自动化控制在小型水电站中的应用

岳彬彬 徐 玮 岳松林

（江苏省淮沭新河管理处，江苏 淮安223001）

0 引言

江苏省蔷薇河地涵管理所属于省厅直属水利管理单位，在职编制员工17名，管理着沭新退水闸、蔷薇河地涵、桑墟电站、沭新北船闸。桑墟水电站位于沭新河尾，下游是黄泥蔷薇河，主要通过灌溉水进行发电。本工程于1986年5月竣工，7月开始并网发电，有效缓解了电网供电的压力，与此同时兼顾排水、灌溉，设计流量25m3／s。现水电站配置5台发电机，总装机容量575kW。水电站上游底板高程2.887m，下游为0.8m。上游配置2.3m×3.56m 的钢制闸门以及 QPKYⅡ－160－2.5型液压启闭机，下游检修闸门为1.5m×3.56m钢筋砼平面直升门，配置5台手摇螺杆启闭机。自动化控制在桑墟水电站中的应用，是摆在我们面前的重要研究课题。

1 水电站自动化控制的基本含义

水电自动化控制指的是使用电气、机械、电子设备，结合预定程序使水电运营操作、监视以及控制能够在少人或无人状态下按照计划进行自动化运转，这是水电站安全、经济运行的必备条件，能够进一步提高水电站工作的可靠性及经济运行效益，保证电能质量，改善劳动条件，大幅提高劳动效率。通过自动化控制系统的应用，水电站能实现少人或无人值守的目标，这是小型水电站自身发展壮大的实际需求，也是水电站实现现代化管理的重要标志。小型水电站自动化系统的综合配置是建立在计算机监控基础上的，进而对整个水电站或整个流域、梯级电站进行水文测报，对公用设备、机组、辅助设备的工况进行监视以及启停控制，对全站的负荷进行合理分配。与此同时，采用自动化系统后水电站能够由上级调度机构进行全方位、自动化监测控制。计算机监控系统是小型水电站自动化系统综合配置的基础与核心。

2 小型水电站自动化系统的综合配置

2.1 计算机监控系统

计算机自动控制系统为分层分布开放式结构，采用冗余的环形光纤以太网拓扑结构，分为3级，即远方、控制室、现地，可以进行无扰动切换。越接近设备，系统的控制权限越高。控制权顺序为：现地—控制室—远方。远方控制经相关授权方可进行操作。控制系统中设置带密码的授权、核对程序。

2.1.1 监控模式

早期的计算机监控技术不完善，监控系统不可靠、不稳定，所以水电站的监控通常以常规监控为主，以计算机监控为辅。随着计算机技术的不断发展，计算机监控的可靠性与安全性大幅度提高，传统的监控方式逐渐被淘汰。全计算机监控模式对于技术、设备的要求比较高，相对来说投资比较大；而以计算机监控为主，辅以常规监控的模式，则投资比较少，对系统要求比较低，与小型水电站生产过程及设备简单、在整个电力系统中地位与作用相对较弱、退出运行影响不大等特点相吻合。所以说，小型水电站应该采用以计算机监控为主、以常规监控为辅的监控模式。

2.1.2 监控系统的功能配置

系统各级之间采用具有冗余功能的环形光纤以太网实现数据通信，网络交换机选用进口知名品牌，具备网管功能，采用导轨卡槽安装方式。控制室通过光纤与远方传送遥控、遥调、遥信、遥测和遥视数据，同时可以通过Internet采用TCP／IP规约与上级管理部门调度运行管理系统连接，实现数据与图像传输。

远方控制设在管理所办公楼内，距泵站控制室约250m，通过千兆光纤与泵站自动控制系统连接，实现信息采集与调度指令的下发，必要时实现远程控制。与此同时，泵站、清污机闸等的运行参数、状态要上传给远方控制。

控制室设于泵站控制楼二楼，通过管理所局域网将泵站实时运行信息与数据（如运行参数、状态、水位曲线、流量等）上传至上级管理部门，通过监控网络与现地建立通信，通过工作站的监测监控界面显示现场设备的运行参数与状态，同时下发控制命令，监督现地监控单元对监测监控命令的执行。

