试论水电站综合自动化改造工程

 摘要：综合自动化改造水电站，其运行情况依赖于自动化装置的实用性及成熟性。本文结合工程实例，详细阐述了基础自动化改造、系统结构等方面，对实际工程中微机监控系统的设计进行选型，供广大工程设计人员参考。 

关键词：基础自动化，选型；系统结构；改造 　　 

　　 随着改革开放的进一步深入和国民经济的高速发展，社会对电力的需求日益增强，各行各业对电能质量的要求越来越高。电力行业针对自身所存在的自动化水平低下，难以满足社会对高质量的电能的要求等问题，提出了对老式水电进行综合自动化改造，现以具体工程为例。 

　　1、工程概况 

　　河头二局水电站位于广东连平，装有3台单机容量为0.25MW水轮发电机组，3台3.5 MVA油浸自冷式变压器，1条35 kV输电线路。采用常规中控室集中控制方式对电站主辅设备进行监控。为提高电站控制自动化水平，减轻值班人员的劳动强度，按照实现”无人值班”(少人值守)，能够在连平进行远方控制操作，电站只保留少数值守人员，达到”遥控、遥调、遥测、遥讯”四遥功能，取消常规控制方式的要求。 

　　2、基础自动化改造 

　　2.1调速器 

　　经过研究，确定选用调速器的原则： 

　　(1)设备须有高度的可靠性和一定的先进性； 

　　(2)能够很好的与微机监控系统进行连接； 

　　(3)具有较高的性能价格比； 

　　(4)运行操作简单，维护工作量小。 

　　经过充分的论证比较，从安全及技术先进性、发展方向，运行操作简单，维护工作量小考虑，决定采用武汉星联控制系统工程有限公司生产的YWT-6000-GX型PLC调速器。该调速器是目前国内比较先进的新一代的调速器，这种调速器具有结构简单、速动性好、可靠性高，维护工作量少(基本上可实现免维护)，既可通过常规方式与计算机监控系统连接，也可通过串行通讯方式与计算机监控系统连接，符合整体改造要求。 

　　2.2励磁系统 

　　确定选用励磁装置的原则。 

　　(1)设备须有高度的可靠性和一定的先进性。 

　　(2)能够很好的与微机监控系统进行连接。 

　　(3)具有较高的性能价格比。 

　　(4)运行操作简单，维护工作量小。 

　　经过充分的论证比较，从安全及技术先进性、发展方向，运行操作简单，维护工作量小考虑，决定采用武汉星联控制系统工程有限公司生产的TDWLT-02型微机励磁调节装置。这种励磁调节装置可靠性高，维护工作量少，既可通过常规方式与计算机监控系统连接，也可通过串行通讯方式与计算机监控系统连接，符合整体改造要求。可有效确保励磁系统安全可靠运行。 

　　2.3自动化测量元件 

　　自动化测量元件选型配置是否合理将直接影响到机组的安全稳定运行及微机监控系统改造的成败。我站对自动化测量元件选型配置的原则是：高可靠性和先进性、维护方便、高性价比、标准化和系列化。对于电量变送器：考虑到安全可靠性，对重要测量点(7台机组及1条35kV出线)采用广州市源博自动化工程有限公司生产的组合型变送器(可测量三相电压、电流、频率、有功、无功、功率因素等)；其他测量点则根据需要亦采用广州市源博自动化工程有限公司生产电压、电流、频率、有功、无功、直流电压、直流电流变送器单元箱。组1000合型变送器采用通讯的方式直接与LCU的工控机进行通讯，其它变送器的输出量均为4―20 mA，送至PLC的模拟量输入模块。 

　　3、微机监控系统的设计选型 

　　在完成基础自动化改造后，2004年开始全面进行计算机监控系统设计选型、安装，2005年6月份安装完成进行调试后投入运行。 

　　3.1计算机监控系统的主要监控对象及全厂需要监控的信息量 

　　(1)七台水轮发电机组及其辅助设备和附属设备：水轮发电机，调速器压油装置，主阀及其压油装置，供水系统，励磁变压器，6.3kV开关室的断路器，隔离开关，励磁系统。 

　　(2)开关站及电站公用附属设备，主要有：主变压器及其通风系统等辅助设备和35 kV出线的断路器、隔离开关、检修接地开关；厂用变及400V厂用电系统；全厂公用设备：水库水位、尾水水位、水头、排水系统，高低压气机，油压系统及直流系统设备。 

