水電站自動化運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)

加措

摘 要：為進(jìn)一步提升電能質(zhì)量以及水電站發(fā)電效率，我們必須要從根本上轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)水電站以常規(guī)人工操控為主的管控模式，積極應(yīng)用計(jì)算機(jī)自動化系統(tǒng)，實(shí)施綜合自動化技術(shù)改造。對于新建水電站要求其根據(jù)自動化運(yùn)行要求來進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)無人值守的目標(biāo)。本文結(jié)合筆者實(shí)際工作研究，就水電站自動化運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：水電站 自動化系統(tǒng) 應(yīng)用設(shè)計(jì)

隨著我國電力體制改革的逐漸推進(jìn)，我們可以發(fā)現(xiàn)，如果水電站依舊憑借過去的人工操控而不應(yīng)用自動化運(yùn)行系統(tǒng)，則難以滿足市場競爭的需求。即便是已經(jīng)獲得了發(fā)電上網(wǎng)的機(jī)會，也會由于設(shè)備落后而造成無法穩(wěn)定運(yùn)行，不但會對電網(wǎng)供電產(chǎn)生影響，同時還會讓水電站自身效益受到損害，對水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成很大的阻礙。

1.水電站應(yīng)用自動化運(yùn)行系統(tǒng)的優(yōu)勢與作用

1 . 1提高工作可靠性

水電站應(yīng)用自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)之后，不但能夠借助于各類自動設(shè)備快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)檢測、記錄以及預(yù)警、報(bào)警，能夠提前防范不正常工作可能導(dǎo)致的事故，盡可能的降低事故發(fā)生之后各類設(shè)備受到損壞的幾率，增強(qiáng)供電的穩(wěn)定性；另外還可以利用自動化控制設(shè)備來實(shí)現(xiàn)水電站的各項(xiàng)操控，比如說開停機(jī)、并列，這樣一來就能夠在很大程度上避免因人為失誤而導(dǎo)致的事故，同時能夠提升操控有效性，特別是在一些緊急狀況下，可以確保水電站供電控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 . 2確保運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

水電站應(yīng)用自動運(yùn)行控制系統(tǒng)之后，能夠按照系統(tǒng)分配的負(fù)荷與電站實(shí)際條件，科學(xué)的實(shí)施調(diào)度，同時合理確定開機(jī)臺數(shù)，讓發(fā)電機(jī)組處于高效率的運(yùn)行狀態(tài)，從而獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。另外，水電站屬于水力資源綜合利用的重要組成部分，應(yīng)當(dāng)同時兼顧電力系統(tǒng)、航運(yùn)、灌溉以及防洪等多種需求，僅僅依靠過去那種人工操控模式是難以滿足要求的，自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用之后能夠保證水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行任務(wù)的最終實(shí)現(xiàn)。對部分擁有調(diào)節(jié)能力的水電站來說，還可實(shí)現(xiàn)對水位、流量、系統(tǒng)負(fù)荷以及機(jī)組參數(shù)等參量進(jìn)行自動控制，有效的提升其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1.3保證電能質(zhì)量

電壓與頻率是判斷電能質(zhì)量情況的重要指標(biāo)。電壓正常偏移應(yīng)不大于額定值的±5%，頻率正常偏移不大于額定值的±0.2-0.5Hz，電壓以及頻率的穩(wěn)定通常取決于電力系統(tǒng)內(nèi)無功功率以及有功功率的平衡。所以，要確保系統(tǒng)電壓與頻率都處于規(guī)定的范圍內(nèi)，就應(yīng)當(dāng)對發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的有功功率與無功功率進(jìn)行快速準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，而這一動作僅僅憑借手動操作是無法滿足其要求的精準(zhǔn)度和速度的，必須要依靠自動控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。由此可見，應(yīng)用自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)是保證電能質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

2.水電站自動化運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2 . 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水電站自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)為電站控制層、現(xiàn)地保護(hù)控制一體化以及網(wǎng)絡(luò)三個模塊：

（1）電站控制層

電站控制層也可以說是水電站的監(jiān)控中心，它的主要任務(wù)是對電站中的重要電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時調(diào)控、數(shù)據(jù)采集分析、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、運(yùn)行維護(hù)管理以及系統(tǒng)診斷等。在通常情況下來說，水電站電氣設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視以及控制管理在中控室的主機(jī)或者工作站完成。工作人員使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示器等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，對水電站的水輪發(fā)電機(jī)組、線路以及主變壓器等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與控制，可以通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的負(fù)荷、負(fù)荷曲線、母線電壓來自動實(shí)現(xiàn)開停機(jī)、并網(wǎng)、設(shè)備監(jiān)視等動作。

（2）現(xiàn)地保護(hù)控制一體化

現(xiàn)地保護(hù)控制一體化模塊的主要工作內(nèi)容是對水輪發(fā)電機(jī)組以及電氣一次設(shè)備進(jìn)行保護(hù)控制和監(jiān)視，如果水電站控制層因?yàn)楣收隙鵁o法正常運(yùn)行，現(xiàn)地保護(hù)控制層能夠進(jìn)入獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)地控制保護(hù)模塊和電站控制模塊處于相互獨(dú)立的關(guān)系，能夠直接實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理，同時對本單元的設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行合理的調(diào)控。借助于工業(yè)以太網(wǎng)來完成各個現(xiàn)地控制模塊和電站控制模塊之間的數(shù)據(jù)信息傳輸，從而有效的對現(xiàn)地設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的共享。

（3）網(wǎng)絡(luò)

