袁家壩水電站綜合自動化系統(tǒng)結構及其設計方案分析

【摘要】現(xiàn)如今，水電站發(fā)展迅速，隨著科學技術的發(fā)展，以計算機監(jiān)控為基礎的綜合自動化系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)；應用

1、引言

在小型水電站工程建設中采用先進的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，不僅有利于節(jié)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(chǎn)和發(fā)展的需要。因此，對水電站綜合自動化系統(tǒng)結構以及具體的設計方案進行深入研究意義重大。

2、綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計概述

2.1 小型水電站特點

與大型以及中型水電站系統(tǒng)設計不同的是，在進行小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)。小型水電站的特點主要體現(xiàn)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。

2.2 小型水電站自動化系統(tǒng)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(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的設計過程中，首先需要考慮經(jīng)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(tǒng)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(nóng)村發(fā)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(tǒng)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(tǒng)控制功能。

3、袁家壩水電站概況

袁家壩水電站地處畢節(jié)地區(qū)納雍縣境內(nèi)，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(fā)任務為灌溉發(fā)電。

袁家壩水電站位于納雍縣寨樂鄉(xiāng)境內(nèi)，是畢節(jié)地區(qū)水力資源復查報告中推薦的梯級開發(fā)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(tài)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(jīng)濟指標較優(yōu)，開發(fā)條件較好。

袁家壩水電站建成后并入納雍地方電網(wǎng)，主要供電區(qū)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(fā)，也是鼠仲河水能資源開發(fā)的必然選擇，而且對于實現(xiàn)納雍縣確定的總體目標：圍繞資源優(yōu)勢，依托科技進步和體制創(chuàng)新做大做強煤電產(chǎn)業(yè)起到重要的促進作用，對該區(qū)人民盡快脫貧致富奔小康，發(fā)展地方經(jīng)濟，提高該區(qū)生產(chǎn)力水平有較大的作用。因此，袁家壩水電站的改擴建地方經(jīng)濟發(fā)展的需要。

4、貴州袁家壩水電站自動化系統(tǒng)技術配置方案

4.1 系統(tǒng)結構功能及設計方案簡述

該水電站自動化系統(tǒng)采用分層分布全開放式微機自動化控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由站級控制層和現(xiàn)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(xiàn)全站的監(jiān)測、控制和人機對話以及數(shù)據(jù)遠方傳送處理?，F(xiàn)地控制級包括2套機組LCU（現(xiàn)地控制單元）系統(tǒng)、1套公用LCU系統(tǒng)以及微機保護系統(tǒng)等，實現(xiàn)對各生產(chǎn)對象的監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)采用微機自動準同期裝置，具有可靠性高、并網(wǎng)速度快等優(yōu)點。勵磁裝置和調(diào)速器可通過通信接口直接與相應的LCU系統(tǒng)進行通信，接入水電站綜合自動化系統(tǒng)。

微機保護系統(tǒng)包括發(fā)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(tǒng)的微機繼電保護。

4.2 水電站綜合自動化系統(tǒng)結構

袁家壩水電站采用全分布開放式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。系統(tǒng)分兩層：站級控制層以及現(xiàn)地控制單元層。繼電保護系統(tǒng)采用RS485串行通訊方式，直接與站控層連接通訊。兩層之間監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖通信，實現(xiàn)較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。

4.3 水電站硬件配置

站控層配置一臺操作員工作站、網(wǎng)絡設備、語音報警裝置、中文打印機、UPS電源等配套設備。

4.4 水電站控制級功能

4.4.1 數(shù)據(jù)采集與處理

系統(tǒng)應對電站主要設備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)自動定時進行采集，并作必要的預處理，存于實時數(shù)據(jù)庫，供計算機系統(tǒng)實現(xiàn)畫面顯示、制表打印及完成各種計算、控制等功能時使用。

4.4.2 安全運行監(jiān)視

安全運行監(jiān)視包括狀態(tài)變化監(jiān)視、越限檢查、過程監(jiān)視、趨勢分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視。安全監(jiān)視是計算機監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能之一，計算機系統(tǒng)實時監(jiān)視電站各類設備的運行狀態(tài)和參數(shù)，當它們發(fā)生異常、運行狀態(tài)發(fā)生變更或參數(shù)超越設定限值時，計算機系統(tǒng)及時報告值班運行人員進行處理，同時進行實時記錄，以便分析查驗。值班運行人員可通過設在中控室的監(jiān)控系統(tǒng)人機接口設備，監(jiān)視全廠各站的生產(chǎn)過程和設備運行情況，顯示和打印各種運行參數(shù)及記錄區(qū)。

4.4.3 控制調(diào)節(jié)

監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)預定的原則及運行人員實時輸入的命令進行機組正常啟動與停機、斷路器跳合、隔離開關分合等順序控制操作。同時，監(jiān)控系統(tǒng)可由運行人員或遠方調(diào)度的給定值或增減命令進行機組出力的手動或自動調(diào)節(jié)。

