水电站自动化运行系统的应用与设计

加措

摘 要：为进一步提升电能质量以及水电站发电效率，我们必须要从根本上转变传统水电站以常规人工操控为主的管控模式，积极应用计算机自动化系统，实施综合自动化技术改造。对于新建水电站要求其根据自动化运行要求来进行控制系统设计，从而实现无人值守的目标。本文结合笔者实际工作研究，就水电站自动化运行系统的应用与设计进行了分析。

关键词：水电站 自动化系统 应用设计

随着我国电力体制改革的逐渐推进，我们可以发现，如果水电站依旧凭借过去的人工操控而不应用自动化运行系统，则难以满足市场竞争的需求。即便是已经获得了发电上网的机会，也会由于设备落后而造成无法稳定运行，不但会对电网供电产生影响，同时还会让水电站自身效益受到损害，对水电站的经济运行造成很大的阻碍。

1.水电站应用自动化运行系统的优势与作用

1 . 1提高工作可靠性

水电站应用自动化运行控制系统之后，不但能够借助于各类自动设备快速准确的实现检测、记录以及预警、报警，能够提前防范不正常工作可能导致的事故，尽可能的降低事故发生之后各类设备受到损坏的几率，增强供电的稳定性；另外还可以利用自动化控制设备来实现水电站的各项操控，比如说开停机、并列，这样一来就能够在很大程度上避免因人为失误而导致的事故，同时能够提升操控有效性，特别是在一些紧急状况下，可以确保水电站供电控制系统的稳定运行，具有非常重要的现实意义。

1 . 2确保运行经济性

水电站应用自动运行控制系统之后，能够按照系统分配的负荷与电站实际条件，科学的实施调度，同时合理确定开机台数，让发电机组处于高效率的运行状态，从而获得更高的经济效益。另外，水电站属于水力资源综合利用的重要组成部分，应当同时兼顾电力系统、航运、灌溉以及防洪等多种需求，仅仅依靠过去那种人工操控模式是难以满足要求的，自动化控制系统应用之后能够保证水电站经济运行任务的最终实现。对部分拥有调节能力的水电站来说，还可实现对水位、流量、系统负荷以及机组参数等参量进行自动控制，有效的提升其运行经济性。

1.3保证电能质量

电压与频率是判断电能质量情况的重要指标。电压正常偏移应不大于额定值的±5%，频率正常偏移不大于额定值的±0.2-0.5Hz，电压以及频率的稳定通常取决于电力系统内无功功率以及有功功率的平衡。所以，要确保系统电压与频率都处于规定的范围内，就应当对发电机组所发出的有功功率与无功功率进行快速准确的调节，而这一动作仅仅凭借手动操作是无法满足其要求的精准度和速度的，必须要依靠自动控制系统来实现。由此可见，应用自动化运行控制系统是保证电能质量的关键所在。

2.水电站自动化运行系统的设计与应用

2 . 1系统结构

水电站自动化运行控制系统的主要结构为电站控制层、现地保护控制一体化以及网络三个模块：

（1）电站控制层

电站控制层也可以说是水电站的监控中心，它的主要任务是对电站中的重要电气设备进行实时调控、数据采集分析、运行状态监控、运行维护管理以及系统诊断等。在通常情况下来说，水电站电气设备的运行监视以及控制管理在中控室的主机或者工作站完成。工作人员使用计算机系统的显示器等设备来实现人机对话，对水电站的水轮发电机组、线路以及主变压器等关键设备进行监视与控制，可以通过计算机监控系统根据预先设置好的负荷、负荷曲线、母线电压来自动实现开停机、并网、设备监视等动作。

（2）现地保护控制一体化

现地保护控制一体化模块的主要工作内容是对水轮发电机组以及电气一次设备进行保护控制和监视，如果水电站控制层因为故障而无法正常运行，现地保护控制层能够进入独立运行状态。现地控制保护模块和电站控制模块处于相互独立的关系，能够直接实现生产过程中的数据采集与预处理，同时对本单元的设备运行状况进行合理的调控。借助于工业以太网来完成各个现地控制模块和电站控制模块之间的数据信息传输，从而有效的对现地设备进行监视、控制，实现信息数据的共享。