水電站自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模塊主要選擇工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，通信介質(zhì)是屏蔽雙絞線，信息傳輸遵循國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議。這類網(wǎng)絡(luò)的開放性優(yōu)勢較大，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不會因?yàn)槟骋辉霈F(xiàn)故障而導(dǎo)致誤操作的問題。網(wǎng)絡(luò)模塊可以完成電站控制層與現(xiàn)地一體化控制層之間的所有數(shù)據(jù)傳輸以及訪問請求。

2 . 2系統(tǒng)保護(hù)和預(yù)警裝置

（1）主變保護(hù)

該系統(tǒng)的主變保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)下列功能：第一是主變差動保護(hù)，主保護(hù)主要針對變壓器繞組和引出線相間短路，依靠二次諧波制動原理的比率差動，瞬時動作跳主變高壓側(cè)、低壓側(cè)斷路器時發(fā)出事故信號；第二是后備保護(hù)，高壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)，二段各一時限，出口情況：一段跳低母聯(lián)或者低壓側(cè)開關(guān)（高壓側(cè)開關(guān)）、跳兩側(cè)斷路器，二段跳高壓側(cè)開關(guān)以及兩側(cè)開關(guān)的情況下，復(fù)壓可按段投退；第三是CT斷線保護(hù)，高壓保護(hù)一般是針對電流互感器回路斷線故障而導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動，高壓保護(hù)通常在閉鎖可能誤動的保護(hù)裝置時發(fā)出預(yù)警信號；第四是本體保護(hù)，本體保護(hù)功能一般情況下可動作于跳閘、有載開關(guān)輕瓦斯、油溫高、油位低、主變超溫等情況。

（2）安全運(yùn)行監(jiān)視

水電站自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控與事件報(bào)警、越復(fù)限檢查以及梯度越限檢查報(bào)警、運(yùn)行控制命令執(zhí)行過程中的顯示操作和對受阻部位進(jìn)行控制，對水電站各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、參數(shù)報(bào)警等。

（3）自診斷、自恢復(fù)

自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)處于在線或者離線運(yùn)行的過程中，可以對系統(tǒng)中的軟硬件實(shí)現(xiàn)定時自動診斷，直接顯示出現(xiàn)故障的位置同時記錄相關(guān)結(jié)果。當(dāng)判定為故障后可以自動閉鎖故障單元設(shè)備同時進(jìn)行報(bào)警，具體有：主機(jī)自診斷、外部設(shè)備自動診斷、I/O過程通道故障自動診斷、遠(yuǎn)程通信自動診斷，同時在自動診斷軟件出現(xiàn)程序死鎖或者失控的情況下，可以立即進(jìn)行故障報(bào)警并提出切換請求，在較短的時間內(nèi)恢復(fù)正常工作。endprint

（4）事故停機(jī)處理

現(xiàn)地控制模塊在事故停機(jī)處理過程中通常采取下面幾種方式：第一是借助于I/O模塊直接對采集而來的事故數(shù)據(jù)信息進(jìn)行響應(yīng)與處理，從而執(zhí)行相應(yīng)的停機(jī)流程；第二是在機(jī)柜上或者現(xiàn)場設(shè)置停機(jī)按鈕，按鈕具有多對節(jié)點(diǎn)，不僅可以連接PLC來作為事故量啟動停機(jī)流程，同時可利用硬布線直接通過按鈕啟動緊急停機(jī)電磁閥與機(jī)組出口開關(guān)跳閘回路；第三是依靠邏輯判斷來降低事故的誤判率。

2.3系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)

上文已經(jīng)提及，水電站自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)選擇工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)。一方面是完成現(xiàn)地控制層的通訊，通訊網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部選擇抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性良好的CAN網(wǎng)通訊，對外選擇高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊，以便于與發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)相連接；另一方面是實(shí)現(xiàn)計(jì)量通信，水電站計(jì)量系統(tǒng)選擇全電子式電度表，主要依靠RS485串口實(shí)現(xiàn)串行通信，對電度信號進(jìn)行采集。監(jiān)控系統(tǒng)能夠顯示相關(guān)的正反向和分時的有功、無功電度。

2 . 4系統(tǒng)軟件配置

自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)的軟件配置主要包含了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、專業(yè)工具軟件、支持軟件以及應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件能夠?qū)τ?jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的所有資源（如存儲器、CPU等）提供運(yùn)行平臺，是其他所有軟件的可運(yùn)行環(huán)境；而支持類軟件一般來說我們可以用到Visual studio2010，3DMAX、PLC編程軟件；工具軟件通常有圖形開發(fā)軟件、數(shù)據(jù)庫調(diào)試軟件、系統(tǒng)管理軟件以及周期數(shù)據(jù)綜合分析計(jì)算軟件等專業(yè)軟件；最后是應(yīng)用軟件，它是實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)所有功能而開發(fā)應(yīng)用軟件的總稱。上述軟件共同構(gòu)成了資源系統(tǒng)，利用這些軟件能夠幫助我們更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析、通訊調(diào)度以及控制管理等工作。

3.結(jié)語

總之，目前自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)在水電站中已經(jīng)得到了日益廣泛的應(yīng)用，這一措施不單單是水電站現(xiàn)代化管理的必然發(fā)展趨勢，同時也是水電現(xiàn)代化體系建設(shè)的必然要求，為我國電力管理部門現(xiàn)代化建設(shè)帶來了一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。我們有理由相信，隨著未來自動化控制技術(shù)的不斷發(fā)展和革新，新工藝、新設(shè)備的大量普及，水電站的運(yùn)行必然會朝著更加安全穩(wěn)定的方向發(fā)展。

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