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摘要：本文对小型水电站综合自动化系统的特点、控制方式和监控系统结构、综合自动化系统监控功能作了较详细的阐述。
关键词：小型水電站；综合自动化系统；控制方式；功能
Abstract: This paper described the characteristics of small hydropower station integrated automation system control and monitoring system structure, integrated automation system function in detail.
Key words: small hydropower station; integrated automation system; control; function
中图分类号：[TM622]
引言：
小型水电站一般具有投资规模小、建设工期短、见效快、远离城市、交通不便等特点,不便于管理。应用微机综合自动化,可提高农村小水电站的自动化程度和运行的可靠性，实现减员增效,降低一线人员的劳动强度和数量，达到无人值班、少人值守，对提高小水电站的综合经济效益具有十分重要的意义。
1 水电站综合自动化系统
某水电站综合自动化系统是以计算机保护、控制为主的系统。该系统包括水轮发水电机组升变压器、线路、公共设备等保护监测、控制等。水电站采用了计算机监控模式, 主控台上配置一台监控计算机在线运行, 实现水电站的高度自动化和智能化, 主要包括自动记录、自动报表、自动报警、设备自动检测、运行参数管理、自动发水电控制、自动水电压控制和经济运行等功能。
2综合自动化装置系统的特点
发电机综合控制器具有以下特点:
2.1水轮发电机组自动化全面集成。该系统将计算机监控、数据采集与处理、顺序控制、励磁、调速、自动准同期、测速、功率调节、保护等多项功能集为一体。
2.2 功能单元的积木化组合, 配置的高度灵活性。每一种功能单元既可作为某一功能装置独立工作, 又可按不同控制对象、不同用户要求实现积木化组合, 构成发电机组现地控制单元, 公用设备现地控制单元, 开关站现地控制单元等。
2.3 标准化设计的分布式智能模件技术。各功能单元采用标准化设计的分布式智能模件技术, 不同的功能单元硬件结构相同, 输入输出接
口相同, 各智能模件采用同型号CPU和标准化设计。由于对不同功能单元的优化设计, 简化了系统结构, 模件种类少, 既减少了备件, 又便于维护管理和升级。
2.4开放的功能单元组态软件。用户可以方便地实现数据库生成修改、顺控流程编制、参数设置、报警定义等组态工作。
2.5高可靠性和抗干扰能力。采用优化结构和现场总线技术, 结构紧凑合理, 所有生产过程通道均采用隔离和滤波技术, 具有很高的抗干扰能力和可靠性。
2.6 易于维护和扩展。采用分散分布式控制结构, 智能模件采用标准化设计, 非常便于维护和扩展。
2.7可靠的电源系统。装置采用交直流双路电源输入, 各功能单元均配置独立电源。充分保证了工作的可靠性。
3综合自动化装置控制方式和监控系统结构
3.1运行控制方式
电站按“无人值班, 少人值守”原则设计, 采用全计算机控制方式, 按以下两种运行方式运行:
3.1.1电站中控室集中控制。通过操作员工作站对电站设备实现监控。
3.1.2现地控制。运行人员通过现地LCU触摸键或面板操作开关实现对电站主设备的分散控制、调节。
3.2监控系统结构
监控系统结构与以往分散控制设备的系统结构完全一致。
3.2.1电站采用全开放、分层分布式计算机监控系统结构, 系统分为负责完成全厂集中监控任务的电站控制层和现地控制层。电站控制级与现地控制单元之间采用网络连接。
3.2.2现地控制级按控制对象设置多台现地控制单元。可分别是机组、开关站和公用设备、大坝等。现地控制单元既可接受电厂控制级的控制命令, 也可以独立完成对其监控对象的运行监视和控制操作。
3.2.3 机组现地控制单元采用发电综合控制装置,该装置由多个功能单元通过现场总线连接构成, 可以实现机组所有电气二次设备的功能, 包括励磁、调速器、机组监控、测温、测速、同期和保护。各功能单元既可通过总线交换信息, 共享资源, 又能独立工作, 灵活组合, 方便扩展。
3.2.4 电站控制级与现地控制单元之间采用局域网连接。电站计算机监控系统能够实现与调度等其它系统的通信。
4系统监控功能
计算机监控系统的主要目标是接受上级调度中心的调度指令, 实现站内经济运行, 自动监测和循环控制; 提高水电站运行的安全运行水平和经济效益, 改变运行条件及提高水电能生产的质量。其主要有以下几种功能。
4.1 数据采集与处理
系统定时采集全站生产过程中的模拟量、脉冲量和开关量, 并对采集的数据进行越限检查、复限检查和状态检查, 同时记录并保存检查结果, 以供管理系统实现画面显示、制表、打印及完成各种计算、控制等功能时使用。
