微型水电站计算机监控系统设计及应用

庞宇林

（晋城市水利勘测设计院 晋城 048026）

对于微型机组，有关其计算机监控系统具体设计的文章及书籍很少，笔者根据多年实际的设计经验和实践，提出较为实用性的设计方案。山西省境内的水电站由于所处地域和水源的现实情况，绝大多数水电站装机容量很小，大多在几百千瓦，还有部分水电站只有不到100 kW，随着水电站自动化技术的飞速发展和国家节能减排的现实要求，传统的继电保护模式已绝大部分淘汰了，无论新建、改建、扩建的水电站，都已经或正在进行自动化系统的建设或改造。此类微型水电站，保护功能配置比较少，但自动化程度的要求同样可靠性高、实用性强，需要能够保证水电系统的安全性、经济性。

总体来说，根据GB14285-93《继电保护和安全自动装置技术规范》，数百千瓦的微型机组，需要实现基本的计算机监控功能。大多数情况下，对于机组，可由电流速断保护来作为发电机的内部相间短路保护。一般配置为：过电流保护、过电压保护、失磁保护和过负荷保护，可以配置：纵联差动保护和转子一点接地保护。

下面以晋城市某水电站的实际设计方案来说明数百千瓦的微型水电站计算机监控系统的具体设计和应用。

1 电站概况

该电站采用了典型的单母线接线方式，概况为：

1）台500 kW发电机和3台630 kVA的变压器组成3套发变组；

2）发电机出口电压0.4 kV，变压器高压侧电压10 kV；

3）1条10 kV出线线路；

4）10 kV母线上接有一台50 kVA厂用变压器。

省内多数水电站均相同或类似于上述情况。

2 保护功能配置

根据以上概况及电站PT、CT的配置，结合微型机组水电站的特点，此类水电站的主要功能基本都可以表1所示进行保护配置：

表1 主要保护功能配置表

3 系统配置

对于微型机组水电站，一般设一台监控主机，采用RS485通讯即可。为便于扩容，通讯管理机到后台监控主机间可采用以太网通讯。晋城市所属区内水电站如东焦河水电站、古石水电站等均进行了此类配置。

对于数百千瓦的微型机组，也可只配置手动同期装置，以上例来说，同期点有三个，所以宜配置一套多点手动同期装置和一套多点微机同期装置。公共设备的数据采集和控制由公共测控装置完成。上例中计算机监控系统主要设备配置如表2所示：

表2 主要设备配置表

此外，和大多数自动化系统类似，微型水电站的计算机监控系统也同样配备GPS、UPS、打印机等输出设备：其中GPS可以直接由后台计算机接口接入GPS信号，再通过后台机对需要对时的装置和设备发送命令进行时钟的对时和校正；打印机的配置一般选用普通型即可，如果当地调度系统有要求，可以把打印机作为一个网络设备使用，直接挂接在系统以太网上；对于微型水电站，一般选用1 kVA容量的UPS就可满足要求，遇到交流失电的情况，可以持续供电一小时。

4 系统应用

计算机监控系统通过控制电缆和装置实时采集全站输入信号，数据类型分别为模拟量、状态量、脉冲量、数字量及非电量。具体到微型水电站，主要需要采集的量包括线路、主变、发电机等的电流、电压、功率以及直流系统、励磁系统参数（电气模拟量）；温度、压力、流量、水位、油压、调速器开限、开度、转速（非电模拟量）；线路、主变、发电机、厂用变压器等的有功电度和无功电度（脉冲量）；冷却水、导叶位置、闸门位置、锁锭位置、隔离开关等位置信号（一般开关量）；机组过速、事故低压油、温度过高、保护动作（中断开关量）等。

计算机监控系统根据实时采集到的数据，通过计算机后台对所采集的数据进行各种计算和分析，包括全厂电度量、耗水量、机组开停机的统计、计算、分析；主要运行设备的统计、计算、分析；模拟量最大值、最小值、平均值的计算；机组及线路三相电流的不平衡度计算；机组主辅设备、电气设备运行时间统计等。

计算机监控系统根据计算结果，形成各种实时数据库，帮助运行人员对电站设备的运行进行全面监视和综合管理，从而实现机组开停机控制、运行方式选择与切换、辅机设备控制、控制方式切换、断路器控制、有功和无功功率调节、自动发电控制、自动电压控制以及同期操作等需要的功能。

5 组屏方案

对于微型机组水电站，尤其是一些更新改造的项目，厂房一般只进行维修和加固，原有的中控室和配电室不可能进行大的空间上的改变，这时宜将保护测控装置和机组自动化设备一体化安装，以上述水电站为例，可由五面屏组成：即每套机组LCU各组成一面屏，包括温度巡检装置、转速信号装置、剪断销信号继电器以及PLC装置；计量表计组成计量屏，包括发变组计量表、10 kV线路计量表和其他公共表计；再加一面公共LCU屏，包括线路保护测控装置、公共测控装置、通讯管理机、同期装置以及其他一些表计。这样既节省了空间，也方便了系统运用，增强了系统功能。

6 系统软件

整个监控系统的软件由生产厂家随设备一起提供并负责安装。对于微型水电站用户来说，尤其是农村偏远地区，进行监控系统实际操作的操作员并不十分精通其中的原理和功能，拿晋城地区来说，多数是通过2个月左右的培训即上岗操作运行，所以，必须要求系统软件技术先进、运行可靠、功能实用、操作方便，并且维护升级方便快捷。尤其是用户界面，务必要求标准化、简单化，做到易学、易用、易维护。

具体到整个系统软件的主要功能，应包括常规的数据采集和处理、画面显示、人机联系、语音报警、安全运行监视、系统自诊断与恢复等，这里不再赘述。建设单位也可以根据项目的实际情况把要求和想法纳入到软件当中，实现相应的功能。

7 结束语

上述计算机监控系统设计方案已较多地用于晋城市大部分水电站，同时，也适用于各种数百千瓦机组的微型水电站，其监视、控制、保护和自动管理等功能既适用于新建水电站的保护测控，也适用于老水电站的扩建及更新改造，可较大程度地增强水电站的综合自动化水平，提高水电系统的安全性和经济性，基本实现“少人值班”或“无人值守”的现代水利水电自动化要求，在大力发展水利建设的过程中，起到很好的积极作用。