现地控制是系统最后一级也是最优先的一级，它向下接收各类传感器与执行机构的输入／输出信息，采集设备运行参数和状态信号；向上接收上级控制主机的监测监控命令，并上传现场的实时信息，实施对现场执行机构的逻辑控制。

2.2 网络通讯系统

网络通讯系统是自动化系统可靠、安全运行的基础，要想建立现代化、自动化的小型水电站，必须要求网络通讯系统具有较强的可靠性、合理的带宽、强大的数据吞吐能力以及可维护性、集成性与开放性，从而保障信息交换的顺利进行以及实时通信。现阶段，各个小型水电站普遍采用工业以太网的形式进行连接，它有着扩展方便、速度快、开放性好等优势。

2.2.1 站内通讯

值班员工作站与控制室工作站以以太网的形式进行连接，在现地层配置一体化工控机，内部设置智能化模板，集中采集压力、温度、电气量等信号，实现转换之后，与工作站通过RS485总线进行通讯。值班员工作站通过标准接口RS232、RS485完成与直流系统、励磁装置、微机调速器的通讯。

2.2.2 梯级水电站通讯

在梯级水电站主站与分站的通讯工作站间加装调制解调器、防浪涌以及防雷保护装置，并通过专用通道进行通讯，收集各个分站的数据与信息输送到主站，从而实现主站对分站的动态监控。

2.2.3 水电站与调度通讯

通讯工作站将发电计划与电站信息通过电力载波上报到调度，调度能够全面、动态掌握电站信息，从而有利于对防洪度汛以及发电计划进行统一合理配置。

2.3 自动化软件

小型水电站的自动化软件包括操作系统、监控系统、应用软件以及工具软件。上述软件对全部系统资源进行共同管理，从而有效实现数据采集、人机接口、自行诊断、通讯调度、设计参数等功能。操作系统要求具有控制界面良好、可靠性高、可移植性强、通用性好、适用性强等特点。现阶段 Windows NT是常用的操作系统，该软件的可靠性、稳定性以及实用性都比较好，保密性能良好，能管理计算机的所有资源，比如外部设备、存储器、CPU等，并提供系统资源与软件接口。监控系统软件应能有效实现全站计算机系统的自动化监控，并具备数据管理、信息采集与处理、人机联系、历史数据管理、双机切换、时钟管理等功能。应用软件包括电压控制软件、发电软件、经济运行软件、用电监控软件、公用设备软件等。工具软件一般来说主要包括PLC编程软件、3D图形软件以及开发工具等，它能有效实现软件连接、程序编译，使监控系统向用户开放，方便用户，提高系统的可维护性。

2.4 水文自动测报系统

大部分水电站都兼备灌溉、防洪的功能，桑墟水电站在有效缓解电网供电压力的同时，兼顾排水、灌溉重任。因此，在水电站自动化控制中，一方面要做好水库发电的经济调度，尽可能提高经济效益，另一方面还需全面准确地掌握水情、汛情，做好防洪度汛工作。自动水文测报系统不仅要快捷、准确、及时地采集水情，同时还需要在较短的时间内作出洪水预报。水文自动测报系统对于中小型水电站的发电、防洪、灌溉、调峰等有着非常重要的作用。水文自动测报系统有多种不同的通讯途径，比如卫星通讯、短波通讯、超短波通讯等，可结合地质条件以及水电站实际情况选择合理的通讯方式。

3 结语

本文从水电站自动化控制的基本含义以及重要性入手，从4个大的方面——计算机监控系统、网络通讯系统、自动化软件、水文自动测报系统着手，详细论述了自动化控制在小型水电站中的应用情况，希望能为同行提供借鉴。

［1］郑康平，潘建忠.计算机监控技术在某水电站中的应用［J］.广东水利水电，2006（4）

［2］赵英，季绍勇.基于四岭水电站的综合自动化系统应用研究［J］.浙江水利水电专科学校报，2009（2）