论文部分内容阅读
摘要：随着计算机技术、通信技术的发展，中小水电站应用自动化技术已非难事，而由此带来的运行可靠、效益增加等好处是显而易见的。本文阐述了水电站电气自动化技术的主要内容，并结合实例分析了自动化技术的应用。
关键词：水电站；电气自动化；应用
在我国，水电站除了承担发电责任，还可以担负电力系统调频、调峰和为事故备用容量等任务。由于水电站生产过程相对简单，几十年前就已应用了自动化技术，但是早期的自动化设备体积庞大，而且性能也不够稳定。随着计算机技术与通信技术的发展，水电站自动化已实现“无人值班（少人值守）”的要求。据调查[1]，采用以计算机监控技术为核心的自动化技术后，水轮机整体效益可以增加5%左右。2012年，全国水电总装机容量2.49亿千瓦，总发电量8641亿千瓦时，按增效5%计算，可增发432亿千瓦时，企业增收130亿元，可见效益是非常突出的。另外，自动化技术的应用既提高了电能质量和供电可靠性，也优化了电力系统的运行效果，为智能电网的发展也可起到积极的促进作用。所以，自动化技术已成为水电站更新改造的必然选择。基于此，本文对水电站电气自动化技术及其应用进行了分析和探讨。
1 水电站电气自动化技术的主要内容
1.1 概述
水电站自动化系统包括水轮发电机组自动发电控制系统（AGC）水电厂计算机监控系统、工业电视监视系统、消防监控系统和水文自动测报系统等。如果考虑流域梯级水电站之间的相互依存关系，还应包括梯级水电站综合自动化系统。
1.2 水轮发电机组自动发电控制系统（AGC）
水电厂AGC是指根据电网调度指令，以经济的原则自动调整机组运行的台数以及机组之间负荷的分配，以满足用户的电力需求。控制方式分为单机功率控制和等值机组控制两种方式。单机功率控制比较简单，只要单台机组配置调功装置，水电厂内的远动终端（RTU）接收了调度指令，就可完成单机功率调节。等值机组控制是指水电厂现地控制单元（LCU）接收了调度总发电功率指令，与上位机交互信息，然后按照水轮机运行规程和经济原则调整功率，具有调整性能好、经济安全的优点[2]。
1.3 计算机监控系统
计算机监控系统通过采集水电厂的运行状态量、运行参数等实时信息，经过处理对水轮机组及辅助设备进行调节和控制。实时运行信息通过通信设备上传调度中心，同时厂站计算机监控系统也接收调度中心指令对水电厂设备进行调控。计算机监控系统可实现机组顺控、准同期、调速、励磁、功率调节、断路器分断、闸门启闭等自动控制和调节功能。
1.4 工业电视监视系统
工业电视监视系统用于监视水电厂生产过程、设备运行场所以及安全设防区域等，并实时显示、记录现场视频的系统。该系统一般由前端设备（摄像头、云台等）传输设备（电缆/光缆、均衡器、放大器等）处理/控制设备（云台控制器、监视器等）记录/显示设备（硬盘录像机、监视器等）等组成。
1.5 消防监控系统
消防监控系统又称火灾自动报警系统，一般由现地部分和站监控部分组成。现地部分是在有防火要求的设施（如主厂房、副厂房、主变区、油库、重要的机电设备等）相关部位设置各类火情探测器、报警器、控制模块、灭火排烟设备等，站监控部分安装有监控主机、报警控制器、消防联动控制器等设备。通过24h不间断的监测，一旦发现火情，在确认火灾发生的部位后，可自动或手动启动防火排烟、喷淋设备实施灭火、火灾隔断等措施。
1.6 水文自动测报系统
水文自动测报系统是利用计算机、通信、遥测等技术，在水电站流域或周边测区内设置水文监测网，以便获取水位、流量、水质、气象等数据，以保证水电站安全可靠地运行。其工作方式有自报式、查询-应答式、混合式等。
1.7 梯级水电站综合自动化系统
梯级水电站是流域内分段开发的若干个水电站，这些水电站之间在发电量、水资源分配等方面需要协调处理，才能达到最好的经济效果并有助于防汛抗洪，也就是各个梯级水电站之间所建立的智能调度控制系统，即综合各水电站运行规律、电网运行规律和电力市场交易规则的一种模式。
2 水电站电气自动化技术的应用
2.1 小水电站自动化技术应用
某小型水电站[3]装机容量为3×1000kW，两台主变为S11-2500/38.5/6.3kV。电站按无人值班、少人值守方式设计，采用开放式分层分布系统结构，分厂站层和现地控制两层，有通讯调度功能，并预留远方调度、大坝测控等接口。
厂站层包括2台操作员工作站、1台通讯工作站、1台网络设备、1台语音报警器和1台激光打印机。操作员工作站负责全厂的控制操作、自动发电控制、自动电压调节、安全监视及对现地LCU的控制等。网络设备采用TP-LINK品牌8口千兆交换机，按照IEEE802.3标准组建Ethernet局域网，采用TCP/IP网络协议。网络连接采用光纤/双绞线。
