桑墟水電站自動化控制系統升級改造可行性分析

【摘要】本文詳解桑墟水電站自動化控制系統升級改造的必要性和改造方案，通過改造實現自動控制和遠程監控功能，進一步提升水利工程管理工作的現代化、精細化水平。

【關鍵詞】水電站；自動化；升級改造

1、工程概況

桑墟水電站位于江蘇省沭陽縣與東海縣交界，是利用沭新河灌溉排澇用水發電的小型水利工程，工程于1986年5月建成，2014年完成增效擴容改造，裝機總容量625KW，共五臺SF125-20/990-W型發電機，配ZDT03-LM-100型水輪機，閘門全開設計流量為25m3/s。工程上游檢修門為鋼質平面直升門，由液壓啟閉機現場控制，配清污機五臺套；下游為鋼質平面直升門，配5噸電動螺桿啟閉機。

工程自建成以來，在防汛、抗旱、工農業生產、生活供水等方面發揮了重要作用。

2、系統現狀

液壓閘門控制柜雖配置了西門子S7-200的PLC以及威綸通的觸摸屏，但目前只能進行現地手動操作，無法實現遠程自動控制與監視；

5臺清污機、2臺皮帶輸送機和5臺發電機組均由現地控制柜（均未配置PLC）手動控制，無法實現遠程自動控制與監視；控制柜中的重要儀表不具備通信接口，無法上傳數據。

3、系統改造范圍

（1）液壓閘門自動化系統升級改造；

（2）清污機、皮帶機自動化系統升級改造；

（3）發電機組自動化系統升級改造；

（4）桑墟水電站自動化系統集成。

4、改造方案

4.1 方案概述

自動化控制系統用于實現對電站液壓閘門、清污機、皮帶機、發電機組的自動化控制。其計算機監控系統設在中控室，實現包括數據采集與處理、監視與報警、控制與調節、系統自診斷與恢復、數據記錄與存儲、人機接口等功能。系統功能由現地級和集控級協作完成。

4.2 數據采集與處理

（1）現地控制單元自動采集被控對象的各類實時數據；

（2）監控主機接收現地控制單元上傳及其他系統發來的各類實時數據；

（3）系統采集的數據量：電氣量、非電量、開關量；

（4）處理方式：模擬量數據處理、狀態數據處理、事件順序記錄處理。

4.3 監視與報警

（1）監視的情況：通過監控大屏對閘門、液壓站、清污機、發電機組等主要設備的運行工況和控制過程中狀態等進行監視；

（2）報警的情況：在液壓站發生壓力異常，保護裝置告警、動作，閘門荷重過載、欠載，清污機、皮帶機的各類過載、報警動作，各類控制流程中失敗信息等異常情況報警；

（3）事件順序記錄：按時間順序記錄故障發生前后的相關參數和開關位置變化；

（4）報警顯示：報警時，發出聲光和顯示信息。

4.4 控制與調節

控制與調節的對象有液壓閘門單元，清污機、皮帶機單元，發電機組單元，控制方式有手動、自動和集控級控制。

4.5 系統自診斷與恢復

系統自診斷的故障信息有故障對象、故障性質、故障時間等。硬件系統在失電故障恢復后，能自恢復運行；軟件系統在硬件及接口故障排除后，能自恢復運行。

4.6 數據記錄與存儲

監控系統對采集與處理的實時數據進行記錄，并建立歷史數據庫，數據記錄與存儲應滿足用戶對歷史數據的多種檢索方式。監控系統應具有數據庫自動清理、備份等維護功能。

4.7 人機接口

（1）監控系統應提供集控級和現地級人機接口。集控級人機接口應作為電站運行人員監視、控制和調節發電機組等設備運行的主要手段，同時也應為維護人員提供系統故障診斷、系統運行參數設定或修改、數據庫建立和維護、監控畫面編輯和修改等管理和維護工作的接口。現地級人機接口應為運行人員提供在現場對被控對象進行運行監視、控制或者調節的接口，現地級人機接口應具有遠程控制和現地控制兩種方式的切換功能。

（2）電站發電機組運行日報表、月報表、年報表，事故及故障報警、閘門等設備等操作、運行日志等記錄均可查詢和打印。監控系統的各類監控畫面、曲線、報表等均能打印。

4.8 數據通信

監控系統內通信包括集控級監控主機與現地控制單元之間的通信，以及現地控制單元與其它智能測控設備之間的通信。監控主機與現地控制單元之間采用高速、基于TCP/IP協議的網絡通信方式。與現地控制單元通信的智能測控設備包括閘門控制系統、多功能儀表等，通信接口宜采用RS485或以太網，通信規約應采用常用標準規約。

5、網絡結構

（1）自動化控制系統分成集控級和現地級。集控級由監控主機兼操作員工作站、通信管理機、以太網交換機等設備組成。現地級由各現地控制單元、以及各種智能測控裝置、傳感元件組成；集控級與現地級之間采用網絡方式連接；

（2）在自動化控制系統的設備分布較集中的場合，設置1臺核心網絡交換機，集控級計算機直接連接到該交換機上；各個現地控制單元分別連接到核心網絡交換機上；

（3）在中控室布置1臺通信管理機，采集5臺發電機組儀表信息，實現上位機遠程監視。

5.1 現地控制柜的設置與系統控制結構

（1）液壓閘門控制系統增加DI/DO擴展模塊、網絡模塊，并對控制柜進行接線改造、軟件調試，即可實現現地及遠程的自動控制；

（2）清污機、皮帶機新增1臺現地自動控制柜，發電機組新增1臺現地自動控制柜，現地手動控制功能仍然在原柜體上實現。

5.2 硬件配置概述

設置1套監控主機兼操作員工作站；設置1套通信管理機；設置1臺工業以太網交換機；設置1套清污機自動控制柜；設置1套發電機組自動控制柜；更換具備通信接口的部分發電機組儀表；液壓閘門自動化系統升級改造，實現現地自動控制和遠程監控功能。

5.3 軟件配置概述

監控軟件包括計算機系統軟件、基本軟件、應用軟件及工具軟件。

6、結束語

綜上所述，桑墟水電站自動化控制系統升級改造方案具有可行性。通過改造實現自動控制和遠程監控功能，進一步提高水電站安全可靠性和運行管理科學性，極大提升水利工程管理工作的現代化、精細化水平，充分發揮其社會效益和經濟效益。

參考文獻：

[1]程星順，高良澗水電站自動化改造[J].中國科技信息，2006（14）：67-67.

[2]喻榮華，花涼亭水電站自動化改造技術方案[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2011，16（1）：56-59.

作者簡介：

1、周松，男，1991年1月出生，江蘇沭陽人，大學本科學歷，助理工程師，目前主要從事水利工程運行管理、建設和施工管理。

2、張靜，女，1989年3月出生，江蘇淮安人，大學本科學歷，助理工程師，目前主要從事水利工程運行管理、建設和施工管理。

3、徐瑋，男，1987年2月出生，江蘇連云港人，大學本科學歷，工程師，目前主要從事水利工程運行管理、建設和施工管理。