自动化控制技术在水电站的应用

【摘要】水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志，同时自动化控制技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。本文简要阐述了水电站自动化控制技术的内容，进一步探讨自动化控制技术在水电站中的应用。

【关键词】自动化控制；水电站；智能；监控系统

1、水电站自动化控制技术的基本的内容

水电站自动化控制的内容，与水电站的规模及其在电力系统中的地位和重要性、水电站的型式和运行方式、电气主接线和主要机电设备的型式和布置方式等有关。总的来说，水电站自动化控制包括以下几个方面：

1.1完成对水轮发电机组运行方式的自动控制

一方面，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化，使得上述各项操作按设定的程序自动完成；另一方面，自动维持水轮发电机组的经济运行。

1.2完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视

如对发电机定子和转子回路各电量的监视，对发动机定子绕组和铁芯以及各部轴承温度的监视，对机组润滑和冷却系统工作的监视，对机组调速系统工作的监视等。

1.3完成对辅助设备的自动控制：包括对各种油泵、水泵和空压机等的控制，并发生事故时自动地投入备用的辅助设备。

1.4完成对主要电气设备（如变压器、母线及输电线路等）的控制、监视和保护。

1.5完成对水工建筑物运行工况的控制和监视：如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视，引水压力管的保护（指引水式电站）等。

2、综合自动化控制在中小型水电站的应用

2.1计算机监控系统的配置

2.1.1电站控制层配置

操作员可以在主控制室通过人机接口对数据库和画面在线修改，进行人工设定、设置监控状态、修改限值、事故处理指导和恢复操作指导等功能，并可下传至LCU。监控命令输出只有监控主机取得控制权的工作执行，作为另一台工作站只作监测、数据通信而无控制输出，两机可互相跟踪，系统软件根据监控主机的运行和通信、硬件、软件等状态，进行跟踪判别。

2.1.2现地控制层（LCU）配置

现地控制层分机组LCU和公共LCU两部分，由人机界面终端（液晶触摸屏）、智能I/O控制器、I/O模块、输出继电器、准同期装置、温度测量装置、转速信号测量装置、数字式测量仪表和交直流双供电源等设备组成。机、电气一次设备及公用设备等实时监控，通过工业以太网络实现各现地控制层与全站控制层连接交换信息，实现现地设备的监控及数据共享。当电站控制层因故退出运行时，现地控制层可以独立运行而不受影响。微机保护装置、转速、温度巡检、调速器、励磁系统等设备通过现地LCU与以太网联接，实现相应参数的监视和控制。部分没有通讯接口的设备则通过现地控制单元的I/0模块实现设备的控制和状态检测。

2.1.3通讯网络及设备配置

网络结构形式采用工业以太网，网络通信介质为多模光纤和屏蔽双交电缆线。网络传输采用Modbus协议，网络传输速率为100Mbit/s，节点数可达340个，网络上的任一节点可以实时向网络上其它节点和网络上发送信息，某一节点故障，自动从网络上退出，不影响网络上的其它节点传输信息。

2.2计算机监控的功能

2.2.1监控画面功能

①电气主接线状态画面

②机组工艺系统状态画面

③监控系统运行状态画面

④电站所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图、棒型图画面。

⑤各种运行和管理报表及表格画面。

⑥电站的平面图、动画等显示。

2.2.2远动功能

由监控系统的主工作站实现，并留有扩展能力。需要向电力系统调度机关传送和接收数据，实现调度机关对本电站的遥测、遥信、遥控和遥调，实时接收调度命令，向调度机关发送水电站实时运行工况、运行参数等信息。

2.2.3数据采集和处理功能

①电站控制层：自动实时采集和处理来自各现地控制层及调度系统的数据。主要包括：机组、主变、母线、35KV线路、厂用电、调压井闸门及全厂公用系统的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量的采集，对这些数据进行处理。

②机组现地层LCU：自动实时采集和处理发电机、水轮机、励磁及调速装置、机组附属设备的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量，主要设备运行工况诊断处理，并以一定的格式存入实时数据库，对各类信息进行数据封装后存放在现地控制单元的存储单元中，并上传电站控制层。

a.直接采集的信号有：

电气量：发电机定子电压、电流，励磁电流、电压、频率、有功功率、无功功率和功率因数等。

非电量：机组油、气、水系统的压力、压差、流量、液位、温度。

开关量：发电机断路器位置、继电保护电气事故信号、故障分类信号；励磁系统工作方式设置、灭磁开关位置、故障信号；调速器工作方式设置、故障信号；油压装置压力、油位信号；油泵运行方式、设置信号、运行状态信号；机组各温度信号、转速位置信号、导叶开度位置信号、接力器锁锭投切信号、制动闸块位置信号、制动气压位置信号、剪断销剪断信号、油槽油位信号；进水口阀门位置信号、机组冷却水信号；水机保护动作信号等。

脉冲量：发电机有功电能、无功电能等。

b.通信采集的信号数据有：

机组各部位温度、测温电阻断线及装置故障，以及有关机组轴温温度信号和交换控制、状态和报警信息。励磁系统、调速器系统、同期系统、发电机及主变和线路微机保护装置的通讯。

2.2.4综合参数统计、计算与分析功能

计算机监控系统根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算与分析，形成计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对电厂设备的运行进行全面监视与综合管理，可及时发现故障征兆，提高机组运行的安全性。对现成的计算数据列出作为实时数据处理，存入相应的实时数据库和历史数据库，进行越限报警、启动相关处理程序等操作。

①温度量分析计算

LCU周期获得温度测量装置采集的温度数据，进行预处理，并作计算后将数据存入LCU数据库，实现全系统数据共享，可显示、制表打印。

a.温度最高值、最低值：温度画面的实时值现示和历史曲线现示。

b.温度变化趋势分析：实时和历史变化曲线。

c.温度越限追忆记录：历史变化曲线。

d.正常值与实测值的比较分析：温度画面中温度现示值变色，正常温度为白色、报警温度为黄色、停机温度为红色。

②电量累积计算

计算机监控系统对全厂有功电度量、无功电度量进行周期分项分时累加，并存入数据库，供显示并制表打印。

a.单台发电机的发电有功、无功电量累加。

b.单回送电线路的送电有、无功电量累加。

c.全厂发电机总发电量累加，全厂线路总送电量累加。

d.全厂总厂用电量累加。

③设备运行统计计算

对机组、断路器、机组油压装置等重要动力设备，以及间歇运行的辅助设备的运行工况（包括启动次数据、运行时间、间歇时间等）进行统计，对继电保护及自动装置动作情况进行统计。

3、结语

水电站采用综合自动化控制技术后不仅提高水电站运行的经济性和工作的可靠性、保证电能质量；而且提高劳动生产率、改善劳动条件和减少运行人员，从而提高电站运行的效益，水电站综合自动化系统与水电站的生产、效益密切相关，随着国家能源结构的调整，水资源开发利用程度的加大，水电站综合自动化控制技术在越来越多的水利枢纽工程中得到更广泛的应用，发挥更大的作用。

作者简介：汪颖志（1988-），男，主要从事电站运行管理工作。