钟建淑

摘 要：文章从我国实际情况入手，详细阐述水电站自动化的作用、内容、发展，水电站综合自动化系统的构成、特点和功能及应用。

关键词：自动化技术；综合监控系统；应用

中图分类号：TV7 文献标识码：A

我国国民经济发展迅速，人民群众的生活水平不断提高，用电需求越来越大，对电能质量的要求日益增高。随着国家对水资源的开发利用程度不断加大，水电站的电气自动化系统被应用到各种水利枢纽工程中，发挥了更大的作用。

一、水电站自动化的作用

随着电子技术、微电子技术的迅猛发展，电气自动化在水电站中得到广泛应用。水电站的自动化就是用计算机监控系统代替人工操作、控制和监视等，能够在无人（或少人）直接参与的情况下，按预定的计划和程序自动地进行。水电站自动化程度是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。

水电站实现自动化后，提高了工作的可靠性、运行的经济性；根据实际情况进行合理调度，保持高水头运行，获得较好的经济效益；还能保证电能质量，提高劳动生产率，改善劳动条件，降低运行费用和电能成本。

二、水电站自动化的内容

水电站自动化的内容主要包括以下几个方面：

1 完成对水轮发电机组的自动控制：自动完成开停机和并网操作；自行保持水轮发电机组的运行经济性，依据体系的相关标准及电站的有关条件自行选取运行最佳效果的机组数量，实现机组的经济负荷分配，依据体系的负荷变化调整机组的无功功率及有功功率等。

2 加大对水轮发电机组及相关辅助设备的运转情况进行监视。例如：对发电机的转子及定子回路进行电量监控，监控发电机的铁芯、轴承及定子绕组的温度，控制发电机组的冷却体系及润滑体系，对机组的调速体系工作予以监控等。

3 加大对辅助设备的监控力度：其包含的内容有：控制水泵、控制油泵、控制空压机等机械设备。

4 加大对主要电气设备及水工建筑项目的监控、控制及保护力度。

三、自动化技术的发展

1 常规自动控制系统

水电站常规自动控制系统应用最普遍，它是由电磁式继电器构成自动控制回路，主要完成顺序控制，电磁式继电器还可以构成水电站的保护。它的弱点在于调节性能较差，难以实现对水电站设备的自动调节及巡回检测等问题。

2 晶体管自动控制系统

70年代随着晶体管集成电路的应用，利用晶体管模拟或数字电路技术可构成水电站的各种自动调节、巡回检测或保护装置。它是由硬件构成的调节控制系统，当控制对象调节参数要改变时须修改硬件电路；电路集成度不高，元件数量多，存在老化、工作点和温度漂移等问题。

3 计算机数字控制系统

伴随着现今科学技术水平的逐步提高，计算机电子设备被广泛应用到各个领域中，并发挥了十分重要的作用。形成了一种以现场总线为基础，模块形式的计算机水电站监控体系。现今，该体系已经不断替代以往的、常规的、人工操作的控制形式，极大程度增强的水电站的自动化能力。

对于自动化体系来讲，其构成的内容有：计算机设备、可编程控制设备、智能计算机接口、特定的职能监控设备、继电保护设备等，利用符合要求的以太网，将各个现场的控制站同总控制设备连接起来，依据功能进行分类，组成分层分布形式的监控体系。

该自动化体系的特点主要包含以下几方面内容：其一，分层分布形式的体系，能够依据监控的对象，合理配置相应功能，具备较强的分散特性、灵活特性及开放特性；其二，利用冗余配置的方法，具备较强的可靠性能；其三，利用中文形式的Windows操作体系及职能通信技术，为系统升级提供方便；其四，组态较为灵活。人机接口的性能较强，有助于进行现场调试、设计与运行工作。

该体系的重要功能在于以下内容：第一，能够自行监控并记录电站的情况。计算机监控体系可以自行收集电站的设备信息、并对数据进行处理，分析设备的运行情况，包含：对设备模拟量信息的监控、对设备开关量的监控、事故、问题的警报监控、SOE记录及显示等；第二，能够实现电站的自行控制。依据电站的真实工作状态，调节并合理操控电站设备。包含停开机组或者并列机组，机组负荷的自动调节、断路设备的操控等；第三，监管并保护发电机组、主变线路等设备的性能；第四，变电站运行管理实现自动化。能够自行生成报表，记录操作方式，记录并保存电站设备的整定值及参数；第五，实现系统通信。能够同水情测报体系、上级调速、办公自动化等利用计算机完成系统通信，进而让资源共享，更好的发挥该体系的综合价值及效益。