4.4.4 自動發(fā)電控制（AGC）

本系統(tǒng)能完成各臺機組運行工況轉換時的協(xié)調(diào)工作，確保電力系統(tǒng)和機組所受干擾最少。如：機組手動/自動運行的無干擾切換。機組成組/單機運行時無干擾切換，機組故障需轉換負荷停機的自動處理及機組事故停機的緊急處理等。

另外，監(jiān)控系統(tǒng)還能實現(xiàn)電站的自動發(fā)電控制和經(jīng)濟運行，且有按頻率啟動機組等功能。

4.4.5 自動電壓控制（AVC）

按照電力系統(tǒng)要求，維護母線電壓實時定值，實現(xiàn)各臺機組間無功功率按比例分配，開環(huán)運行時只提出指導性的數(shù)據(jù)顯示于CRT上，供運行人員操作參考，閉環(huán)運行時，信號直接作用于機組勵磁。

4.4.6 運行人員操作臺控制

運行人員通過監(jiān)控系統(tǒng)的人機接口，進行機組工況轉換控制，有功功率和無功功率調(diào)整，斷路器分合操作，報警手動復歸，機組負荷、各軸承溫度、變壓器油溫、定子線圈溫度等限值的實時設定等。通過運行人員操作臺完成上述控制調(diào)節(jié)，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)被控設備的工作條件，對整個過程提供安全保護措施和完善的閉鎖。監(jiān)控系統(tǒng)具有的硬件、軟件保證了處理某一控制級控制下其他控制的命令無效。機旁控制盤上的緊急停機操作、機械和電氣保護和自動裝置發(fā)出的停機命令具有更高的優(yōu)先權，不因監(jiān)控系統(tǒng)控制權的設置而被閉鎖。

4.4.7 綜合參數(shù)統(tǒng)計、計算與分析

計算機監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實時采集到的數(shù)據(jù)進行周期、定時或召喚計算分析，形成各種計算數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫，幫助運行人員對電廠設備的運行進行全面監(jiān)視與綜合管理。

4.4.8 打印記錄

定時與召喚打印記錄：分別按時、日、月時間段和召喚要求，打印運行記錄報表。打印記錄是計算機監(jiān)控系統(tǒng)的一項基本功能。計算機系統(tǒng)根據(jù)要求，將數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫取出，存入相應的報表數(shù)據(jù)區(qū)。

4.4.9 屏幕顯示

中央控制室工作站可實時操作、實時顯示廠內(nèi)主系統(tǒng)的運行狀態(tài)、主設備的操作變化過程、事故和故障以及有關參數(shù)。事故畫面具有事故自動推出和最高的優(yōu)先權（采用多窗口技術）。

4.4.10 事故處理指導和恢復操作指導

監(jiān)控系統(tǒng)在設備出現(xiàn)故障征兆或發(fā)生故障時，提供事故處理和恢復正常運行的指導性意見，對象包括發(fā)變組、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、廠用電、35kV出線系統(tǒng)等。

4.4.11 數(shù)據(jù)通信

（1）監(jiān)控系統(tǒng)通過通信工作站與上級調(diào)度實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)通信。監(jiān)控系統(tǒng)還能與水情測報系統(tǒng)、電力系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)通信。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)與微機五防系統(tǒng)間的通信

（3）監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)地各輔助智能設備間的通信。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)設備間信息交換采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡結構的數(shù)據(jù)高速公路。

4.4.12 監(jiān)控系統(tǒng)時鐘同步

監(jiān)控系統(tǒng)具有時鐘同步能力，使系統(tǒng)時鐘與衛(wèi)星時鐘同步。

4.5 袁家壩水電站系統(tǒng)軟件配置

計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括四大部分，即計算機系統(tǒng)軟件、基本軟件、應用軟件以及工具軟件。系統(tǒng)軟件用以提供監(jiān)控系統(tǒng)其它軟件運行的環(huán)境，用戶軟件的開發(fā)手段，如用戶程序的編輯、編譯、連接、任務的插入、運行、退出等?；拒浖菍崿F(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)基本監(jiān)控功能所必須的軟件，如數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)庫管理，圖形顯示，報表生成，語音報警等軟件。應用軟件是實現(xiàn)生產(chǎn)過程操作或控制功能的軟件，本系統(tǒng)配置的應用軟件為北海銀河高科技產(chǎn)業(yè)股份有限公司自主研發(fā)設計的YH-5000水電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)庫管理，圖形工具等工具軟件。

5、結語

綜上所述，水電站綜合自動化系統(tǒng)是一種機組一體化結構，在水電站綜合自動化系統(tǒng)的設計過程中，必須綜合考慮水電站的技術特征，結合實際情況，堅持經(jīng)濟性、技術性原則，選擇符合水電站自身發(fā)展需要的綜合自動化系統(tǒng)，這樣才能夠有效提高生產(chǎn)效率，減少勞動成本，提高電能質(zhì)量。

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