汾河水电站信息系统改造探析

孟慧海

（山西省万家寨引黄工程管理局，山西 太原 030012）

1 概况

汾河水库设计总库容7.21亿m3，最大回水长度18 km，最大回水面积32 km2，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、养鱼的大（二）型水利枢纽。设计标准为100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。

汾河水电站为坝后引水式季节性电站，装机容量2×6500 kW。该电站建成投产运行几十年来，给当地国民经济发展、工农业生产提供了可靠的电力能源。近年来，由于机组设备老化、效率下降，运行中出现了不稳定的情况，导致电能输出质量下降。目前汾河水库防洪与发电的客观条件良好，根据当前农村水电增容扩容改造项目精神，结合实际充分利用水资源，对现有监控系统进行了改造。

2 汾河水电站监控系统运行状况

2.1 原有监控系统

汾河水电站监控系统为通过国际小水电合作项目。全套监控设备为加拿大Powerbase自动化公司捐赠，于2006年开始启用，电站自动化监控属国际化产品。

2.2 水电站信息系统运行状况

电站在2013年和2014年运行期间连续出现异常停机的工况，经反复运行调整，电站一直处于不稳定状态。究其原因有：

第一，机组数据信息采集出现故障，连续出现异常停机。数据信息采集出现故障，运行人员无法及时全方位了解发电机、轴承的运行状况。2013年八九月及2014年二三月发电期间异常停机次数均超过10次，安全运行无法保证。运行期间每次事故停机，跳闸后水轮机控制模块不能发送关闭调速器和蝶阀信号，导致机组过速运行，易产生“飞车”现象。

第二，设备维护费用过高。经调查，该系统运行8年来的设备更换维护费用过高，且使用界面为英文界面，运行人员只能做到简单操作，对异常情况很难及时处理；另外由于该系统是原装进口系统，需国外技术人员进行技术支持，维护费用大大增加，且不能及时解决，对电站造成不小的损失。

第三，自动化体系与国内差别大。该系统的开停机、同期、数据处理等程序都是固化在各种模块内，缺少灵活性，对于不同或临时增加的一些现场要求进行更改还需求助于生产厂家技术人员，导致不能满足或不能及时满足生产需要。而国内运行流程的数据处理是通用和透明的，同期装置为独立的操作仪器，可根据工况进行调整。这与国内目前采用的成熟方案有较大差异。

第四，数据采集通信不畅。温度的采集主要通过模块采集，仅在触摸屏上进行显示，不能送至后台，导致运行人员无法及时全方位了解发电机、轴承等处的温度，加大了运行人员的劳动强度。

第五，控制方式与国内成熟产品存在差异。由于模块的过于集成化，某一模块出现问题导致整个系统瘫痪，特别是保护装置融合在一体，在监控失效的同时，保护装置退出工作，影响了机组的手动运行，且运行人员对出现的异常情况不能及时排查。

第六，运行状态不稳定。目前该系统经常出现停机状态，运行状态极不稳定。

第七，通信系统与国内设备不兼容。该系统采用485通讯，通讯方式具有相对局限性，其通信规约属早期的通讯规约，国内应用并不广泛，而现有的监控系统基本具备以太网口，便于组成网络，方便数据传递。

第八，电站监控系统运行方式与国内存在差异。国内监控系统具有独立的同期装置、独立的温度巡检装置、保护装置的分布式系统。加拿大Powerbase小型水电站系统采用该公司独立研发的系统。在机组保护等方面采用了整体化分级模块的方式，当其中一个模块出现问题时会影响其他模块的工作与运行。而且在显示运行状况时经常出现全英文界面，不便于运行人员操作和掌握。

2.3 电站监控系统改造必要性分析

2.3.1 完善电站安全运行

目前，国内的水电站自动化系统日趋成熟，其技术标准充分参考了国际标准，控制水平也达到了国外同类技术水平，并且可结合国内电站运行特点建设。信息系统具有良好的通用性、可扩容性和升级能力。

2.3.2 运行基础可靠

目前，汾河电站正在进行增容改造工程项目，其水轮机、发电机、调速、辅机系统、电气设备均进行了更新，与原有自动化系统相对接，存在很大的困难，直接影响到电站运行。建立新的系统可根据新采购设备重新合理设计，避免设备与控制不配套。

2.3.3 便于与运行人员相结合

国内监控系统的人员培训和技术支持比较完善，而且不存在语言和交流上的困难，对运行人员素质要求较低，有利于人员技术水平短期内较大提高。

2.3.4 实现电网对电站通信及调度自动化

目前，电站电力系统通信方式和信息采集方式均不稳定，新系统的建立将为电网通信打下良好基础。

3 改造方案

3.1 改造原则

一是电站监控系统设计采用最新的计算机硬件、软件及网络技术，按全计算机监控、微机保护进行配置，计算机监控、保护系统能够满足自动控制和安全自动化要求，保证电站运行管理能达到“无人值班，少人值守”。

二是电站监控系统满足工业要求的安全可靠、经济实用、技术先进、功能齐全和便于扩充等基本原则。

三是系统设备选用国际工业标准、国内成熟稳定的技术产品，并且在国内有良好的运行业绩和稳定的运行时间，保证系统有稳定可靠的备品备件和产品升级与更新换代，充分保证电站的投资和利益。

四是系统设计符合计算机技术发展的特点，采用模块化、结构化设计，便于硬件设备的扩充及系统规模的扩展。

五是系统实时性好，抗干扰能力强，计算机监控系统软硬件安全可靠，能适应电站现场环境的要求，能完成各种现地控制，满足电站运行人员操作习惯。

六是监控系统具有多种通信接口，便于与励磁、调速器、直流系统等站内智能设备进行通信，同时预留远方调度等通信接口。

3.2 改造方案

电站监控系统采用全分布开放式网络控制系统，单层工业以太网结构。其控制级别分为站控级、现地控制级。

站控级设主控级计算机兼操作人员工作站和系统服务器2台，实现双机热备用。同时设置通信服务器1台以及GPS和网络交换等设备。站控级主要完成以下功能：负责协调和管理各现地控制单元的工作、收集有关信息并作相应处理和存储；通过人机接口对数据库和画面在线修改、进行人工设定、设置监控状态、修改定值等，并可下传控制指令至现地级。

现地控制级配置机组LCU、公用设备LCU等现地控制单元。主要完成以下功能：现地LCU完成机组各种模拟量、开关量的采集、计算、工程量变换，进行数据有效性校核等；显示机组参数和状态量、机组辅助设备的状态、实时时钟；机组LCU自动按流程完成开停机操作。在接收站控级命令后，自动完成主/备转换及运行工况调节或分步手动完成；机组LCU通过自动准同期装置或手动准同期装置，进行同期操作；公用设备LCU完成对变电站和全厂公用设备的信息采集和控制。

4 结论

汾河水电站于2015年4月通过了机组试运行验收。目前，机组运行稳定、状态良好，运行人员对新系统可以较快熟悉，机组运行效率得到了提高，达到了原改造目标。