现地控制层有4套LCU，其中3套发电机组LCU和1套开关站与公用设备LCU。LCU机柜配置深圳威纶通7寸液晶触摸屏，可独立于厂站层完成所属设备监控。PLC选用日本三菱FX2N系列产品。每套LCU均配有通信管理机1台，并采用Profibus协议进行通讯。LCU采用交直流双供电源。
软件平台为UNIX，以动态多窗口图形显示，人机界面友好。具四遥功能，利用AGC软件对电能质量进行控制，供电可靠性高。
2.2 水电站自动化改造应用
某水电站[4]总装机容量为4×10000kW，原采用电磁继电器保护控制系统。运行20余年后，设备老化、技术落后的弊端非常突出，于是在2007年利用自动化技术进行了改造。旧系统被湖南紫光测控有限公司的DCAP-3500型水电站综合自动化系统所取代。该系统结构为开放式、分层分布结构，网络拓扑采用现场总线结构。系统结构也分为两层：厂级控制层与现地控制保护层。
厂级控制层配备1台系统主机/操作员工作站、1台厂长工作站、1台工程师站/培训站、1台通讯工作站、1台语音工作站以及UPS电源、打印机等设备。软件配置有系统软件、应用软件和工具软件。
现地控制层配置4台机组LCU、开关站与公用设备LCU、一体化工作站、PLC以及测温、同期、调速测控、励磁调控、保护测控等设备。LCU为紫光公司自主开发的DCAP-3500系列数字保护测控单元，PLC为德国西门子S7-300型。LCU采用集中组屏方案。
自动化系统经过现场调试、完善，通过了72h连续试运行，完成了验收，已正式投入运行。实现了“无人值班、少人值守”运行目标、“四遥”功能及投运AGC与AVC功能、故障诊断功能等，运行安全、可靠、高效。
3 结语
目前，仍有许多小型水电站存在自动化程度低、产能落后的状况，不仅企业自身效益受到影响，而且随着智能电网的建设，这些小水电的劣势将更加突出，因此采用自动化技术进行改造已成亟待解決的问题。本文通过实例分析了水电站自动化技术的应用，希望可以提供借鉴与参考。
参考文献：
[1]陈剑.水电站计算机监控技术浅析[J].科技创新与应用，2013（12）：39.
[2]程松，褚云龙，万天虎，等.水电厂监控系统AGC负荷调节建模与仿真研究[J].电网与清洁能源，2013，29（10）：114-116.
[3]龙文彪，汪新.龙源口水电站综合自动化系统设计[J].科技广场，2012（7）：136-139.
[4]喻荣华.水电站综合自动化系统在花凉亭水电站的应用[J].安徽职业技术学院学报，2011，10（3）：21-23.
关键词：水电站；电气自动化；应用
在我国，水电站除了承担发电责任，还可以担负电力系统调频、调峰和为事故备用容量等任务。由于水电站生产过程相对简单，几十年前就已应用了自动化技术，但是早期的自动化设备体积庞大，而且性能也不够稳定。随着计算机技术与通信技术的发展，水电站自动化已实现“无人值班（少人值守）”的要求。据调查[1]，采用以计算机监控技术为核心的自动化技术后，水轮机整体效益可以增加5%左右。2012年，全国水电总装机容量2.49亿千瓦，总发电量8641亿千瓦时，按增效5%计算，可增发432亿千瓦时，企业增收130亿元，可见效益是非常突出的。另外，自动化技术的应用既提高了电能质量和供电可靠性，也优化了电力系统的运行效果，为智能电网的发展也可起到积极的促进作用。所以，自动化技术已成为水电站更新改造的必然选择。基于此，本文对水电站电气自动化技术及其应用进行了分析和探讨。
1 水电站电气自动化技术的主要内容
1.1 概述
水电站自动化系统包括水轮发电机组自动发电控制系统（AGC）水电厂计算机监控系统、工业电视监视系统、消防监控系统和水文自动测报系统等。如果考虑流域梯级水电站之间的相互依存关系，还应包括梯级水电站综合自动化系统。
1.2 水轮发电机组自动发电控制系统（AGC）
水电厂AGC是指根据电网调度指令，以经济的原则自动调整机组运行的台数以及机组之间负荷的分配，以满足用户的电力需求。控制方式分为单机功率控制和等值机组控制两种方式。单机功率控制比较简单，只要单台机组配置调功装置，水电厂内的远动终端（RTU）接收了调度指令，就可完成单机功率调节。等值机组控制是指水电厂现地控制单元（LCU）接收了调度总发电功率指令，与上位机交互信息，然后按照水轮机运行规程和经济原则调整功率，具有调整性能好、经济安全的优点[2]。
1.3 计算机监控系统
计算机监控系统通过采集水电厂的运行状态量、运行参数等实时信息，经过处理对水轮机组及辅助设备进行调节和控制。实时运行信息通过通信设备上传调度中心，同时厂站计算机监控系统也接收调度中心指令对水电厂设备进行调控。计算机监控系统可实现机组顺控、准同期、调速、励磁、功率调节、断路器分断、闸门启闭等自动控制和调节功能。
