1、水電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用水電站自動(dòng)化技術(shù)概念的引進(jìn)水電站的組成部分主體設(shè)備：水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器輔助設(shè)備、一次輸電變電所設(shè)備、二次測(cè)量、監(jiān)視、控制、保護(hù)設(shè)備、消防監(jiān)視系統(tǒng)、水文自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)一、水電站自動(dòng)化概要1 .水電站自動(dòng)化的作用水電站自動(dòng)化可以在無(wú)人(或少數(shù)人)直接參加水電站生產(chǎn)過程的操作、控制和監(jiān)視的情況下，按預(yù)定計(jì)劃或程序自動(dòng)進(jìn)行。 水電站自動(dòng)化程度是水電站現(xiàn)代化水平的重要指標(biāo)，同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)也是水電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不可或缺的技術(shù)手段。水電站自動(dòng)化的作用主要表現(xiàn)在以下方面(1)提高工作可靠性：水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，可以用各種自動(dòng)裝置迅速、準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)行檢測(cè)、記錄和報(bào)警，防止異常工作狀態(tài)發(fā)

2、展成事故，保護(hù)事故發(fā)生的設(shè)備免遭更嚴(yán)重的損害，提高了電力供應(yīng)的可靠性。 另一方面，通過各種各樣的自動(dòng)裝置完成水力發(fā)電站的各操作和控制(例如，與停止駕駛操作并行)，不僅能大幅度減少駕駛員誤操作的可能性，還能減少事故發(fā)生的機(jī)會(huì)，還能大幅度地加速操作和控制的過程，特別是在事故緊急時(shí)，系統(tǒng)(2)提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性：水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，根據(jù)系統(tǒng)分配給電廠的負(fù)荷和電廠的具體條件，進(jìn)行合理規(guī)劃，在保持高水頭運(yùn)行的同時(shí)，合理選擇投入臺(tái)數(shù)，使機(jī)組在高效率區(qū)運(yùn)行，可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效果。 如何實(shí)現(xiàn)各電站的合理優(yōu)化規(guī)劃，避免不必要的廢水，充分利用水力資源，對(duì)階梯電站尤其重要。 此外，水電站通常是水力資源綜合利用的一部

3、分，必須考慮電力系統(tǒng)、航運(yùn)、灌溉、防洪等要求，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件復(fù)雜，僅靠人工控制難以實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，有助于電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。 特別是對(duì)于有調(diào)節(jié)能力的水電站，使用電子計(jì)算機(jī)不僅能預(yù)報(bào)計(jì)算水庫(kù)的水，還能綜合水位、流量、系統(tǒng)負(fù)荷和各機(jī)組參數(shù)等參數(shù)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行程序自動(dòng)控制，大幅度提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。(3)保證電能質(zhì)量：已知電壓和頻率是測(cè)量電能質(zhì)量好壞的兩個(gè)基本指標(biāo)。 電壓正常偏差不超過額定的5%，頻率正常偏差不超過額定的0.20.5HZ。 電壓和頻率的穩(wěn)定主要依賴于電力系統(tǒng)中的無(wú)效功率和有效功率的平衡。 因此，為了將系統(tǒng)電壓和頻率維持在規(guī)定范圍內(nèi)，必須迅速且正確地調(diào)節(jié)來(lái)自發(fā)電機(jī)組的有效功率和無(wú)

4、效功率。 特別是在發(fā)生事故的情況下，迅速的調(diào)節(jié)和控制對(duì)迅速恢復(fù)電力質(zhì)量有著決定性的意義，但這一過程僅通過手動(dòng)操作，在速度方面和精度方面都很難實(shí)現(xiàn)，只能用自動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)。 提高水電站自動(dòng)化水平是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要措施之一。(4)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善工作條件：水電站多位于偏僻山區(qū)，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，員工長(zhǎng)期生活在惡劣的環(huán)境中。 實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化后，許多工作由各種自動(dòng)裝置以一定的程序自動(dòng)完成，將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)取代人工操作、定時(shí)巡回檢查、記錄等復(fù)雜的勞動(dòng)，大幅度改善了運(yùn)行者的工作和生活環(huán)境，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了運(yùn)行管理水平。 同時(shí)，還可以減少運(yùn)行人員，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低運(yùn)行費(fèi)用和電力成

