农村小型水电站综合自动化配置分析

骆国栋

（龙川县水利水电勘测设计室，广东 龙川 517300）

随着经济的发展，城市化进程的加快，小型水电站的存在价值也越来越突出。水电站自动化是科技发展的必然结果，小型水电站的自动化的实施不能陈规守旧，这样会影响水电站效率的提高；不能照搬大中型水电站的模式，过高的成本是小型水电站无法承受的，也容易造成资源上的浪费。为了更好地保证小型水电站运行的效率和稳定性，综合自动化的实施是非常必要的。

1 综合自动化配置的要求

松树湾水电站的综合自动化设计采用分层、分布式结构。监控模式也多以计算机监控为主，常规控制为辅。软件设计多为模块化结构。监控、模块控制、通讯、就地控制等主要通过网络连接形成一个统一的整体。系统具有极高的安全性和可靠性。加之开放的、易扩展的设计，使之能与其他智能设备轻松连接，并进行信息交换，形成了功能齐全，灵活多变的系统模式，方便了水电站的扩建、改造、发展的实施。

1.1 综合自动化配置的系统功能要求

综合自动化主要是用来实现对电站的保护、检测和设备控制的，它配置的合理化与有效性是电站高效、安全、经济运行的保证。系统的主要功能：①实施数据的采集、处理和计算，并生成报表，通过辅助设备进行打印。数据的采集是实现对电力系统运行进行监视和监控的前提，工作人员根据采集到的数据及计算、分析得到的结果对电力系统的运行情况及运行趋势作出正确的判断，发出及时、准确的操作命令。②系统对发电系统运行的控制功能。根据控制形式可分为远距离遥控和就地控制，主要实施对机组开、停控制以及隔离开关的分闸、合闸等控制，并完成对机组的有功、无功调节，实现发电控制、电压控制的自动化。③系统的多媒体功能。比如语音报警功能、直观的图像显示功能等使系统的掌握和控制更直观、简便。此外，上位机可接受各设备的分、同步信号，能实现与上级的调度、保护、通讯功能；实现对系统的“遥测、遥信、遥控、遥调”功能；保证了故障处理时的自动论断和自动回复功能，远方监控、诊断功能及防盗功能；实现了电力系统运行的无人值守或少人值守。综合自动化能通过“遥测、遥信、遥控、遥调”功能，实现对水电站的远动服务控制及数据通信，通过一点多址、光纤、音揽等现代科技形式实现与主设备多通道的接入调度，实现了电站运行数据的发送、接受及分析调节，可自动对系统运行的安全隐患发出警报。

1.2 常规控制与综合自动化控制的对比

常规控制的安全性、可靠性无法满足现代电力系统的需求，而且设备结构复杂、缺少故障自行诊断能力，二次设备多采用电磁式或晶体管式，结构笨重导致主控制室、继电保护室等建设投资较大，且维护难度大、效率低，影响了水电站的持续发展，无法实现水电站的无人监管和少人监管模式，不利于水电站安全、稳定、高效的运行发展。自动综合化的实施：①改变了二次设备的运行模式，简化了控制系统，实现了信息共享、自动检测运行故障等，减轻了值守人员的工作量。②自动化控制减轻了人员手动操作的几率，减少了操作失误风险，提高了电站运行的效率。③信息共享和直观的信息反应等增强了水电站的综合调度效率，使值守人员对系统的运行趋向判断更加准确，有利于运行隐患的发现与防范。方便值守人员查看、分析，进行远方投停保护和复归保护，实现对发电机、水轮机、变压器等设备的保护，保证了水电站运行设备的安全。④综合自动化配置对电站的监控、监测功能，一方面实施了电站运行数据的采集，对开关量、点能量、温度量等进行采集、监控，进而实现对机组的起、停，对断路器、隔离开关的合闸、断闸等控制，保证了电站运行的安全、稳定、高效。

2 控制系统的改造设计

实现小型水电站综合自动化配置基本上是在原有电站控制系统的改造上完成的。系统由主控模板和现地单元控制模板（LCU）构成，通过网络保持与上位机的通信等活动。

2.1 硬件配置的改造

小型水电站综合自动化的硬件配置一般有核心控制器、触摸屏（人机交流界面）、主控模板（监控的核心部件）、数字量扩展模块、模拟量扩展模块组成。数字量扩展模板一般会有多个输入点和输出点，模拟量扩展模板也具有多个模拟量输入。如图1。

图1 模拟量扩展模板

此系统中主控模板主要负责发电机组的正常开关机、事故的监控和紧急停机以及辅助设备的监控。触摸屏主要用来显示机组的数据信息，包括图形信息、报警信息、历史记录、趋势图等。工作人员可以通过触屏观察到相关信息，加以分析，做出正确的操作判断。此系统数据信息的反应直观、可读性强，有利于操作人员判断的正确性和准确性，减少了工作失误，提高了工作效率。

2.2 软件设计的改造

主控模块是综合自动化配置的关键，它对发电机组的开关机控制、辅助设备监控等功能都是通过编程来实现的，也就是自动化的软件设计。对于软件的设计：①程序要标准化，有利于系统的扩展，方便以后的完善与升级。②采用模块化结构设计，方便各功能的操作要求，同时各模块之间的相关联便于系统的操作。首先，模块需要初始化，根据需要设置一些参量的初始值。如续电器、数据寄存器、定时器的初始化处理。其次，设置自动开机模块，完成自动开机控制。当机组通过自检满足开机条件时，工作人员通过主控模板发出设备控制信号，实现开机运行。可编程逻辑控制器（plc）对数字信号处理（dsp）模块和辅助设备发出控制信号，dsp进行自动调速、准同期并网等使辅助设备进入正常工作状态，实现发电机组的安全开机和并网运行，完成自动化开机流程。③设置自动关机模块，完成自动关机控制。当机组处在正常运行状态下时，由于紧急事故或其他情况，机组需要停止正常运行。此时，就需要将机组从电力系统中解列，然后按顺序将机组停机，各设备安全退出发电工作状态。第四，完成通信和报警模块的设置，实现电站运行的遥视、遥控、遥调等功能。设置主要是处理好触摸屏、上位机监控、主控模板之间的通信功能，利用触摸屏把遥测到的数据传输回来，发现异常发出警报，并弹出报警窗口，工作人员根据返回数据对电站的运行进行分析、操作。第五，设置保护模块，实现对发电机组及辅助设备安全、高效运行的保护，以及对电站运行安全及电网运行稳定的保障作用。此外，还可根据需要设置其他控制模块。开放式、易扩展的设计模式能有效满足综合自动系统其他功能模块的改进和扩展。

3 结束语

小型水电站的综合自动化配置主要是利用先进的技术结合微机的自动化操控设置，实现水电站运行、管理的自动化。松树湾水电站装机2台，总容量为2 500 kw，根据水利部SL16－95（小水电建设项目经济评价规程）部颁标准，所要求的运行人员为16人，检修人员6～9人，管理服务人员≤16人，总人数为≥38人，采用水电站综合自动化配置后，实际上班人员为13人，大大小于SL16－95的部颁标准，充分体现在自动化模式下水电站运行的高效性、安全性、稳定性和少人值守性。有利于水电站的良性运转和持续开发，且简化了水电站运行的操作过程，有效防止了人为的操作失误，提高了电站运行的效率，同时确保了发电、输电的安全、可靠、稳定，是小型水电站可持续发展的必要保证，对于小型水电站的存在和发展具有重要意义。

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