小型水電站自動化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘 要：本文簡要闡述了監(jiān)控系統(tǒng)的作用及兩層分布式設計機構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)的正常運作，可提高發(fā)電站工作效率、改善電能質(zhì)量、保證設備安全穩(wěn)定運行，大力開展小型水電站的建設、為實現(xiàn)節(jié)能型環(huán)保社會而努力。

關(guān)鍵詞：小型水電站；自動化；監(jiān)控系統(tǒng)

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

1 前言

隨著低碳環(huán)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(fā)電的依賴，為實現(xiàn)節(jié)能型環(huán)保社會而努力。我國豐富的水資源有利于發(fā)展水利發(fā)電，據(jù)統(tǒng)計，我國已經(jīng)有4.5萬余座小型發(fā)電站（指裝機容量在5萬以下）相繼建成，年發(fā)電量在1600億kWh以上，占我國總水電發(fā)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(qū)的用電問題，促進該地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，隨著科學技術(shù)的進步、小型發(fā)電站的快速發(fā)展，對供電質(zhì)量及自動化要求也在逐步增大，所以提高發(fā)電站工作效率、改善電能質(zhì)量、保證設備安全穩(wěn)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(fā)展的目標。

2 監(jiān)控系統(tǒng)自動化設計

為保證小型發(fā)電站安全、穩(wěn)定、有效地運行，監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)視：對運行狀態(tài)的設備進行參數(shù)信息的循環(huán)檢測，當運行設備的參數(shù)超出設定范圍、出現(xiàn)異常情況、系統(tǒng)會發(fā)出報警信號、提醒工作人員發(fā)現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)的作用下，可使得設備在不同工況之間進行自動轉(zhuǎn)變（如空載轉(zhuǎn)暫停、發(fā)電轉(zhuǎn)抽水等），且通過自動調(diào)控頻率等實現(xiàn)機組自動發(fā)電的控制，到達設備自動化的目的；（3）事故自動處理：監(jiān)控系統(tǒng)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(fā)生的關(guān)鍵性信息，并對事故發(fā)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(zhuǎn)狀態(tài)、避免事故的擴大蔓延。

目前，小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)一般采用分層式控制結(jié)構(gòu)，而各層之間信息通信就需要網(wǎng)絡來完成，通過網(wǎng)絡將主機與現(xiàn)地控制裝置進行互聯(lián)、而現(xiàn)地控制設備再通過如RS-485的通訊方式與水電站中如發(fā)電機等設備相連、從而形成整個監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)采用兩層分布式結(jié)構(gòu)，下層為現(xiàn)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(shù)據(jù)信息和保護機組工作等，除此之外、還可以通過接收上層發(fā)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(diào)節(jié)、對機組的啟停進行順序控制等；上層為電站集中監(jiān)控部分，以監(jiān)控系統(tǒng)為主、對小型水電站的整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)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(nèi)各機組的運行工況、對相關(guān)運行參數(shù)進行記錄和輸出，該系統(tǒng)具備RTU通信接口，可以進行遠程監(jiān)控，進行信息通信、完成實施相應和反饋系統(tǒng)狀態(tài)等功能。如圖所示，操作員站（現(xiàn)地中控室）是工作人員用于監(jiān)控和操作控制系統(tǒng)中的各設備，例如控制發(fā)電機組的運作、調(diào)節(jié)電壓變化等；系統(tǒng)中采用RS-485網(wǎng)絡來進行設備與上位機之間的數(shù)據(jù)信息的交互；而上層之間的數(shù)據(jù)信息的交互通過RJ45來實現(xiàn)的，如電站現(xiàn)地控制機與遠程客戶監(jiān)控端等。

3 結(jié)論

隨著小型水電站相繼建立，提高發(fā)電站工作效率、改善電能質(zhì)量、保證設備安全穩(wěn)定運行，是我國新時期小型水電站發(fā)展的目標，本文簡要闡述了監(jiān)控系統(tǒng)的作用及兩層分布式設計機構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)的正常運作，可實時監(jiān)控各設備的運行狀態(tài)并記錄數(shù)據(jù)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(zhuǎn)狀態(tài)、避免事故的擴大蔓延，同時也提高生產(chǎn)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(tǒng)設計[D].河北科技大學，2017.

[2]王寧.農(nóng)村小型水電站綜合自動化系統(tǒng)分析與設計[J].水利規(guī)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。