5、本。2 .水電站自動(dòng)化的內(nèi)容水電站自動(dòng)化的內(nèi)容與水電站的規(guī)模和在電力系統(tǒng)中的地位和重要性、水電站的型號(hào)和運(yùn)行方式、電主布線和主要機(jī)電設(shè)備的型號(hào)和配置方式等有關(guān)。 總的來(lái)說(shuō)，水電站的自動(dòng)化包括以下幾點(diǎn)(1)完成水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)方式的自動(dòng)控制：一方面實(shí)現(xiàn)停止運(yùn)轉(zhuǎn)和并聯(lián)、發(fā)電轉(zhuǎn)相和轉(zhuǎn)相發(fā)電等自動(dòng)化，上述各操作按設(shè)定的順序自動(dòng)完成，另一方面自動(dòng)維持水輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)系統(tǒng)要求和發(fā)電站的具體條件實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組實(shí)現(xiàn)單元間負(fù)載的經(jīng)濟(jì)分配，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)單元的有效功率和無(wú)效功率等。 另外，如果作業(yè)機(jī)事故或電力系統(tǒng)的頻率下降，可以自動(dòng)啟動(dòng)并投入備用機(jī)的系統(tǒng)頻率過高，可以自動(dòng)切除部分機(jī)組。(

6、2)完成水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備的運(yùn)行狀況監(jiān)視：發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子電路各電量的監(jiān)視、發(fā)動(dòng)機(jī)定子繞組、鐵心和各部分的軸承溫度的監(jiān)視、機(jī)組潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)的工作監(jiān)視、機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的工作監(jiān)視等。 發(fā)生異常的動(dòng)作狀態(tài)或事故時(shí)，迅速且自動(dòng)地采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施(信號(hào)的發(fā)送或緊急停止等)。(3)完成輔助設(shè)備的自動(dòng)控制：包括各種油泵、水泵、壓縮機(jī)等的控制，事故時(shí)自動(dòng)投入備用的輔助設(shè)備。(4)完成主要電氣設(shè)備(變壓器、母線及輸電線等)的控制、監(jiān)控和保護(hù)。(5)完成水工建筑物運(yùn)行狀況的控制和監(jiān)視：如閘門的工作狀態(tài)的控制和監(jiān)視、防污欄是否堵塞的監(jiān)視、上下流水位的測(cè)量監(jiān)視、取水壓力管的保護(hù)(導(dǎo)水式電站)等。二、水電站自動(dòng)

7、化技術(shù)的發(fā)展1 .通常的自動(dòng)控制系統(tǒng)水電站常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用最普遍，用電磁式繼電器構(gòu)成自動(dòng)控制電路，主要完成順序控制，電磁式繼電器是能構(gòu)成水電站設(shè)備保護(hù)的傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。 現(xiàn)有的自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)特定的控制對(duì)象構(gòu)成，每個(gè)控制對(duì)象的控制系統(tǒng)不同，如果控制對(duì)象的保護(hù)的種類或控制順序發(fā)生變化，則變更自動(dòng)控制電路。 常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的弱點(diǎn)是調(diào)節(jié)性能差，很難實(shí)現(xiàn)水電站設(shè)備的自動(dòng)調(diào)節(jié)和巡回檢測(cè)。2 .晶體管集成電路控制系統(tǒng)常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的弱點(diǎn)是調(diào)節(jié)性能差，難以實(shí)現(xiàn)水電站設(shè)備的自動(dòng)調(diào)節(jié)和巡回檢測(cè)等問題，隨著70年代晶體管集成電路的應(yīng)用，這個(gè)問題得到解決，可以利用晶體管模擬和數(shù)字電路技術(shù)構(gòu)成水電站的各種自動(dòng)

8、調(diào)節(jié)、巡回檢測(cè)和保護(hù)裝置例如，液壓調(diào)速器代替機(jī)械液壓調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷勵(lì)磁，晶體管勵(lì)磁系統(tǒng)代替勵(lì)磁機(jī)、雙繞組電抗分流勵(lì)磁等，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)整。限制：1 )，晶體管集成電路控制系統(tǒng)和通常的自動(dòng)控制系統(tǒng)一樣，是由硬件構(gòu)成的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，在變更調(diào)節(jié)控制對(duì)象的調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)，必須調(diào)整電路參數(shù)，在增減功能時(shí)，必須修正硬件電路2 )、電路的集成度不高，元件數(shù)量多的話，就存在元件性能的匹配性、篩選、劣化等問題。3 )、工作點(diǎn)漂移和溫度漂移等問題3計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，從80年代開始，電子計(jì)算機(jī)在各種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用、模塊化的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)出現(xiàn)，取代了傳統(tǒng)的以通常控制、人工

9、操作為主的控制模式，大幅度提高了水電站的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了水電站的“無(wú)人值班1 .系統(tǒng)構(gòu)成：采用計(jì)算機(jī)、可編程控制器(PLC )或智能I/0、微機(jī)繼電器保護(hù)裝置和專用智能測(cè)量裝置，通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線與各現(xiàn)場(chǎng)的控制站、智能裝置等有機(jī)連接，構(gòu)成了功能分工合作的分層分布式綜合監(jiān)視系統(tǒng)。2 .系統(tǒng)的主要特征：(1)開放的體系結(jié)構(gòu)，層次清晰，具有良好的可擴(kuò)展性。(2)分層分散系統(tǒng)可以根據(jù)被監(jiān)視的對(duì)象、功能進(jìn)行配置，具有良好的分散性、開放性和靈活性。(3)采用冗馀配置，具有較高的可靠性。(4)利用中文Windows操作系統(tǒng)和智能通信等先進(jìn)技術(shù)，便于系統(tǒng)升級(jí)。(5)靈活的結(jié)構(gòu)界面、人機(jī)界面能力強(qiáng)，界面

