基于水電站綜合自動化改造的研究

陳勇輝

（廣州市黃龍帶水庫管理處，廣東 從化 510960）

基于水電站綜合自動化改造的研究

陳勇輝

（廣州市黃龍帶水庫管理處，廣東 從化 510960）

隨著科學技術的快速發(fā)展，電氣自動化在水電站中也得到了廣泛應用，因地制宜對原有的水電站實施自動化改造，使水電的經(jīng)濟效益和社會效益得到充分發(fā)揮，已是擺在水電行業(yè)面前的一項緊迫任務。本文介紹了廣州市黃龍帶水庫水電站自動化改造及微機監(jiān)控系統(tǒng)的選型特點。

水電站；自動化；改造

1 工程概況

黃龍帶水電站位于廣州從化，裝有3臺單機容量為0.8 MW和4臺單機容量為1.6 MW的臥式水輪發(fā)電機組，3臺3.5 MVA油浸自冷式變壓器，1條35 kV輸電線路。采用常規(guī)中控室集中控制方式對電站主輔設備進行監(jiān)控。為提高電站控制自動化水平，減輕值班人員的勞動強度，實現(xiàn)“無人值班”（少人值守），能夠在從化市進行遠方控制操作，電站只保留少數(shù)值守人員，達到“遙控、遙調(diào)、遙測、遙訊”四遙功能，取消常規(guī)控制方式的要求。

2 基礎自動化改造

2.1 調(diào)速器

經(jīng)過研究，確定選用調(diào)速器的原則：①設備須有高度的可靠性和一定的先進性；②能夠很好的與微機監(jiān)控系統(tǒng)進行連接；③具有較高的性能價格比；④運行操作簡單，維護工作量小。

經(jīng)過充分的論證比較，從安全及技術先進性、發(fā)展方向、運行操作簡單、維護工作量小考慮，決定采用武漢星聯(lián)控制系統(tǒng)工程有限公司生產(chǎn)的YWT－6000－GX型PLC調(diào)速器。該調(diào)速器是目前國內(nèi)比較先進的新一代的調(diào)速器，這種調(diào)速器具有結構簡單、速動性好、可靠性高、維護工作量少（基本上可實現(xiàn)免維護）等特點，既可通過常規(guī)方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，也可通過串行通訊方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，符合整體改造要求。

2.2 勵磁系統(tǒng)

確定選用勵磁裝置的原則：①設備須有高度的可靠性和一定的先進性；②能夠很好的與微機監(jiān)控系統(tǒng)進行連接；③具有較高的性能價格比；④運行操作簡單，維護工作量小。

經(jīng)過充分的論證比較，從安全及技術先進性、發(fā)展方向、運行操作簡單、維護工作量小考慮，決定采用武漢星聯(lián)控制系統(tǒng)工程有限公司生產(chǎn)的TDWLT－02型微機勵磁調(diào)節(jié)裝置。這種勵磁調(diào)節(jié)裝置可靠性高、維護工作量少，既可通過常規(guī)方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，也可通過串行通訊方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，符合整體改造要求，可有效確保勵磁系統(tǒng)安全可靠運行。

2.3 自動化測量元件

自動化測量元件選型配置是否合理將直接影響到機組的安全穩(wěn)定運行及微機監(jiān)控系統(tǒng)改造的成敗。本站對自動化測量元件選型配置的原則是：高可靠性和先進性、維護方便、高性價比、標準化和系列化。對于電量變送器，考慮到安全可靠性，對重要測量點（7臺機組及1條35 kV出線）采用廣州市源博自動化工程有限公司生產(chǎn)的組合型變送器（可測量三相電壓、電流、頻率、有功、無功、功率因素等），其他測量點則根據(jù)需要亦采用廣州市源博自動化工程有限公司生產(chǎn)電壓、電流、頻率、有功、無功、直流電壓、直流電流變送器單元箱。組合型變送器采用通訊的方式直接與LCU的工控機進行通訊，其他變送器的輸出量均為4～20 mA，送至PLC的模擬量輸入模塊。