（3）网络

水电站自动化运行控制系统的网络模块主要选择工业以太网络，通信介质是屏蔽双绞线，信息传输遵循国际标准IEEE802系统和TCP/IP协议。这类网络的开放性优势较大，计算机监控系统不会因为某一元件出现故障而导致误操作的问题。网络模块可以完成电站控制层与现地一体化控制层之间的所有数据传输以及访问请求。

2 . 2系统保护和预警装置

（1）主变保护

该系统的主变保护能够实现下列功能：第一是主变差动保护，主保护主要针对变压器绕组和引出线相间短路，依靠二次谐波制动原理的比率差动，瞬时动作跳主变高压侧、低压侧断路器时发出事故信号；第二是后备保护，高压侧复压过流保护，二段各一时限，出口情况：一段跳低母联或者低压侧开关（高压侧开关）、跳两侧断路器，二段跳高压侧开关以及两侧开关的情况下，复压可按段投退；第三是CT断线保护，高压保护一般是针对电流互感器回路断线故障而导致保护装置误动，高压保护通常在闭锁可能误动的保护装置时发出预警信号；第四是本体保护，本体保护功能一般情况下可动作于跳闸、有载开关轻瓦斯、油温高、油位低、主变超温等情况。

（2）安全运行监视

水电站自动化运行控制系统在实际的应用中能够实现状态监控与事件报警、越复限检查以及梯度越限检查报警、运行控制命令执行过程中的显示操作和对受阻部位进行控制，对水电站各项设备进行监视、参数报警等。

（3）自诊断、自恢复

自动化运行控制系统处于在线或者离线运行的过程中，可以对系统中的软硬件实现定时自动诊断，直接显示出现故障的位置同时记录相关结果。当判定为故障后可以自动闭锁故障单元设备同时进行报警，具体有：主机自诊断、外部设备自动诊断、I/O过程通道故障自动诊断、远程通信自动诊断，同时在自动诊断软件出现程序死锁或者失控的情况下，可以立即进行故障报警并提出切换请求，在较短的时间内恢复正常工作。endprint

（4）事故停机处理

现地控制模块在事故停机处理过程中通常采取下面几种方式：第一是借助于I/O模块直接对采集而来的事故数据信息进行响应与处理，从而执行相应的停机流程；第二是在机柜上或者现场设置停机按钮，按钮具有多对节点，不仅可以连接PLC来作为事故量启动停机流程，同时可利用硬布线直接通过按钮启动紧急停机电磁阀与机组出口开关跳闸回路；第三是依靠逻辑判断来降低事故的误判率。

2.3系统通讯网络

上文已经提及，水电站自动化运行控制系统通讯网络选择工业以太网络。一方面是完成现地控制层的通讯，通讯网络内部选择抗干扰能力强，稳定性良好的CAN网通讯，对外选择高速以太网数据通讯，以便于与发电厂综合自动化系统相连接；另一方面是实现计量通信，水电站计量系统选择全电子式电度表，主要依靠RS485串口实现串行通信，对电度信号进行采集。监控系统能够显示相关的正反向和分时的有功、无功电度。

2 . 4系统软件配置

自动化运行控制系统的软件配置主要包含了计算机系统软件、专业工具软件、支持软件以及应用软件。系统软件能够对计算机系统内的所有资源（如存储器、CPU等）提供运行平台，是其他所有软件的可运行环境；而支持类软件一般来说我们可以用到Visual studio2010，3DMAX、PLC编程软件；工具软件通常有图形开发软件、数据库调试软件、系统管理软件以及周期数据综合分析计算软件等专业软件；最后是应用软件，它是实现自动化运行控制系统所有功能而开发应用软件的总称。上述软件共同构成了资源系统，利用这些软件能够帮助我们更好的进行数据采集、参数统计分析、通讯调度以及控制管理等工作。

3.结语

总之，目前自动化运行控制系统在水电站中已经得到了日益广泛的应用，这一措施不单单是水电站现代化管理的必然发展趋势，同时也是水电现代化体系建设的必然要求，为我国电力管理部门现代化建设带来了一定的经济价值与现实意义。我们有理由相信，随着未来自动化控制技术的不断发展和革新，新工艺、新设备的大量普及，水电站的运行必然会朝着更加安全稳定的方向发展。

参考文献：

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