袁家壩水電站綜合自動化系統結構及其設計方案分析

【摘要】現如今，水電站發展迅速，隨著科學技術的發展，以計算機監控為基礎的綜合自動化系統被逐漸應用于水電站建設中。對此，本文首先介紹了小型水電站自動化系統設計原則，然后以袁家壩水電站為研究對象，對袁家壩水電站自動化系統結構及其設計方案進行了詳細探究，以期為類似工程提供借鑒。

【關鍵詞】袁家壩水電站；綜合自動化系統；應用

引言

在小型水電站工程建設中采用先進的綜合自動化監控系統，不僅有利于節約水電站工程運行成本，而且還能夠有效減少工人勞動量，是水電站自身生產和發展的需要。因此，對水電站綜合自動化系統結構以及具體的設計方案進行深入研究意義重大。

1、綜合自動化監控系統設計概述

1.1 小型水電站特點

與大型以及中型水電站系統設計不同的是，在進行小型水電站監控系統設計過程中，需要充分考慮小型水電站實際情況，設計符合實際需要的監控系統。小型水電站的特點主要體現在以下五個方面：投資建設成本低、電壓變化較大、實際運行方式變化較大、技術水平較低、日常維護以及技術更新費用少。

1.2 小型水電站自動化系統設計原則

綜合考慮上文所提小型水電站特點，在進行小型水電站自動化系統設計過程中，應該注意性價比高、技術水平高、可靠性高、自動化水平高等。在小型水電站設計建設過程中，資金因素至關重要，因此，在小型水電站自動化監控系統的設計過程中，首先需要考慮經濟因素，以最少的資金投入達到最高的設計水平。另外，要求小型水電站自動化系統的技術水平比較高，小型水電站工程是民生工程，其實際運行效果與人們的日常生活密切相關，因此，小型水電站設計建設必須符合農村發展需要，盡量采用先進的自動化智能化設備，提升小型水電站的運行可靠性。除此以外，要求小型水電站自動化系統能夠具備完整的控制功能，對此，必須增加資金投入，在有限的資金投入的基礎上，盡量采用先進的、完善的系統控制功能。

2、袁家壩水電站概況

袁家壩水電站地處畢節地區納雍縣境內，烏江干流北源六沖河右岸一級支流鼠仲河河上，為鼠仲河上已建的一座小型水電站。

袁家壩水電站壩址以上集雨面積162.0km2，多年平均流量3.47m3/s，前池正常水位1265.5m，裝機容量5.0MW。

原袁家壩水電站渠道承擔著袁家壩、胡家壩300畝的灌溉任務。所以，本次改擴建后的袁家壩水電站渠道也考慮原灌面的灌溉，袁家壩水電站的開發任務為灌溉發電。

袁家壩水電站位于納雍縣寨樂鄉境內，是畢節地區水力資源復查報告中推薦的梯級開發中的第一個梯級，在六沖河右岸一級支流鼠仲河上。壩址以上流域面積1162km2，多年平均流量3.47m3/s。電站裝機5.0MW，可提供電量2450萬kw·h。本工程項目靜態總投資2280萬元，單位千瓦投資6334元/kw，單位電度投資1.44元/kw·h，技術經濟指標較優，開發條件較好。

袁家壩水電站建成后并入納雍地方電網，主要供電區為納雍縣，袁家壩水電站電站的改擴建，不僅有利于促進鼠仲河的水能開發，也是鼠仲河水能資源開發的必然選擇，而且對于實現納雍縣確定的總體目標：圍繞資源優勢，依托科技進步和體制創新做大做強煤電產業起到重要的促進作用，對該區人民盡快脫貧致富奔小康，發展地方經濟，提高該區生產力水平有較大的作用。因此，袁家壩水電站的改擴建地方經濟發展的需要。

3、貴州袁家壩水電站自動化系統技術配置方案

3.1系統結構功能及設計方案簡述

該水電站自動化系統采用分層分布全開放式微機自動化控制系統，整個系統由站級控制層和現地控制層（LCU層）構成，電站控制級包括一臺操作員工作站，實現全站的監測、控制和人機對話以及數據遠方傳送處理。現地控制級包括2套機組LCU（現地控制單元）系統、1套公用LCU系統以及微機保護系統等，實現對各生產對象的監控。