10、友好，容易掌握，設(shè)計(jì)、調(diào)整、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方便。3 .系統(tǒng)的主要功能：(1)實(shí)現(xiàn)電站設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控和記錄：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)完成電站設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、處理及設(shè)備運(yùn)行情況的自動(dòng)監(jiān)控和記錄，包括開關(guān)量信息監(jiān)控、模擬信息監(jiān)控、故障/事故警報(bào)、記錄和顯示、SOE點(diǎn)記錄和顯示。(2)實(shí)現(xiàn)電站自動(dòng)控制：根據(jù)上級(jí)的計(jì)劃要求和電站自身的具體情況，操作或調(diào)節(jié)電站設(shè)備。 包括設(shè)備的自動(dòng)開關(guān)和并聯(lián)及運(yùn)行情況的自動(dòng)轉(zhuǎn)換、設(shè)備的有效和無(wú)效負(fù)載的自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)發(fā)電控制AGC、自動(dòng)電壓控制AVC、斷路器操作等。(3)對(duì)發(fā)電機(jī)、主變、線路等主要設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)視。(4)實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行管理的自動(dòng)化：實(shí)現(xiàn)運(yùn)行報(bào)告的自動(dòng)生成、運(yùn)行

11、操作的自動(dòng)記錄、電站設(shè)備參數(shù)和整定值的記錄和保存，所有報(bào)告可以自動(dòng)或調(diào)用印刷和運(yùn)行者模擬訓(xùn)練等。(5)系統(tǒng)通信：實(shí)現(xiàn)與高級(jí)調(diào)度、水信息測(cè)量系統(tǒng)、事務(wù)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，充分發(fā)揮系統(tǒng)整體的綜合利益。4 .綜合自動(dòng)化系統(tǒng)模型這部分是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。 根據(jù)計(jì)算機(jī)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用與常規(guī)監(jiān)控設(shè)備的關(guān)系，一般有以下三種模式以通常的控制設(shè)備為主，計(jì)算機(jī)為輔助以計(jì)算機(jī)為主，以通常的控制設(shè)備為輔助取消普通控制設(shè)備的權(quán)限計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)。水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的劃分1 .按受控制的調(diào)節(jié)對(duì)象進(jìn)行區(qū)分1 )、網(wǎng)格層控制系統(tǒng)2 )、電站層控制系統(tǒng)3 )、單元層控制系統(tǒng)4 )、功

12、能單元層控制系統(tǒng)網(wǎng)格層自動(dòng)控制系統(tǒng)電站樓層自動(dòng)控制系統(tǒng)供水閘門功能單元供水主閥功能單元單元層自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)供水功能單元滲漏排水功能單元檢查排水功能單元高低壓壓縮空氣功能單元消防供水功能單元消防監(jiān)視功能單元頻率調(diào)整功能部勵(lì)磁調(diào)整功能單元機(jī)組溫度巡回檢測(cè)功能單元單元技術(shù)供水功能單元2 .按自動(dòng)化程度劃分1 )全自動(dòng)控制系統(tǒng)2 )半自動(dòng)控制系統(tǒng)3 )手動(dòng)控制3 .按自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成進(jìn)行區(qū)分1 )通常的自動(dòng)控制系統(tǒng)2 )靜態(tài)集成電路控制系統(tǒng)3 )計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)4 .按控制距離1 )定位控制2 )遠(yuǎn)處控制四、微機(jī)綜合自動(dòng)化在中小水電站的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)電站的遙控、遙控、遙控、遙控等遙控功能。 達(dá)到電

13、站無(wú)人值班和少數(shù)人工作的目的。1 .計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)的構(gòu)成1 )、電站控制層的配置電站的控制層設(shè)備設(shè)置在中央控制室，由主機(jī)的操作站、通信站、主控制臺(tái)、漢字打印機(jī)、GPS時(shí)鐘同步裝置、語(yǔ)音報(bào)警裝置、UPS電源等構(gòu)成。電站控制層收集負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理各當(dāng)?shù)乜刂茖庸ぷ鞯南嚓P(guān)信息，進(jìn)行適當(dāng)處理和存儲(chǔ)，迅速、正確、有效地完成本站被控制對(duì)象的安全監(jiān)視和控制。 操作員可以在主控制室通過人機(jī)界面在線修正數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面，手動(dòng)設(shè)定、設(shè)定監(jiān)視狀態(tài)、修正限制值、進(jìn)行事故處理指導(dǎo)和恢復(fù)操作指導(dǎo)等功能，并可以傳達(dá)給LCU。 監(jiān)視命令的輸出只是監(jiān)視主機(jī)取得控制權(quán)的工作的執(zhí)行，作為另一個(gè)工作站，僅通過數(shù)據(jù)通信就沒有控制輸出，兩臺(tái)機(jī)器可