4.2水电站运行监视
计算机监控系统通过CRT 对全站各主机设备及辅机设备的运行状态进行实时监视, 对各运行参数据进行实时显示。监视的设备包括全厂水电气系统、机组、油、水、气系统、直流系统。监控系统还对部分参数以及计算数据进行范围监视控制, 对这些参数量值及梯度值可预选设定其限制范围, 当它们越限时可作出相应的处理。处理包括越限报警, 越复限时的自动显示, 记录打印;对于重要参数及数据还应进行越限后至复限前的数据存储及召唤显示, 频繁报警和打印记录。
4.3 控制与调节
计算机监控系统根据水电站的运行情况实现自动发水电控制、自动水电压控制和经济运行, 对全站的运行进行控制及调节。控制及调节的内容包括机组的开停操作, 有功功率、无功功率调节, 断路器操作等。
机组的有功和无功调节由现场控制单元LCU实现, 给定值由上位机发出, 经自动检测和调整,可实现闭环运行。另外, 由调度中心发出的负荷调节指令经监控系统计算调整后, 根据机组的各种限制工况, 前池水位等合理地分配到各机组现地控制单元执行。
4.4设备运行统计记录
计算机监控系统对各设备的运行情况进行统计记录, 某些信息还自动提示操作值守人员。统计的类型包括设备正常与非正常投切次数, 设备运行时间等。对于各主设备及各辅助设备的状态, 还进行变位及变位时间统计, 必要时还可报警。另外, 计算机监控系统还对参数越复限及定值变更等情况作统计记录, 并自动生成种类报表、日志, 自动生成和打印操作票等。
4.5数据通信与画面显示
水电站的有关数据和信息送往调度中心, 接收调度中心下发和各种命令, 完成与调度中心的通信; 监控系统内部主机与各设备的数据通信采用自修复的双环网, 采用以太网技术, 数据传输速率应大于10/ 100Mips。
画面显示是系统的主要功能之一, 画面调用允许自动及召唤方式实现。系统按运行人员要求, 自动地组织有关数据及其相应的时间区间, 并显示在屏幕上。画面显示主要有以下几方面: 水电气主接线图, 油水气系统图, 有功、无功功率棒形图, 出力曲线, 水电压运行曲线, 给定负荷曲线及种类运行图, 还包括参数及参数给定值、特征表、定值变更统计表、各类报警信息表、操作统计表、各类运行报表、运行日志、操作票等表格类的显示。
5结语
综合自动化系统在小型水电站的应用是社会发展、科技进步的必然趋势，其方案的选择要坚持实用、可靠、先进的原则。在实现基本的控制、操作和保护功能的基础上，尽可能提高系统的可靠性和实用性，在提高水电站的安全运行水平的基础上，进一步提高综合自动化系统带来的经济效益。
关键词：小型水電站；综合自动化系统；控制方式；功能
Abstract: This paper described the characteristics of small hydropower station integrated automation system control and monitoring system structure, integrated automation system function in detail.
Key words: small hydropower station; integrated automation system; control; function
中图分类号：[TM622]
引言：
小型水电站一般具有投资规模小、建设工期短、见效快、远离城市、交通不便等特点,不便于管理。应用微机综合自动化,可提高农村小水电站的自动化程度和运行的可靠性，实现减员增效,降低一线人员的劳动强度和数量，达到无人值班、少人值守，对提高小水电站的综合经济效益具有十分重要的意义。
1 水电站综合自动化系统
某水电站综合自动化系统是以计算机保护、控制为主的系统。该系统包括水轮发水电机组升变压器、线路、公共设备等保护监测、控制等。水电站采用了计算机监控模式, 主控台上配置一台监控计算机在线运行, 实现水电站的高度自动化和智能化, 主要包括自动记录、自动报表、自动报警、设备自动检测、运行参数管理、自动发水电控制、自动水电压控制和经济运行等功能。
2综合自动化装置系统的特点
发电机综合控制器具有以下特点:
2.1水轮发电机组自动化全面集成。该系统将计算机监控、数据采集与处理、顺序控制、励磁、调速、自动准同期、测速、功率调节、保护等多项功能集为一体。
2.2 功能单元的积木化组合, 配置的高度灵活性。每一种功能单元既可作为某一功能装置独立工作, 又可按不同控制对象、不同用户要求实现积木化组合, 构成发电机组现地控制单元, 公用设备现地控制单元, 开关站现地控制单元等。
2.3 标准化设计的分布式智能模件技术。各功能单元采用标准化设计的分布式智能模件技术, 不同的功能单元硬件结构相同, 输入输出接
口相同, 各智能模件采用同型号CPU和标准化设计。由于对不同功能单元的优化设计, 简化了系统结构, 模件种类少, 既减少了备件, 又便于维护管理和升级。
