白石水电站自动化系统应用分析

王颖

（辽宁省白山水库管理局，辽宁 朝阳 122000）

白石水电站自动化系统应用分析

王颖

（辽宁省白山水库管理局，辽宁 朝阳 122000）

水电属于清洁能源的一种，其具有可再生、无污染、运行成本低等优点，不但能够进一步提高资源利用效率，而且还能显著提高经济效益。文章从辽宁省白石水库水力发电站的微机自动化系统发展过程、对电站的微机自动化系统的总体设计方案、系统设计与实现及应用效果进行了详细介绍。期望通过此研究对小水电站的微机自动化系统有一定的了解，扩大微机自动化系统在小水电站中的应用。

微机自动化；白石水电站；运行效率

白石水库位于辽宁省北票市上园镇附近的大凌河干流上，是“九五”期间辽宁省的一项重点工程。白石水电站为坝后式电站，电站坝段位于25，26 号坝段。电站系利用弃水发电，装设 4 台水轮发电机组，装机容量为 9800kW(1600kW*1+ 4000kW*2+200*1)，电站设计年运行 2305h，设计年发电量 2213 万 kW·h。发电机出口电压 6.3 V 和 0.4kV，2 台主变 压 器（66kV/6.3kV），容量为 6300kVA，1 台联络变,10kV/6.3kV，容量为800kVA，1 台厂用变 （6.3kV/0.4kV），容量 315 kVA。2001 年4 月第一台机组并网发电。

1 自动化系统概况

2001 年, 白石水电站设计之初采用了许多当时先进的技术，特别是调速器设备使用了可编程控制器，技术先进、可靠性高、抗干扰性强，通过R232 接口与上位机通信。设备完全满足当时的自动化要求。但是运行 6 年后，根据《农村水电自动化设备（监控保护）应用指导意见》的要求，电站的自动化系统有了很大的差距。产品不匹配，性能不可靠，硬件老化，系统通讯不畅，无法完成一些自动控制。调速器和励磁设备的先进性得不到充分发挥。降低了机组运行稳定性，增加了人员的劳动强度。2008 年，经过多方论证，白石水电站进行了微机自动化系统全面改造。

2 微机自动化系统改造的具体应用

以前的微机自动化系统硬件已经老化，软件系统通讯不畅，2008 年根据根据《农村水电自动化设备（监控保护）应用指导意见》的要求，对白石自动化系统进行了一次改造。改造情况如下：

2.1 工作范围

计算机监控系统的工作范围，4台水轮发电机组及其润滑系统、励磁系统、调速系统，2 台主变，1回 35kV 线路，4 台发电机组机端电压设备，电站公用设备包括直流电源系统、厂用交流电源系统、技术供水、渗漏排水、高低压气机、进水闸门控制、上游水位与尾水位监测系统等。

2.2 总体设计方案

此系统由硬件和软件设计2个部分组成一个完成的微机综合自动化系统。

2.2 ．1 硬 件

为了进一步提高系统的运行可靠性，此系统采用分层分布式框架结构，全站按全计算机监控进行总体设计和系统配置。整个系统由几个部分构成：管理层、主控制层、LCU、通信网络、GPS 同步时钟等等。整个系统按厂站级控制层和现地控制层进行配置。2层之间采用高速通讯网，构成高可靠的网络结构。硬件采用标准模件，即便宜于硬件设备的扩充，又适应功能的增加和系统规模的扩展。

2.2 ．2 软 件

小水电站微机自动化系统的软件设计是关键环节，软件必须具备足够的安全性、可靠性、先进性、开放性，为了确保这一目标的实现，此系统软件采用功能分块、结构分层的设计思想，监控系统的软件结构如图1所示。

图1 微机自动化监控系统软件结构图

1）操作系统。上位机软件安全、稳定运行的前提和基础是系统软件，为此，经过综合考虑后，决定采用实时性好、多任务的 Windows2000 作为操作系统。

本科教学方式方法与专科、高职的教学方式方法截然不同，表现在：思想性和理论性强，知识容量大，不过度依赖教材、融入其他各家思想内容，教师的知识面广、深，教师有自己的见解，提纲挈领式教学，学生参与性强，等等。这要求教师首先阅读大量的经典著作，崇尚学术研究，形成扎实的学科专业理论和知识、良好的科研素养和较高的科研水平，要求教师在教学中注意培养学生的学术兴趣、学术素养，包括如何阅读经典图书、如何梳理学科理论和知识、如何进行学术研究、如何收集整理学术资料数据等。只有这样，才能倒逼学生去图书馆查阅资料，阅读经典，完成学业，也才能形成良好的学风。