14、以相互跟蹤，系統(tǒng)軟件可以根據(jù)監(jiān)視主機(jī)的運(yùn)行和通信、硬件、軟件等狀態(tài)進(jìn)行跟蹤判別系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出切換信號(hào)，另一個(gè)工作站代替主機(jī)的工作，同時(shí)提示主機(jī)故障，在主機(jī)修復(fù)啟動(dòng)后，自動(dòng)轉(zhuǎn)移到監(jiān)視主機(jī)輸入數(shù)據(jù)，再次進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)。2 )、當(dāng)?shù)乜刂茖?LCU )配置現(xiàn)場(chǎng)控制分層單元LCU和公共LCU兩部分由人機(jī)接口終端(液晶觸摸屏)、智能I/O控制器、I/O模塊、輸出繼電器、準(zhǔn)同步裝置、溫度測(cè)量裝置、轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量裝置、數(shù)字測(cè)量裝置和交流直流雙電源等設(shè)備構(gòu)成機(jī)械、電氣一次設(shè)備及公共設(shè)備等的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各本地控制層和全站控制層的連接和信息交換，實(shí)現(xiàn)本地設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。 由于電站控制層而終止運(yùn)行時(shí)，

15、當(dāng)?shù)乜刂茖涌梢圆皇苡绊懙鬲?dú)立運(yùn)行。微機(jī)保護(hù)裝置、轉(zhuǎn)速、溫度巡邏、調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)等設(shè)備通過本地LCU連接以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制。 沒有部分通信接口的設(shè)備通過當(dāng)?shù)乜刂茊卧腎/0模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制和狀態(tài)檢查。3 )、通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式采用工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)為多模光纖和屏蔽雙重交流電纜。 網(wǎng)絡(luò)傳輸采用Modbus協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為100Mbit/s，節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到340個(gè)，網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點(diǎn)都能夠?qū)崟r(shí)地將信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，自動(dòng)發(fā)生故障。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成電站控制層各站之間和來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)控制層(LCU )的所有數(shù)據(jù)傳輸和各種訪問請(qǐng)求。 其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議符合

16、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織OSI模式。 具有良好的開放性。 計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)無(wú)論哪個(gè)部件發(fā)生故障都不會(huì)引起系統(tǒng)的誤動(dòng)作。 互聯(lián)網(wǎng)成熟可靠，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。4 )、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)(1)系統(tǒng)軟件：采用中文版美國(guó)微軟Windows NT軟件，實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性好，NT系統(tǒng)管理機(jī)密性高。 是用于操作系統(tǒng)并管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有資源，并提供其他軟件和系統(tǒng)資源(如CPU、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備)的接口，從而運(yùn)行其他軟件的環(huán)境。(2)應(yīng)用軟件：使用FIX7.0開發(fā)軟件、3D圖形軟件、PLC編程軟件，用于程序的編輯、編譯、軟件連接等。 具有良好的人機(jī)界面和全開特性。 一種能執(zhí)行多種通信協(xié)議的監(jiān)視軟件，與網(wǎng)絡(luò)上具有不同通信協(xié)議的

17、設(shè)備交換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)生成、監(jiān)視畫面、控制流、報(bào)告等配置靈活，使用和維護(hù)方便。5 )、繼電器保護(hù)系統(tǒng)的配置采用美國(guó)ABB公司生產(chǎn)的微機(jī)綜合繼電器保護(hù)裝置。 發(fā)電機(jī)、變壓器和線路保護(hù)裝置有8個(gè)開關(guān)量輸入和7個(gè)開關(guān)量輸出，一個(gè)是用于變化自我診斷的轉(zhuǎn)換接點(diǎn)輸出。 輸入和輸出可以是控制斷路器接通或信號(hào)的邏輯編程。存在各種通信協(xié)議，并且可以選擇Modbus Plus通信協(xié)議用于ABB2000R型微機(jī)保護(hù)，將測(cè)量記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到系統(tǒng)并保存。保護(hù)的配置整定：對(duì)于保護(hù)裝置的使用，首先進(jìn)行配置整定，輸入相關(guān)參數(shù)，保護(hù)裝置利用這些參數(shù)進(jìn)行保護(hù)功能和測(cè)量功能的計(jì)算，配置整定可以通過前面板的MMI或ECP軟件進(jìn)行操作。微機(jī)保護(hù)裝置具有故障記