2.4开放的功能单元组态软件。用户可以方便地实现数据库生成修改、顺控流程编制、参数设置、报警定义等组态工作。
2.5高可靠性和抗干扰能力。采用优化结构和现场总线技术, 结构紧凑合理, 所有生产过程通道均采用隔离和滤波技术, 具有很高的抗干扰能力和可靠性。
2.6 易于维护和扩展。采用分散分布式控制结构, 智能模件采用标准化设计, 非常便于维护和扩展。
2.7可靠的电源系统。装置采用交直流双路电源输入, 各功能单元均配置独立电源。充分保证了工作的可靠性。
3综合自动化装置控制方式和监控系统结构
3.1运行控制方式
电站按“无人值班, 少人值守”原则设计, 采用全计算机控制方式, 按以下两种运行方式运行:
3.1.1电站中控室集中控制。通过操作员工作站对电站设备实现监控。
3.1.2现地控制。运行人员通过现地LCU触摸键或面板操作开关实现对电站主设备的分散控制、调节。
3.2监控系统结构
监控系统结构与以往分散控制设备的系统结构完全一致。
3.2.1电站采用全开放、分层分布式计算机监控系统结构, 系统分为负责完成全厂集中监控任务的电站控制层和现地控制层。电站控制级与现地控制单元之间采用网络连接。
3.2.2现地控制级按控制对象设置多台现地控制单元。可分别是机组、开关站和公用设备、大坝等。现地控制单元既可接受电厂控制级的控制命令, 也可以独立完成对其监控对象的运行监视和控制操作。
3.2.3 机组现地控制单元采用发电综合控制装置,该装置由多个功能单元通过现场总线连接构成, 可以实现机组所有电气二次设备的功能, 包括励磁、调速器、机组监控、测温、测速、同期和保护。各功能单元既可通过总线交换信息, 共享资源, 又能独立工作, 灵活组合, 方便扩展。
3.2.4 电站控制级与现地控制单元之间采用局域网连接。电站计算机监控系统能够实现与调度等其它系统的通信。
4系统监控功能
计算机监控系统的主要目标是接受上级调度中心的调度指令, 实现站内经济运行, 自动监测和循环控制; 提高水电站运行的安全运行水平和经济效益, 改变运行条件及提高水电能生产的质量。其主要有以下几种功能。
4.1 数据采集与处理
系统定时采集全站生产过程中的模拟量、脉冲量和开关量, 并对采集的数据进行越限检查、复限检查和状态检查, 同时记录并保存检查结果, 以供管理系统实现画面显示、制表、打印及完成各种计算、控制等功能时使用。
4.2水电站运行监视
计算机监控系统通过CRT 对全站各主机设备及辅机设备的运行状态进行实时监视, 对各运行参数据进行实时显示。监视的设备包括全厂水电气系统、机组、油、水、气系统、直流系统。监控系统还对部分参数以及计算数据进行范围监视控制, 对这些参数量值及梯度值可预选设定其限制范围, 当它们越限时可作出相应的处理。处理包括越限报警, 越复限时的自动显示, 记录打印;对于重要参数及数据还应进行越限后至复限前的数据存储及召唤显示, 频繁报警和打印记录。
4.3 控制与调节
计算机监控系统根据水电站的运行情况实现自动发水电控制、自动水电压控制和经济运行, 对全站的运行进行控制及调节。控制及调节的内容包括机组的开停操作, 有功功率、无功功率调节, 断路器操作等。
机组的有功和无功调节由现场控制单元LCU实现, 给定值由上位机发出, 经自动检测和调整,可实现闭环运行。另外, 由调度中心发出的负荷调节指令经监控系统计算调整后, 根据机组的各种限制工况, 前池水位等合理地分配到各机组现地控制单元执行。
4.4设备运行统计记录
计算机监控系统对各设备的运行情况进行统计记录, 某些信息还自动提示操作值守人员。统计的类型包括设备正常与非正常投切次数, 设备运行时间等。对于各主设备及各辅助设备的状态, 还进行变位及变位时间统计, 必要时还可报警。另外, 计算机监控系统还对参数越复限及定值变更等情况作统计记录, 并自动生成种类报表、日志, 自动生成和打印操作票等。
4.5数据通信与画面显示
水电站的有关数据和信息送往调度中心, 接收调度中心下发和各种命令, 完成与调度中心的通信; 监控系统内部主机与各设备的数据通信采用自修复的双环网, 采用以太网技术, 数据传输速率应大于10/ 100Mips。
画面显示是系统的主要功能之一, 画面调用允许自动及召唤方式实现。系统按运行人员要求, 自动地组织有关数据及其相应的时间区间, 并显示在屏幕上。画面显示主要有以下几方面: 水电气主接线图, 油水气系统图, 有功、无功功率棒形图, 出力曲线, 水电压运行曲线, 给定负荷曲线及种类运行图, 还包括参数及参数给定值、特征表、定值变更统计表、各类报警信息表、操作统计表、各类运行报表、运行日志、操作票等表格类的显示。
5结语
综合自动化系统在小型水电站的应用是社会发展、科技进步的必然趋势，其方案的选择要坚持实用、可靠、先进的原则。在实现基本的控制、操作和保护功能的基础上，尽可能提高系统的可靠性和实用性，在提高水电站的安全运行水平的基础上，进一步提高综合自动化系统带来的经济效益。