综合自动化的模式是自动化系统的核心和基础，一般有三种模式：1、以常规控制设备为主，计算机为辅；2、以计算机为主，常规控制设备为辅；3、全计算机监控系统。根据水电站装机容量和各自的具体情况选用不同模式的监控系统。

四、自动化技术的应用

我站建于上世纪80年代，站内二次设备采用传统的电磁型继电器保护装置，由于投运时间久，其机电设备老化较严重，维护更新的工作量及费用逐年增加，有较大的安全隐患。因此实施经济合理、先进可行的改造已成为当前工作面临的迫切问题。

1 设计思想和方案

设备的特点：水轮发电机组的装机容量为5*1670kW。调速器为机-液调速器，最大工作油压为25kg/cm2。励磁装置是晶体管型产品，二次控制、测量和保护部分是电磁型产品。高压开关柜为GG-1A，内配已属淘汰系列的SN-10型少油式油开关。

针对设备特点，本着技术先进、安全可靠、实用经济合理的原则进行全面考虑。依据其知道观念明确内容及预案：第一，保证水轮发电机组维持不变；第二，通过计算机监控体系替代以往监控体系，实现自动化，对微机进行测量、保护、控制及通信；第三，通过微机形式的励磁设备替代以往形式的励磁设备，从而同相应的工作需求相吻合，满足计算机设备监控标准；第四，增加调速设备的测量部分及电液转换部分，进而同计算机监控体系的标准像吻合，同时不改变调速设备的机械操控部分；第五，替换6.3千伏的高压开关柜、35千伏的断路器等，满足各类运行情况，并保证计算机监控体系的要求；第六，改变直流体系内控制部分及整流问题，保留以往的蓄电池；第七，新加设一系列闭路电视的监控体系，进而更好的发挥该体系的作用。

改造方案的重点是电站计算机监控系统，按“无人值班，少人值守”的运行管理模式考虑，日常运行管理完全采用计算机监控系统进行。计算机监控系统的主要监控对象：水轮发电机组、水机自动化屏、励磁系统、调速系统及闸门系统；变压器；开关设备：包括油开关、隔离开关、互感器等；低压无功补偿屏；全厂公用设备等。

2 计算机监控系统的配置

系统按分层分布式网络结构设计，由电站控制层和现地控制层组成，它们均可独立完成远、近方式的监控操作。

2.1 电站控制层配置

电站控制层设备设在中央控制层，由主机操作员工作站、通迅工作站、主控制台、打印机、GPS时钟同步装置、语音报警系统、UPS电源等组成。

电站控制层负责协调和管理各现地控制层的工作；收集有关信息并作相应处理和存储；迅速、准确、有效地完成本站被控制对象的监视和控制。

2.2 现地控制层（LCU）配置

分为机组LCU和公共LCU两部分。机组LCU监控范围包括发电机、水轮机及辅助设备；公用LCU就是对公用设备进行控制。现地控制层负责对水轮发电机组、电气一次设备及公用设备等实时监控，通过工业以太网实现各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、转速信号装置、温度巡检仪、调速器、励磁系统等设备通过现地LCU与太网联接，实现相应参数的监视和控制。

3 实施综合自动化改造后的效果

该体系实现了全自动化的形式，仅需点击特定的按钮，就能够实现开、停设备的操控。按下开机按钮，就可以自行完成设备的开机、并网、调节预定值等工作，按下停机按钮，就可以自行完成跳闸、空载、灭磁的工作，同时具备紧急事故停机等功能。体系具有实时监控机组、变压器、线路、母线、直流操控电源等，如果出现特别状态或者参数越限等情况，进行报警，记录事故有关量及顺序，自行打印运行报表，对各单元及体系进行自动诊断。微机保护实现线路、主变、机组等设备保护，精确度较高、灵敏度良好、同继电保护的要求相吻合。

结语

电站依据真实状态，同时参考其他电站的工作经验，取长补短，该系统的设计思想同综合自动化微机发展的趋势相吻合，利用国际通用规定，合理配置体系，完善功能，选择先进设备，进而实现遥控、遥测、保护等工作，对各类外围设备进行在线诊断，设备故障率明显减少，机组并网和故障处理时间缩短，电站的运行安全可靠性大大提高，从而保证自动化系统长期稳定的工作。总之，电站采用综合自动化系统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；而且能提高劳动生产率、改善劳动条件和减少运行人员，从而提高电站的经济效益。

参考文献

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