　　3.2选用微机监控系统的原则及对软硬件的要求 

　　(1)选用微机监控系统的原则 

　　①按照“无人值班”(少人值守)的原则，既要实现站内的监控，又能实现远程监控。 

　　②监控系统须有高度的可靠性和一定的先进性。 

　　③应采用成熟的、可靠的、标准化的硬件、软件、网络，且有足够的备品备件和技术长期的服务支持。 

　　④监控系统软件应采用模块化、结构化设计，保证系统的可扩性，并满足功能增加及规模扩充的需要。系统应具有冗余容错设计，不会因局部的故障而引起系统误操作或降低系统性能。各LCU应能脱离主控级独立运行。 

　　⑤选用全开放、分布式的系统结构，系统配置和设备造型应适应计算机发展迅速的特点，具有先进性和向上兼容性。 

　　⑥监控系统必须响应速度快，可靠性和可用率高，可维护性好。 

　　⑦监控系统实时性好，抗干扰能力强。 

　　⑧监控系统应有与T业电视系统、火灾报警系统、闸门监控系统、大坝监测系统、水情测报系统、机组状态维护系统等通信的接口。 

　　⑨人机接口功能强，人机界面采用中文且操作方便，便于二次开发：具有汉字显示和打印功能，人机联系操作方法应简便、灵活、可靠，操作采用鼠标为主，键盘为辅。 

　　⑩具有较高的性能价格比。 

　　(2)对软硬件的要求 

　　①硬件：在保证系统叮靠性、性能、质量、开放的同时，尽量减少设备的多样性，以便增强系统内没备之间的兼容性、替换性，减少备品备件的数量，方便我方熟悉、掌握。采用经过1S09000质量标准认证的国际著名厂商生产的、性能价格比高的硬件产品。具体要求是：操作员工作站选用带双屏21”彩色显示器进口工作站，主频、内存、硬盘、高速缓存采用主流配置；电话语音报警可选用同产服务器；工控机及可编程控制器、开入板、开出板及模入板采用进口器件。 

　　②软件：系统软件上位机使用LINUXOS操作系统(具有很强的综合运算能力、高速的数据处理能力，可以保证整个系统具有很好的实时响应能力，并可安全可靠地长期运行)，工控机采用Windows操作系统(可使运行人员易学易懂，可较快掌握各种操作)。应用软件使用电力临控专用软件。 

　　③微机监控系统选型。依据已研究制定的微机监控系统的选用原则及对软硬件的要求组织专业技术人员经过广泛的市场调查、严格的筛选，最终选4种方案供选择：（1） 中国水利水电科学研究院自动化所研制的H9000微机监控系统；（2） 阿尔斯通(天津)电力系统有限公司研制的Alspa 8000一P320微机监控系统；（3）南瑞自动控制有限公司研制的ssj～3031水电厂自动化监控系统；（4）广州市源博自动化工程有限公司自行研发的水电站自动监控系统。 

　　经过充分的经济技术论证、重点考虑安全可靠性及良好的售后服务，决定采用广州市源博自动化工程有限公司自行研发的水电站自动化自动监控系统。选用该公司的产品主要基于以下两点考虑：该自动监控系统经过众多用户多年的使用证明其可靠性高，界面好，操作维护简单，扩展性好；该公司是广东省水利厅下属企业，有良好的技术保障，总部在广州，售后服务方便快捷。监控系统选型完成后，决定由广州市源博自动化工程有限公司按甲方要求采购设备硬件，开发应用软件并在监控系统安装后负责现场调试 、 

　　4、系统结构 

　　广州市源博自动化工程有限公司自行研发的水电站自动监控系统采用全开放分层分布式的网络控制系统。分为远方控制层(城关调控室)、主控层(电站中控室)、单元控制层(现地控制单元)。 

　　主控层与单元控制层之间连接方式采用RS485/RS232网络连接，远方控制层通过网关、光纤调制解调器、光缆与电站主控层的光纤调制解调器、操作员站接口连接。现地控制单元拥有最高操作权限。当主控层微机或者主控层与现地层的通讯有故障时，可以通过现地层的西门子S7-2020000的触摸屏对机组进行相关操作。 

　　经论证后选择的自动化硬件、软件以及系统构造的系统安全性、承受能力、操作安全性、通讯安全性、网络特征、软件及其安全性、系统自检测等性能指标均能满足要求，系统具有优良的开放性和扩充性，操作系统提供标准的软件接口，各种应用软件均可移植进入系统。 

　　5、结束语 

　　总之，本工程水电站的改造经验证明，综合自动化能否顺利完成，在很大程度上取决于自动化元件的可靠性。因此，在进行综合自动化改造时，应着重对基础自动化元件改造，采用新型可靠性高的自动化元件，以保证整个水电站的安全运行。