3 微機監(jiān)控系統(tǒng)的設計選型

在完成基礎自動化改造后，2004年開始全面進行計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計選型、安裝，2005年6月份安裝完成進行調(diào)試后投入運行。

3.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要監(jiān)控對象及全廠需要監(jiān)控的信息量

（1）7臺水輪發(fā)電機組及其輔助設備和附屬設備：水輪發(fā)電機，調(diào)速器壓油裝置，主閥及其壓油裝置，供水系統(tǒng)，勵磁變壓器，6.3 kV開關室的斷路器，隔離開關，勵磁系統(tǒng)。

（2）開關站及電站公用附屬設備，主要有：主變壓器及其通風系統(tǒng)等輔助設備和35 kV出線的斷路器、隔離開關、檢修接地開關；廠用變及400 V廠用電系統(tǒng)；全廠公用設備：水庫水位、尾水水位、水頭、排水系統(tǒng)，高低壓氣機，油壓系統(tǒng)及直流系統(tǒng)設備。

3.2 選用微機監(jiān)控系統(tǒng)的原則及對軟硬件的要求

3.2.1 選用微機監(jiān)控系統(tǒng)的原則

選用微機監(jiān)控系統(tǒng)的原則：①按照“無人值班”（少人值守）的原則，既要實現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控，又能實現(xiàn)遠程監(jiān)控。②監(jiān)控系統(tǒng)須有高度的可靠性和一定的先進性。③應采用成熟的、可靠的、標準化的硬件、軟件、網(wǎng)絡，且有足夠的備品備件和技術長期的服務支持。④監(jiān)控系統(tǒng)軟件應采用模塊化、結構化設計，保證系統(tǒng)的可擴性，并滿足功能增加及規(guī)模擴充的需要。系統(tǒng)應具有冗余容錯設計，不會因局部的故障而引起系統(tǒng)誤操作或降低系統(tǒng)性能。各LCU應能脫離主控級獨立運行。⑤選用全開放、分布式的系統(tǒng)結構，系統(tǒng)配置和設備造型應適應計算機發(fā)展迅速的特點，具有先進性和向上兼容性。⑥監(jiān)控系統(tǒng)必須響應速度快，可靠性和可用率高，可維護性好。⑦監(jiān)控系統(tǒng)實時性好，抗干擾能力強。⑧監(jiān)控系統(tǒng)應有與T業(yè)電視系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、大壩監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、機組狀態(tài)維護系統(tǒng)等通信的接口。⑨人機接口功能強，人機界面采用中文且操作方便，便于二次開發(fā)。具有漢字顯示和打印功能，人機聯(lián)系操作方法應簡便、靈活、可靠，操作采用鼠標為主，鍵盤為輔。⑩具有較高的性能價格比。

3.2.2 對軟硬件的要求

（1）硬件。在保證系統(tǒng)可靠性、性能、質(zhì)量、開放的同時，盡量減少設備的多樣性，以便增強系統(tǒng)內(nèi)設備之間的兼容性、替換性，減少備品備件的數(shù)量，方便我方熟悉、掌握。采用經(jīng)過1SO9000質(zhì)量標準認證的國際著名廠商生產(chǎn)的、性能價格比高的硬件產(chǎn)品。具體要求是：操作員工作站選用帶雙屏21彩色顯示器進口工作站，主頻、內(nèi)存、硬盤、高速緩存采用主流配置；電話語音報警可選用同產(chǎn)服務器；工控機及可編程控制器、開入板、開出板及模入板采用進口器件。

（2）軟件。系統(tǒng)軟件上位機使用LINUX OS操作系統(tǒng)，其具有很強的綜合運算能力、高速的數(shù)據(jù)處理能力，可以保證整個系統(tǒng)具有很好的實時響應能力，并可安全可靠地長期運行；工控機采用Windows操作系統(tǒng)，可使運行人員易學易懂，可較快掌握各種操作；應用軟件使用電力臨控專用軟件。

