关于水电站自动化监控系统的设计探讨

张云枫+陈斌+杨帆+汪霞+李忠

摘要：水电站作为我国的基础设施建设，在发展期间对于自动化监控系统的要求越来越高。考虑到机组容量加大，自动化控制关系到水电站生产运行的安全性。本文水电站自动化监控系统的设计相关内容进行了簡要探讨，以供参考。

关键词：水电站；自动化监控系统；设计

我国水资源得天独厚，储备丰富，地势条件优越，水利工程的修建有极大的便利。有效地开发和利用水资源为人类服务是水利部门不懈努力的方向，修建水利工程是关系到国计民生的大事，必须在建设过程中做好质量控制，确保其在各种自然灾害面前起到防洪防漏功能，因此工程建成后的维护和运行是至关重要的工作，必须采取积极有效的措施，应用自动化监控技术，实现监控和维护功能，逐步增强水力开发力度，实现可持续发展，提高水电站的发电功效。全面推行计算机的监控网络，应用综合自动化系统不仅可以减少人力物力消耗，提高发电质量和效率，成为水电站的必然发展趋势，拥有良好的经济效益和社会效益。

1水电站自动化监控系统概述

远程监控模式在我国水电站的应用较为广泛，其通过数个CPU统一运行实现，这种监控模式可防止某一处出现故障而影响整个系统运行，其可使电缆的使用量减少，成本降低。但由于其使用的是CAN总线设计，将影响系统的通讯速度。现场总线监控模式是借助局域网、以太网、现场总线等计算机网络技术对水电站的运行情况进行监控，其具有成本低和通讯量的优势，各个装置相对独立，可提升系统可靠性。为实现对全站设备的实时监控，必须对现地控制单元进行合理利用，同时对上述构成部分进行重点注意。同时对自动化监控系统的有效利用还可以实现对发电机组的监视、控制以及调节，辅机的自动控制也需要通过计算机监控系统进行实现。自动化监控系统主要采用开放式分层分布的方式进行，其数据库也是呈现出全方位分布的状态。计算机监控系统可将起功能作为依据对其进行分类，上位机以及下位机就是按照上述分类方法进行所产生的结果。通信介质以及相关网络设备是上位机以及下位机在实际进行连接的基础与依靠。总线型、环形以及星形结构共同构成完整的系统功能连接，这种现象的形成与自动化监控系统的有效利用有直接关系。

2水电站应用自动化监控系统的益处

2.1保证电能供应能力

保证水电站的电力输送，平衡稳定电压，调节电力，保证电能的质量。使用机械控制电力输送，人力的不稳定过高。机械控制有利于保证电力输送的安全性。自动化监控系统无人管理及时掌握调节标准，从而做到调节的精准化和速度化，提高故障处理的效率，能够保证电力系统的正常运行，保证电能的质量水平。

2.2保障工作稳定性

由于电力是人们日常生活不可缺少的一部分，保证电力的稳定性输送有利于稳定经济发展，保障居民生活。自动化监控系统有利于水电站的自动化管理，实现全方位的机械监控，减少灾难发生的概率。即使出现安全事故，系统也可以及时的进行排查，保证了设备的平稳安全运行。

2.3提高经济效益

通过对水电站的无人管理可以有效地提升水电站的经济效益。在自动化的管理情况下，自动化监控系统会对资源进行合理的分配，达到资源利用的最大化，保证水电站的高效运作，有力地提高了水电站的经济效益。例如，当洪水来临之时可以通过调节水量，保证下游人民的生活状态良好，保证在干旱期河流下游不干涸，达到自然灾害的最小化，经济效益的最大化。

3水电站自动化监控系统的组成

3.1计算机数据采集监视系统

常称DAS，计算机在数据采集处理时，主要对物理参数进行巡回检测、数据记录计算、统计处理、参数越限报警、大量数据的积累与实时分析，以表格或图形形式将结果显示在显示屏上，对一些重要参数定时打印。

