革與創新

陳學標 林建興 陳厚珍

【摘 要】尤溪流域公司階梯電站自動化設備在近年來總體運行情況良好，但在實際運行過程中或多或少還存在一定的問題，如數據結構不夠合理、現地施耐德觸摸屏對時功能不準確以及壩用電信息采集不到監控系統等缺陷，為實現“無人值守”及“零維護量”目標現地控制（LCU）單元必須盡快解決上述的問題，本文重點闡述為解決這些針對性問題所做的改革與創新。

【關鍵詞】自動化 現地控制 輔機設備 改革與創新

尤溪流域分公司由三個電站共8臺發電機組組成的階梯電站，在不同時期分別投入運行，并且運行良好，但運行過程中或多或少還存在一定的問題。如目前現地控制單元，機組LCU通信程序僅完成轉發功能，數據的解析由上位機驅動程序完成。運行維護中存在以下問題：數據處理過于集中，分層分布程度低，單套LCU外圍自動化元器件技改或運行參數變化，比如開接點、閉接點引用變化需要大量的日常維護工作，都需要更改上位機數據庫參數，重新編譯整套數據庫，同步重啟10余臺各種功能服務器，操作復雜，小部分改動影響全廠的運行設備，安全風險高，維護人員心理壓力大。現地使用觸摸屏具有獨立內部時鐘，掉電靠電池保持，但存在長時間運行誤差較大，給相關事件分析造成很大困惱的問題[1]，當前處理時間誤差的方法是靠人工每月定期手動對時，時間設置需進入觸摸屏工程模式，費時費力且精度不高。傳統0.4kV系統信號采用硬接點接入監控系統的公用LCU[2]，盡管該方案可靠性高和施工維護成本高，并且占用公用LCU寶貴的內部存儲有限資源，只能按照實際需要接入少量部分“重要信號”，不利于所有信號的采集。

1 機組LCU通信數據結構優化

隨著電子技術的快速發展，LCU控制核心PLC技術也得到快速發展，數據處理能力發生根本改變。通信速率從標準串口9600bps發展到10Mbps、100Mbps的快速以太網，目前1Gbps高速以太網也開始應用，數據存儲從早期以字節（Byte）為單位精打細算使用，到以kB為單位到MB為單位。以目前LCU數據處理能力，完全可獨立完成數據解析和重組，因此提出將機組LCU通信數據結構進行優化的改革。

優化機組LCU通信數據結構主要思想，通過修改上位機通信驅動程序、PLC通信程序，將數據解析、預處理部分下放到LCU中完成，各種數據由原始碼值通過相應算法轉換成實際工程值，完成品質判斷和告警信號處理。優化后的機組LCU通信數據結構可實現智能化、高度自治，上位機、觸摸屏僅需完成人機界面功能，一般的日常維護只需修改相應LCU程序，不需修改上位機程序，有效減少上位機系統修改、停機、重啟次數，減少檢修維護人員勞動強度，減低維護風險，有效提高整套系統可用率。

2 現地LCU自動對時功能的實現

水電廠計算機監控系統（SCADA）采用分層分布式結構，現地層控制單元LCU以可編程控制器PLC為核心，配置觸摸屏作為現地人機界面，然而使用的施耐德觸摸屏本身并不具備對時功能，機組在長時間運行時如時鐘不對，當出現事故信號將給維護人員分析現場情況造成很大的不便，但觸摸屏通過串口與PLC通信，且現地控制單元LCU可編程控制器PLC 配有ERT模塊已實現電站GPS授時系統對時，因此提出通過串口通信讀取PLC時間和編寫觸摸屏腳本程序，改寫觸摸屏內部時鐘實現觸摸屏的自動校時功能。

該實施方案三大步驟：PLC時鐘處理，讀取ERT模塊時鐘；編寫觸摸屏腳本，定義時鐘接收變量并鏈接至PLC；定義腳本執行觸發事件，為提高效率腳本類型1僅在觸摸屏啟動時執行一次，腳本類型2為每小時執行一次。通過觸摸屏腳本編程實現自動校時，無需更改接線、增加硬件，不會產生附加的設備維護工作和故障風險。并且隨著電子技術發展觸摸屏價格不斷降低，越來越多的設備采用觸摸屏作為人機界面提高智能化水平，采用本方案實現觸摸屏自動校時簡單、直接，容易實施，具有很好應用前景。

3 壩頂0.4kV壩用電系統信息采集改進

該水電站的壩頂0.4kV系統母線由3路電源自動切換選擇1路供電，由一套西門子PLC控制，其中第三電源為柴油發電機，柴油發電機的啟停由該發電機控制器（科邁AMF-25）控制。正由于壩頂現場裝設的交流采表、西門子PLC、柴油發電機控制器均為智能設備，具備串口通信功能，提出利用計算機監控系統的通信機開發相關通信協議程序，按規約解析出來數據直接通過工業以太網送到上位機主機，實現壩頂用電系統信息的采集改進。

改進的基本思路：構造系統功能結構，將壩頂0.4kV系統3個交流采表、西門子PLC、柴油發電機控制器，均采用RS485轉光纖方式經光纖接入計算機監控系統的廠內通信機。上位機監控軟件設計，利用計算機監控系統NC2000具有良好的人機界面和網絡功能。在組態環境下，設計人員對計算機監控系統的廠內通訊服務器的串口進行驅動配置，編寫對應串口智能設備的通訊程序，運行環境以圖形畫面形式的人機界面監控壩頂0.4kV系統信息、故障報警，對有關數據存儲歷史庫，生成報表。

該采集方案簡單合理，由于傳輸通道采用了光纖，克服了傳統串口傳輸距離的困難，避免了傳統電氣連接的雷電干擾問題，又利用了串口傳輸的成熟性，減少了傳統電纜敷設，降低了施工難度。利用計算機監控系統的通信機開發相關通信協議程序，充分發揮了計算機監控系統的靈活擴展性，將該電站壩頂0.4kV系統的信息增采到一個計算機監控系統中，提高了水電站的自動化程度和集控程度。

4 結語

為進一步推進水電站實現“無人值守”及“零維護量”目標，本文作者根據所屬電站的實際運行狀況，對現地控制單元存在的缺點進行改革與創新，旨在提高水電站運行的自動化水平，減少了運行人員工作量，并對其它電站類似工程改進提供一定的參考。

參考文獻：

[1]陳之棟.關于水利發電設備運行狀態檢修的研究[J].城市建設理論研究，2013（29）.

[2]王聰，張毅，文正國.水電站監控系統中MMS通信協議的應用[J].水電站機電技術，2013，36（3）.