（3）微機監(jiān)控系統(tǒng)選型。依據(jù)已研究制定的微機監(jiān)控系統(tǒng)的選用原則及對軟硬件的要求組織專業(yè)技術人員經(jīng)過廣泛的市場調(diào)查、嚴格的篩選，最終選4種方案供選擇：①中國水利水電科學研究院自動化所研制的H9000微機監(jiān)控系統(tǒng)；②阿爾斯通（天津）電力系統(tǒng)有限公司研制的Alspa 8000－P320微機監(jiān)控系統(tǒng)；③南瑞自動控制有限公司研制的ssj～3031水電廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)；④廣州市源博自動化工程有限公司自行研發(fā)的水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)。

經(jīng)過充分的經(jīng)濟技術論證、重點考慮安全可靠性及良好的售后服務，決定采用廣州市源博自動化工程有限公司自行研發(fā)的水電站自動化自動監(jiān)控系統(tǒng)。選用該公司的產(chǎn)品主要基于以下兩點考慮：①眾多用戶多年的使用證明該自動監(jiān)控系統(tǒng)可靠性高，界面好，操作維護簡單，擴展性好；②該公司是廣東省水利廳下屬企業(yè)，有良好的技術保障，總部在廣州，售后服務方便快捷。監(jiān)控系統(tǒng)選型完成后，決定由廣州市源博自動化工程有限公司按甲方要求采購設備硬件，開發(fā)應用軟件并在監(jiān)控系統(tǒng)安裝后負責現(xiàn)場調(diào)試。

4 系統(tǒng)結構

廣州市源博自動化工程有限公司自行研發(fā)的水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)采用全開放分層分布式的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，分為遠方控制層（城關調(diào)控室）、主控層（電站中控室）、單元控制層（現(xiàn)地控制單元）。

主控層與單元控制層之間連接方式采用RS485/RS232網(wǎng)絡連接，遠方控制層通過網(wǎng)關、光纖調(diào)制解調(diào)器、光纜與電站主控層的光纖調(diào)制解調(diào)器、操作員站接口連接?，F(xiàn)地控制單元擁有最高操作權限。當主控層微機或者主控層與現(xiàn)地層的通訊有故障時，可以通過現(xiàn)地層的西門子S7－200的觸摸屏對機組進行相關操作。

經(jīng)論證后選擇的自動化硬件、軟件以及系統(tǒng)構造的系統(tǒng)安全性、承受能力、操作安全性、通訊安全性、網(wǎng)絡特征、軟件及其安全性、系統(tǒng)自檢測等性能指標均能滿足要求，系統(tǒng)具有優(yōu)良的開放性和擴充性，操作系統(tǒng)提供標準的軟件接口，各種應用軟件均可移植進入系統(tǒng)。

5 結束語

黃龍帶水電站綜合自動化技術改造工程是我水庫管理處的重點建設項目之一。該項目從構思、設計、設備選型、安裝調(diào)試到運行管理等環(huán)節(jié)，特別是在電站現(xiàn)場管理方面，我們都采取了一系列認真細致的行之有效的方法和措施，從而使電站的技術改造效果達到預期目標，使電站的自動化管理水平真正上了一個新的臺階。

1 林廣斌.龍門灘一級水電站綜合自動化改造［J］.廣西水利水電，2010（04）

2 郭 鍵.淺談中小型水輪發(fā)電機組的自動化改造［J］.安徽電氣工程職業(yè)技術學院學報，2008（01）

Research on Hydropower Integrated Automation Transformation

Chen Yonghui

With the rapid development of science and technology, electrical automation has also been widely used in the hydropower station.The implementation of the existing station’s automation transformation according to local conditions, and fully elaborating the economic and social benefits of hydropower, is an urgent task placed in front of the hydropower industry. This article describes the hydropower station automation transformation of Huanglongdai Reservoir in Guangzhou city and the features of selecting computer monitoring system.

hydropower station; automation; transformation

TV736

A

1000－8136（2011）03－0017－02