自動化技術(shù)在某小水電站中的運用

摘 要：水電站的綜合自動化是建立在以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)之上對整個電站運行全過程的自動控制，以達到提高小型水電站電能質(zhì)量和發(fā)電效率、使水電站逐步實現(xiàn)少人值班直至最終達到無人值班（或少人值守）的目標。目前自動化技術(shù)的運用逐步由大中型水電站向小型水電站拓展。本文以某小型水電站技改為背景，淺析了微機綜合自動化技術(shù)在小型水電站中的應(yīng)用，說明了水電站微機綜合自動化系統(tǒng)、設(shè)計、配置、功能等特點，可供廣大同行參考。

關(guān)鍵詞：綜合自動化；小水電；運用

1 引言

隨著我國自動化技術(shù)水平的日益提高，綜合自動化技術(shù)在電力生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，大中型水電站目前已經(jīng)基本推廣了自動化技術(shù)。隨著技術(shù)進步和自動化設(shè)備造價的降低，綜合自動化技術(shù)已開始運用于小型水電站，以達到提高小型水電站電能質(zhì)量和發(fā)電效率、使水電站逐步實現(xiàn)少人值班直至最終達到無人值班（或少人值守）的目標。

2 電站概況

七星河一級站為廣東省肇慶市封開縣河兒口鎮(zhèn)境內(nèi)七星河水庫（小型）的附屬電站，于1997年底建成，總裝機2×1600kW。該電站于2017年進行微機自動化改造，實現(xiàn)少人值守，遠方集控的管理模式。電站裝2臺HLA112-LJ-100（B）型水輪機，額定水頭30.7m，額定流量4.55m3/s，額定轉(zhuǎn)速428r/min，額定出力1700kW；配SF1600 -14/2150發(fā)電機，額定功率1600kW，轉(zhuǎn)速428 r/min。配YWT-1000型調(diào)速器，并引入相應(yīng)的自動化控制技術(shù)。

3 電站綜合自動化系統(tǒng)總體布局

該水電站的自動化控制系統(tǒng)分為三層，由頂向下依次為：遠方集控中心監(jiān)控層、電站級控制層、現(xiàn)地級控制層，見圖1。其中遠方集控中心監(jiān)控層配置于二級站內(nèi)，負責對梯級兩個電站進行監(jiān)控。各控制層配置如下：

3.1水庫中心監(jiān)控層

遠方集控中心監(jiān)控層位于二級站，主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、光纖通訊設(shè)備、其它相關(guān)監(jiān)控主機、監(jiān)測控制軟件和視頻主機等構(gòu)成，實現(xiàn)對電站各系統(tǒng)主要參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控。，本電站的電站級控制層負責與遠方集控中心監(jiān)控層通訊交換數(shù)據(jù)、指令。

3.2 電站級控制層

電站級控制層位于電站控制室，主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器1臺，工作站2個，打印機1臺，UPS電源1臺及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。電站級控制層設(shè)備與現(xiàn)地控制單元（LCU）間采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。操作站為兩臺互為熱冗余工作站級計算機組成，完成對全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機聯(lián)系等功能。

3.3 現(xiàn)地級控制層

現(xiàn)地級控制層采用可編程控制器（PLC）為核心的控制單元（LCU），構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)，負責收集生產(chǎn)過程中的信息，并執(zhí)行對生產(chǎn)過程的控制，獨立實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測報警、控制調(diào)節(jié)、設(shè)備的繼電保護等功能。

現(xiàn)地級控制層設(shè)7套測控單元，控制對象主要包括水輪發(fā)電機組、油、水、氣系統(tǒng)等輔機設(shè)備及發(fā)電機測溫、繼電保護、輸配電等。

本電站采用微機型繼電保護裝置。微機型繼電保護裝置通過前面板的MMI或者自動化系統(tǒng)的ECP軟件進行配置整定，輸入相關(guān)參數(shù)。保護裝置通過這些參數(shù)進行保護功能和測量功能的計算，一旦發(fā)生故障需要進行保護時，繼電保護裝置能自動動作進行保護，并將相關(guān)故障信號通過Modbus Plus通訊接口以及常規(guī)I/O接口送電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，并在電站級控制層的工作站報警、顯示詳細的事故或故障信號，并通過自動化系統(tǒng)進行控制，調(diào)整全廠的運行狀態(tài)，完成故障對應(yīng)的全廠保護動作，并形成故障錄波等操作記錄。主要繼電設(shè)備保護包括：1、35kV線路保護；2、發(fā)電機保護；3、主變壓器保護；4、廠用變壓器保護；

4 功能設(shè)計

4.1 遠方集控中心監(jiān)控層

遠方集控中心監(jiān)控層實現(xiàn)對電站各系統(tǒng)主要參數(shù)的監(jiān)測和設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控。本電站自動化系統(tǒng)由電站級控制層負責與其通訊，交換數(shù)據(jù)、指令。

4.2 電站級控制層

電站級控制層完成對全廠的安全監(jiān)控、事故處理及人機聯(lián)系等。實現(xiàn)的詳細功能有： 1、采集各LCU上送的現(xiàn)場信號；2、機組順序控制（起停）及非正常條件的閉鎖；3、故障報警、顯示、處置；4、LCU測量信號的顯示；5、同期并網(wǎng)及解列；6、有功、無功功率控制及經(jīng)濟運行控制；7、制作電站運行日記、各種報表、曲線、棒圖及其歷史文件的存儲；8、事件順序記錄及事故追憶記錄；9、人機界面，各種歷史數(shù)據(jù)存儲查詢，報表生成與打印等；10、模擬培訓(xùn)；11、時間同步；12、自診斷通信；

4.3 現(xiàn)地級控制層

采用控制單元（LCU），以可編程控制器（PLC）為核心，附設(shè)HMI、智能儀表、自動裝置等設(shè)備構(gòu)成，收集生產(chǎn)過程中的信息，并執(zhí)行對生產(chǎn)過程的控制，獨立完成數(shù)據(jù)采集和處理、事故檢測報警、控制調(diào)節(jié)等功能。LCU實現(xiàn)的詳細功能有：1、現(xiàn)地機組自動順序控制，能在上位機上或現(xiàn)地觸摸屏上以一個命令完成開停機全過程，或分步執(zhí)行；2、調(diào)速器和勵磁裝置的調(diào)節(jié)；3、同步操作；4、自動發(fā)電控制AGC；5、自動電壓控制AVR；6、繼電保護。

5.結(jié)語

七星河一級電站采用綜合自動化系統(tǒng)改造后，取得的成效主要有：1可取消機旁值班人員僅在遠方集控中心監(jiān)控，現(xiàn)地只有少人值守，減少了運行值班人員，改善運行人員的工作條件和工作環(huán)境。2、可自動檢測、自動調(diào)整運行參數(shù)，提高電能質(zhì)量和電能效率。3、提高了繼電保護準確率，故障位置和類型可在中控室工作站顯示，便于故障排除。同時系統(tǒng)可通過對設(shè)備的故障分析預(yù)測設(shè)備的故障發(fā)生率，為運行提供了參考。4、電站級控制層可與遠方集控中心監(jiān)控層實時通訊，可將電站的運行情況快速傳遞給遠方集控中心，快速接收監(jiān)控中心的指示。

參考文獻：

[1].徐倩倩.電站自動化在變電站中的應(yīng)用[J].低壓電器.2008-01-30.

[2].方輝欽，現(xiàn)代水電廠計算機監(jiān)控技術(shù)與試驗. 北京：中國電力出版社，2004.

作者簡介：

林玉清（1983-）：女，機電助理工程師，主要從事水電廠運行工作.