1.4 工业电视监视系统
工业电视监视系统用于监视水电厂生产过程、设备运行场所以及安全设防区域等，并实时显示、记录现场视频的系统。该系统一般由前端设备（摄像头、云台等）传输设备（电缆/光缆、均衡器、放大器等）处理/控制设备（云台控制器、监视器等）记录/显示设备（硬盘录像机、监视器等）等组成。
1.5 消防监控系统
消防监控系统又称火灾自动报警系统，一般由现地部分和站监控部分组成。现地部分是在有防火要求的设施（如主厂房、副厂房、主变区、油库、重要的机电设备等）相关部位设置各类火情探测器、报警器、控制模块、灭火排烟设备等，站监控部分安装有监控主机、报警控制器、消防联动控制器等设备。通过24h不间断的监测，一旦发现火情，在确认火灾发生的部位后，可自动或手动启动防火排烟、喷淋设备实施灭火、火灾隔断等措施。
1.6 水文自动测报系统
水文自动测报系统是利用计算机、通信、遥测等技术，在水电站流域或周边测区内设置水文监测网，以便获取水位、流量、水质、气象等数据，以保证水电站安全可靠地运行。其工作方式有自报式、查询-应答式、混合式等。
1.7 梯级水电站综合自动化系统
梯级水电站是流域内分段开发的若干个水电站，这些水电站之间在发电量、水资源分配等方面需要协调处理，才能达到最好的经济效果并有助于防汛抗洪，也就是各个梯级水电站之间所建立的智能调度控制系统，即综合各水电站运行规律、电网运行规律和电力市场交易规则的一种模式。
2 水电站电气自动化技术的应用
2.1 小水电站自动化技术应用
某小型水电站[3]装机容量为3×1000kW，两台主变为S11-2500/38.5/6.3kV。电站按无人值班、少人值守方式设计，采用开放式分层分布系统结构，分厂站层和现地控制两层，有通讯调度功能，并预留远方调度、大坝测控等接口。
厂站层包括2台操作员工作站、1台通讯工作站、1台网络设备、1台语音报警器和1台激光打印机。操作员工作站负责全厂的控制操作、自动发电控制、自动电压调节、安全监视及对现地LCU的控制等。网络设备采用TP-LINK品牌8口千兆交换机，按照IEEE802.3标准组建Ethernet局域网，采用TCP/IP网络协议。网络连接采用光纤/双绞线。
现地控制层有4套LCU，其中3套发电机组LCU和1套开关站与公用设备LCU。LCU机柜配置深圳威纶通7寸液晶触摸屏，可独立于厂站层完成所属设备监控。PLC选用日本三菱FX2N系列产品。每套LCU均配有通信管理机1台，并采用Profibus协议进行通讯。LCU采用交直流双供电源。
软件平台为UNIX，以动态多窗口图形显示，人机界面友好。具四遥功能，利用AGC软件对电能质量进行控制，供电可靠性高。
2.2 水电站自动化改造应用
某水电站[4]总装机容量为4×10000kW，原采用电磁继电器保护控制系统。运行20余年后，设备老化、技术落后的弊端非常突出，于是在2007年利用自动化技术进行了改造。旧系统被湖南紫光测控有限公司的DCAP-3500型水电站综合自动化系统所取代。该系统结构为开放式、分层分布结构，网络拓扑采用现场总线结构。系统结构也分为两层：厂级控制层与现地控制保护层。
厂级控制层配备1台系统主机/操作员工作站、1台厂长工作站、1台工程师站/培训站、1台通讯工作站、1台语音工作站以及UPS电源、打印机等设备。软件配置有系统软件、应用软件和工具软件。
现地控制层配置4台机组LCU、开关站与公用设备LCU、一体化工作站、PLC以及测温、同期、调速测控、励磁调控、保护测控等设备。LCU为紫光公司自主开发的DCAP-3500系列数字保护测控单元，PLC为德国西门子S7-300型。LCU采用集中组屏方案。
自动化系统经过现场调试、完善，通过了72h连续试运行，完成了验收，已正式投入运行。实现了“无人值班、少人值守”运行目标、“四遥”功能及投运AGC与AVC功能、故障诊断功能等，运行安全、可靠、高效。
3 结语
目前，仍有许多小型水电站存在自动化程度低、产能落后的状况，不仅企业自身效益受到影响，而且随着智能电网的建设，这些小水电的劣势将更加突出，因此采用自动化技术进行改造已成亟待解決的问题。本文通过实例分析了水电站自动化技术的应用，希望可以提供借鉴与参考。
参考文献：
[1]陈剑.水电站计算机监控技术浅析[J].科技创新与应用，2013（12）：39.
[2]程松，褚云龙，万天虎，等.水电厂监控系统AGC负荷调节建模与仿真研究[J].电网与清洁能源，2013，29（10）：114-116.
[3]龙文彪，汪新.龙源口水电站综合自动化系统设计[J].科技广场，2012（7）：136-139.
[4]喻荣华.水电站综合自动化系统在花凉亭水电站的应用[J].安徽职业技术学院学报，2011，10（3）：21-23.