機組部分由機組電氣保護裝置、機組控制裝置（可編程控制器PLC）、電量和非電量測控裝置（包括機組溫度、轉速、油壓、氣壓、水壓）、同期裝置及其他附件組成。

公用系統由公用設備保護裝置（主變保護裝置、線路保護裝置）、公用設備控制裝置（PLC）、公用設備電量和的非電量測控裝置、同期裝置及其他附件組成。同期系統采用微機自動準同期裝置，具有可靠性高、并網速度快等優點。勵磁裝置和調速器可通過通信接口直接與相應的LCU系統進行通信，接入水電站綜合自動化系統。

微機保護系統包括發電機保護、變壓器保護、線路保護及廠用變保護等，各保護裝置與操作員工作站進行通訊，完成對于整個系統的微機繼電保護。

3.2 水電站綜合自動化系統結構

袁家壩水電站的控制系統為全分布式，整個控制系統是由兩種控制層所組成的，分為站級和現地控制層兩種，在而這之間，采用光纖通信方式。在該綜合自動化系統中，繼電保護系統能夠與控制層直接連通，這樣能夠有效提高信息傳遞的準確性和高效性。

3.3 系統硬件

在自動化控制系統中，主要的硬件設備包括打印機、計算機、USB電源等。

3.4 自動化控制級功能

3.4.1 控制調節功能

在自動化控制系統中，監控系統可以根據管理人員的命令對機組運行進行控制，另外，監控系統還能夠根據管理人員的增減命令對機組進行有效調節，包括斷路器調和、機組啟動或者停機等等。

3.4.2 自動發電控制功能

在貴州袁家壩水電站自動化控制系統的實際運行過程中，各個機組均能夠協調工作，高效運行，有利于避免機組受到運行干擾。另外，監控系統在實際運行過程中還能夠對水電站發電運行進行有效控制。

3.4.3 自動電壓控制功能

電壓自動控制系統的主要作用是有效維護母線電壓，確保各臺機組都能過依據一定的比例對無功功率進行科學合理的分配。在自動電壓控制系統運行中，CRT上可以顯示所有的指導數據，運行人員可以據此進行操作。

3.4.4 運行人員操作臺控制功能

在系統運行過程中，工作人員只需要通過監控系統接口，即可對水電站機組進行有效控制，對有功功率以及無功功率進行調整，同時，還可以對機組負荷、變壓器油溫、斷路器分合等進行調整和控制。對于上述所有操作，工作人員都能夠在操作臺上進行控制，而監控系統中具有完善的硬件和軟件，因此，能夠對某一控制級進行獨立控制。另外，需要注意的是，在整個系統中，機械電器保護裝置所發出的停機命令與監控系統相比，具有更高的控制權和優先處理權。

3.4.5 事故處理指導功能

在水電站系統實際運行過程中，如果設備發生故障問題，則監控系統可以及時提出對于故障事故的處理意見，以及促進系統快速恢復正常運行工況的意見。

3.4.6 數據通信

（1）在監控系統運行過程中，其可以根據通信工作站以及上級調度，確保實施數據通信可靠性，同時，其還能夠與水情測報系統、電力系統繼電保護及安全自動裝置實現實時數據通信。

（2）監控系統與微機五防系統間的通信

（3）監控系統與現地各輔助智能設備間的通信。

（4）對于監控系統中各個設備的信息交換，可以采用以太網網絡結構來實現。

3.5 袁家壩水電站系統軟件配置

水電站計算機監控系統軟件是由多個軟件所組成的，包括計算機系統軟件、應用軟件、工具軟件以及基本軟件。其中，計算機系統軟件是用戶軟件開發的重要基礎，通過計算機系統軟件，可以對用戶程序進行編輯、連接、運行、推出等等；另外，基本軟件指的是監控系統正常運行所需必要軟件，其主要功能有數據采集、處理等；除此以外，應用軟件配置的應用軟件為北海銀河高科技產業股份有限公司自主研發設計的YH-5000水電站監控管理系統，包含數據庫管理，圖形工具等工具軟件。

4、結語

由此可見，根據本文分析發現，水電站自動化系統復雜程度較高，其是由很多硬件設備和軟件所構成的，因此，在具體的設計環節，必須綜合考慮水電站的技術特征，結合實際情況，堅持經濟性、技術性原則，選擇符合水電站自身發展需要的綜合自動化系統，這樣才能夠有效提高生產效率，減少勞動成本，提高電能質量。

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作者簡介：劉瓊（1965-），男，漢，貴州盤縣人，工程師，中專，主要從事機電方面工作。