小型水電站自動化系統的設計與實現

摘 要：本文簡要闡述了監控系統的作用及兩層分布式設計機構，監控系統的正常運作，可提高發電站工作效率、改善電能質量、保證設備安全穩定運行，大力開展小型水電站的建設、為實現節能型環保社會而努力。

關鍵詞：小型水電站；自動化；監控系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.177

1 前言

隨著低碳環保理念的普及和推廣，人們強烈呼吁使用清潔能源、減少對煤炭等不可再生資源的開采與使用、減少對火力發電的依賴，為實現節能型環保社會而努力。我國豐富的水資源有利于發展水利發電，據統計，我國已經有4.5萬余座小型發電站（指裝機容量在5萬以下）相繼建成，年發電量在1600億kWh以上，占我國總水電發電量的1/3，小型水電站的建設解決了我國中、西部偏遠地區的用電問題，促進該地區經濟的快速發展，隨著科學技術的進步、小型發電站的快速發展，對供電質量及自動化要求也在逐步增大，所以提高發電站工作效率、改善電能質量、保證設備安全穩定運行，甚至達到“無人值守、無人值班”，是我國新時期小型水電站發展的目標。

2 監控系統自動化設計

為保證小型發電站安全、穩定、有效地運行，監控系統的正常運作在小型水電站中扮演著重要的角色，其主要作用：（1）對運行設備的監視：對運行狀態的設備進行參數信息的循環檢測，當運行設備的參數超出設定范圍、出現異常情況、系統會發出報警信號、提醒工作人員發現故障問題并采取相應措施、對其進行快速、可靠的處理；（2）機組的自動化控制：小型水電站在監控系統的作用下，可使得設備在不同工況之間進行自動轉變（如空載轉暫停、發電轉抽水等），且通過自動調控頻率等實現機組自動發電的控制，到達設備自動化的目的；（3）事故自動處理：監控系統可以對設備的正常運行和事故等信息進行記錄、分析，方便工作人員找出事故發生的關鍵性信息，并對事故發生的原因及相應的措施做出快速準確的判斷、盡快采取措施使設備回到正常的運轉狀態、避免事故的擴大蔓延。

目前，小型水電站監控系統一般采用分層式控制結構，而各層之間信息通信就需要網絡來完成，通過網絡將主機與現地控制裝置進行互聯、而現地控制設備再通過如RS-485的通訊方式與水電站中如發電機等設備相連、從而形成整個監控系統，如圖1所示，該系統采用兩層分布式結構，下層為現地控制設備，主要有電度表、勵磁設備、機組自動化設備等，用于測量、顯示、采集數據信息和保護機組工作等，除此之外、還可以通過接收上層發來的各種指令有效地完成控制操作，如對勵磁設備的控制調節、對機組的啟停進行順序控制等；上層為電站集中監控部分，以監控系統為主、對小型水電站的整個系統進行實時監控、對底層設備采集來的各種信息進行綜合處理并顯示水電站內各機組的運行工況、對相關運行參數進行記錄和輸出，該系統具備RTU通信接口，可以進行遠程監控，進行信息通信、完成實施相應和反饋系統狀態等功能。如圖所示，操作員站（現地中控室）是工作人員用于監控和操作控制系統中的各設備，例如控制發電機組的運作、調節電壓變化等；系統中采用RS-485網絡來進行設備與上位機之間的數據信息的交互；而上層之間的數據信息的交互通過RJ45來實現的，如電站現地控制機與遠程客戶監控端等。

3 結論

隨著小型水電站相繼建立，提高發電站工作效率、改善電能質量、保證設備安全穩定運行，是我國新時期小型水電站發展的目標，本文簡要闡述了監控系統的作用及兩層分布式設計機構，監控系統的正常運作，可實時監控各設備的運行狀態并記錄數據信息、做到自動化控制，遇到故障及時報警、方便工作人員能夠盡快采取措施使設備回到正常的運轉狀態、避免事故的擴大蔓延，同時也提高生產效率、降低工作人員勞動強度，努力做到“無人值守、無人值班”的目標。

參考文獻：

[1]董海.小型水電站綜合自動化系統設計[D].河北科技大學，2017.

[2]王寧.農村小型水電站綜合自動化系統分析與設計[J].水利規劃與設計，2015（04）：87-89.

作者簡介：郭婷（1986-），女，江蘇南京人，本科，助理工程師，從事水利水電自動化控制方面的研究。