2）实时数据库。该数据库的基本单位是变量，它所描述的是自动化系统监控以及管理数据点的集合，其包含在组态软件当中。

3）历史数据库。该数据库可以选择一个商用数据库，如 SQLServer，Access等等。

4）组态软件。该软件的出现使设计人员能够在非常短的时间完成性能较为先进的控制系统开发，软件设计周期大幅度缩短，既节省了人力和物力，又进一步降低了工程造价。此系统的后台监控软件选用的是 EpSynall水电站自动化软件，这种软件不但可靠性和实用性较好，而且符合电力标准的要求。

2.3 系统设计与实现

2.3.1 LCU 层

主要任务如下：自动采集电站的各种开关量、电气量、脉冲量、模拟量等运行状态和参数，并对采集回来的数据进行运算处理，然后完成控制输出。

1）数据采集。此系统在本电站的应用中需要重点采集的数据有以下几大类：电气量数据，如变压器和线路的电压、频率、有功及无功功率等等；开关量数据，如断路器的状态、隔离开关的状态、保护动作信号、油水系统状态等等；模拟量数据，如大坝前后以及集水井的实际水位等等；脉冲量数据，如电度表的输出脉冲等等。

3）人机接口。水电站的操作人员可以借助 LCU的智能屏来实现人机接口功能。

4）数据通讯。利用通信网络向后台的监控系统传输来自于水电站各个设备的实际运行信息，具体包括数字量、模拟量、开关状态等等。同时，接受来自后台控制系统发出的各种监控指令，如操作指令、调节指令等等。

5）自诊断。LCU 中各个模块全部带有自检功能，并且可以利用液晶显示屏进行显示和报警。此外，各个模块均具备自动恢复功能，当软件出现运行问题时，可以在保留历史数据的基础上，自行重启，这样模块便可以重新恢复到正常运行状态。

6）调控。通过接受后台监控系统的指令，对水电站主机和全部辅助设备进行控制，具体内容包括机组顺序控制、同期并网、紧急停机等等。同时，还可以按照预先设计好的负荷值对发电量进行适当调整。

2.3 ．2 系统通信网络结构设计

通信网络包括硬件装置和软件系统两个部分。其中，硬件装置是微机自动化系统的实际装置，是实现网络通信的物质基础，主要涵盖网络适配器、智能检测设备、计算机、继电保护装置以及PLC 等；软件系统是微机自动化系统运行中所需要的各种程序，是实现网络通信的重要手段，主要由监控软件、通信协议、操作系统构成。

1）硬件结构。由于此系统选用的设备种类比较繁多，加之生产厂家均不相同，所以必须解决通信方式的统一问题，从技术经济性方面进行考虑之后，决定采用以下两种网络适配器：一种是CANET-E，另一种是 EDG4516+网络适配器。

2）后台软件。微机自动化系统的后台软件由通信协议、操作系统、组态软件以及功能应用软件构成，后台软件负责管理整个系统资源，以确保系统功能的实现。

3）通信规约。该系统选用的是 EpSynall组态软件，软件的研发公司针对具体应用开发出了各种电力自动化系统的标准协议，如 Modbus，SC1801，CDT 等等，这些协议基本能够兼容本系统中所有的智能设备，从而使得系统设计更加简单、方便、快捷。如 PLC 与上位机之间的通讯可利用 Modbus协议实现。

2.4 应用效果分析

此系统设计完成之后，在白石水电站中应用了 5 年，自投入运行以来，微机自动化系统没有出现误动、拒动等现象，能够保证系统稳定可靠运行。在开机状态下，中控室可以通过一个指令完成机组开机、并网或停机的操作，当系统发生故障时，该系统可以自动停机，以保护机组。利用系统后台能够实现对机组运行情况的集中监控，自动巡回检测电站的重要运行参数。因微机自动化系统具备技术先进、经济可靠、自动化程度高等特点，所以能够满足小水电站无人值班的控制要求。

3 结语

综上所述，基于对白石水电站的微机自动化系统的简析，阐述了微机自动化系统在小水电站中的重要作用。由于国内的小水电站主要肩负的是发电任务。故此，在未来一段时期，应当将研究的重点放在系统各方面功能的完善上，尤其是对发电机组运行的监控方面，这样有助于提高机组的运行稳定性和可靠性，从而为小水电站的正常发电提供保障。

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1002－0624（2014）04－0066－02

2013-12-27