水电厂自动化发展趋势研究

容立辉

（甘肃省永靖县刘家峡水电厂，甘肃 临夏731600）

0 引言

随着科学技术的不断进步，水电厂自动化技术也进入了一定的发展阶段。截至目前，低压水电厂已经实现了无人值班，高压水电厂也通过数字化、智能化、自动化的控制技术，实现了管理水平的进一步提高。而光电式互感器、智能化开关等自动化技术的出现，再加上互联网的快速发展，促使数字化技术在水电厂中的开发及应用势在必行。

1 水电厂自动化系统的特点

水电厂自动化系统具有以下3个特点：（1）一次设备智能化。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，使常规机电式继电器和控制回路的结构进一步简化。水电厂自动化系统中传统的导线连接被数字公共信号网络及数字程控器所代替，也就是说，可编程序逐渐取代了水电厂自动化系统中常规的继电器及其逻辑回路，且光电数字和光纤代替了常规的控制电缆及强电模拟信号。（2）二次设备网络化。水电厂内继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、电压无功控制装置以及在线状态检测装置等常规的二次设备全部基于标准化、模块化的微机处理设计制造，实现了设备之间网络连接的全周化；随着高速网络的开发和投入使用，二次设备中基本上不会再有常规功能装置重复的I／O现场接口的出现，高速网络的发展实现了数据信息、资源的共享，使常规的功能装置转变成逻辑的功能模块。（3）运行管理系统自动化。运行管理系统自动化主要是指电力生产运行状态、数据信息统计记录无纸化；数据信息分流、分层交换自动化；水电厂日常管理过程中发生故障时，能够提供有效的故障分析报告，也就是指将水电厂运行过程中所出现故障的原因进行分析，并制定出合理规范的故障解决方案；同时还可以根据设备故障检修的分析报告，将常规水电厂设备传统的定期维修转变为在线维修，保证故障维修的时效性。

2 水电厂自动化系统的结构与功能

水电厂自动化系统分为智能化的一次设备和网络化的二次设备2种结构，其结构逻辑可以分为过程层、间隔层和站控层。下面分别对其进行分析：（1）过程层及其功能。过程层是智能化设备的一个重要组成部分，主要是指一次设备和二次设备的结合面。过程层的主要作用是对电气设备运行过程中的电气量进行实时监测，并执行设备的操作指令。其中电气设备电气量的检测主要是对电压、电流和谐波分量的检测，与传统功能类似，但又存在区别：直接数字量采集代替传统的模拟量采集；光电电压互感器、光电电流互感器代替传统电磁式电流互感器和电压互感器，这样能够有效地提高其绝缘特性和抗干扰能力，使水电厂的设备开关运行装置达到小型化和精细化。（2）间隔层及其功能。间隔层主要有以下功能：对本间隔过程层的数据信息进行总结，并保持信息的时效性；保护和控制水电厂自动化系统结构中的一次设备；对同期操作及与其相关的信息进行控制；本间隔操作闭锁控制的功能；对上下层之间实施的通信功能等。水电厂可按照实际情况，采取双口全开的上下层之间的网络接口模式，以有效加大信息通道的冗余度，从而确保通信能够有序进行。（3）站控层及其功能。站控层主要有以下功能：通过2级高速网络汇总更新原有的数据库，对全站的数据信息进行汇总；实现人机相联系以及站内控制的功能；对作为自动化系统控制设备的计算机中过程层、间隔层的设备进行在线维护以及修改参数的功能；全站操作闭锁控制功能；能够按照预先约定，对控制中心进行数据信息的输送；接收控制中心传输的指令，能够将指令转输到过程层和间隔层，并对所传输的指令执行操作；自动分析水电厂故障的功能。

3 水电厂自动化发展中存在的主要问题及发展趋势

3．1 存在的主要问题

目前，对水电厂自动化控制系统的研究主要着重于光电互感器、智能化开关等过程层的技术研究，并取得了一定的进展。但水电厂自动化发展中还存在许多问题，比如研究开发过程中专业协作力较差，没有对自动化设备、器件以及材料等方面存在的问题和缺陷进行修整，实验方式、检测标准等环节比较薄弱等。针对这些问题，我们应结合国外的成熟经验找到合理的解决措施，调整和改进存在的缺陷，进一步加强对水电厂自动化系统的研究与开发力度。

3．2 发展趋势

水电厂自动化系统呈智能化、人性化、数字化的发展趋势：（1）自动化设备需要高性能的网络硬件作为支撑（图1）；计算机作为自动化系统中的控制设备会采用高性能的微机，如64位PC机，并且会涉及千兆网络、光纤、蓝牙、GPRS、无线网络等网络设备的应用。（2）水电厂专业化分工越来越明确，主要是指水电厂用户要求自动化系统集成商提供专业化的产品，水电厂自动化系统将形成一个独立的简洁箱式的水电站模式或者是以远程控制为主题的分级调度模式。水电厂的系统化发展还需要业务素质高的专业人才，来促进水电厂自动化系统的开发和研究。（3）目前国内水电厂自动化控制系统基本上实现了“无人值班”的管理模式，但是却不能为工作人员提供一套详细、科学、合理的操作指导，因此需要建立一个包含数据信息和安全推理机制的专业操作系统，来实现信息共享。（4）水电厂自动化系统结构设备会形成统一标准、统一模型、互联开放的新格局，并且提高自动化设备的可靠性、互联性、互换性、可操作性以及可管理性，从而进一步提高自动化系统的数字化、人性化以及智能化水平。

图1 高性能的网络硬件示意图

4 结语

目前，随着科学技术的不断发展，水电厂自动化系统控制技术也在不断地进步并逐渐成熟。但是水电厂自动化发展过程中还存在着一些问题和缺陷，这就要求我们要时刻保持清醒的头脑，正确客观地看待自动化技术发展中所存在的问题，同时要积极进取、开拓创新，探索出解决问题的有效方法，并认真总结经验，争取在水电厂的水资源调度及高效利用以及水电厂的故障检测、维修技术等领域取得突破性的进展，进一步推动水电厂自动化技术的智能化发展，为我国的水电建设项目以及现代化事业贡献出一份力量。

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