3.2直接数字控制系统

简称DDC，是微处理数字控制器或计算机对生产过程进行闭环控制的系统，它是以对生产过程的实际测量值与给定值相比较的偏差值作为计算机的输入，计算机按照规定的控制规律所描绘的数字模型进行运算。这样的水电站自动化系统可以实现调速器的功能、实现励磁调节器的功能、实现同期并列的功能操作、实现运行现场设备的全面保护。

3.3操作指导控制系统

简称OIS，计算机开环监督控制系统。功能为采集和处理数据、反应生产过程各类数据给操作人员、提示操作信息。该控制系统是一种开环控制系统，无反馈信号。其任务主要为：正常运行控制、紧急控制、恢复控制。

3.4多功能分级控制系统

简称Hcs，它是在计算机、控制、CRT显示、通信等技术基础上应运而生的多功能控制系统。集控制和管理于一体的工程系统，可以优化局部过程控制及全局总目标总任务，体现了系统工程的分散与协调概念，有效解决了大型工业生产过程中的管理、控制以及优化问题。

3.5现场总线控制系统

简称FCS，作为新一代分布式控制结构，还处在发展阶段，大致可分为：现场设备和人一机接口组成的二层结构的FCS；现场设备、控制站和人一机接口组成的三层结构的FCS；DGS扩充了现场总线接口模件所构成的FCS。

4水电站自动化监控系统的设计

4.1数据采集和处理设计

①采集机组各电气量和非电气量，做工程值变换和预处理，并根据需要上送电站控制层。②收集主、辅设备、继电保护和自动装置的状态量，并上送电站主控制层。③温度的采集与处理：机组测温由单功能的微机温度巡检装置完成，该装置独立于电站计算机监控系统，与电站计算机监控系统机组PLC的智能通信板以串行通信方式实现通信。

4.2安全运行监控设计

完成机组监视对象状变监视、越限检查、过程监视及现地控制单元异常监视。在脱离电站控制层的情况下，确保机组安全运行。①状变监视：当监视对象发生状变和继电保护及自动装置动作时，其动作信号在现地控制单元上有简明的LED指示或CRT显示，并上送电站控制层。②越限检查：对于部分采集到的电量和非电量，单元级应做越限检查。③过程监视：监视机组起动前起动条件和工况转换过程的顺序，并上送电站控制层。④现地控制单元异常监视：现地控制单元的硬件、软件故障时，要求现地报警指示，并上送电站控制层显示并打印。

4.3控制和调整设计

1）机组现地控制单元能自动完成开、停机操作和有功、无功功率的调节，而不需依赖于电厂主控级。在接收电厂主控级命令后，工况转换及调节能自动完成，也能分步手动完成。

2）机组LCU盘上装有现地/远方控制权切换开关，当开关投到现地操作方式时机组LCU能屏蔽掉电厂主控级发来的命令，仅执行现地LCU发出的命令；当开关投到远方操作方式时，机组LCU接收执行电厂主控级发来的命令，而不执行现地LCU发出的命令。

3）机组控制单元顺序控制包括：①正常的自动开机（并带负荷到设定值）；②自动开机到并网空载运行；③自动开机到并网运行；④正常自动停机；⑤紧急停机；⑥事故紧急停机；⑦励磁系统的控制（连控）；⑧主进水阀（球阀）及旁通阀的流程控制；⑨机组辅助设备的控制（连动）。对于事故停机应根据紧急程度分别作用到不同的自动停机程序。接受继电保护装置、机械保护装置发来的事故信号，除作用于事故停机外，还可作用于灭磁开关的跳闸回路。

4）机组同期并网方式：机组同期并网为自动准同期方式。电站按每台机组分别装设一套单对象微机自动准同期装置作为正常同期，由计算机监控系统选择同期对象。

结语

综上所述，加强对水电站自动化监控系统设计与应用问题的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的水电站自动化监控系统设计过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献：

[1]陈泰山.浅议如何进行水电站自动化监控系统的监理[J].中国科技信息，2013.

[2]李琦.基于水电站自动化监控系统抗干扰的分析[J].大科技，2015.

作者简介

张云枫，男，1981.8，江西九江人，本科，单位：国网江西省电力公司柘林水电厂，研究方向：电力系统及其自动化