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【摘 要】 我国小型水电站的发展已取得了较大的进步，小水电站的单机容量及电站总容量也越来越大。水电站综合自动化的技术也为水电站的经济运行和安全运行起到了非常重要的作用。然而，在提高水电站各设备工作的可靠性，保证电能质量和电站的稳定运行；提高带动生产率，减少运行人员等很多方面上，我国水电站综合自动化技术还有待提高。水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上对整个电站运行全过程的自动控制，从而提高水电站的发电效率。文章通过对自动化控制技术在小型水电站中的应用进行了简要的介绍，以期为小型水电站的自动化应用提供一个借鉴。
【关键词】 自动化控制；小型水电站；应用
引言：
社会的不断进步，经济、科技的不断发展，电力设备得到大量普及应用，使得人们对电力的需求逐步增加，对电能的质量要求也相应提升。为了提高水电站的发电效率和供电质量，传统的主要以人工操作的控制模式已经难以满足人们对电能的需求，使得基于计算机的监控系统的水电站综合自动化系统成為水电发展的必然趋势。水电站的自动化主要是对机组和辅助设备状态进行实时监控，针对突发情况，发出提前设定的警报提示并自动执行操作任务，从而提高发电效率及发电质量。
一、水电站综合自动化控制技术的目的、意义
（一）小型水电站应用综合自动化系统的目的
主要目的为通过监控系统采集水电站的各种设备的有关信息并进行综合处理，实现系统的自动监视、保护、调节、控制，使水电站的发电机组能够加快调节速度并快速进行故障处理，得以优化运行，保证发电机组的发电质量，确保发电机组的安全、可靠、稳定运行，维护电网的安全稳定。
（二）小型水电站应用综合自动化系统的意义
意义有以下几方面：（1）有效提升水电站设备及电网的稳定、可靠运行。（2）提升水电站及其机组的调节速度。（3）使水电站得以优化运行，获得最高发电效益。（4）有效简化系统设计工作。常规控制的电气设计较复杂，需详细提供布置图、原理图，而现代自动控制系统的设计、安装及调试工作可以大大得到简化。（5）水电站应用综合自动化技术能够有效降低企业的成本，尽管此系统的设计及实施成本较高，但是能带来较大的经济效益，日后的维护、运行成本降低也大大降低。
二、小型水电站自动化系统的综合配置
（一）计算机监控系统
计算机自动控制系统为分层分布开放式结构，采用冗余的环形光纤以太网拓扑结构，分为：级即远方、控制室、现地，可以进行无扰动切换。越接近设备，系统的控制权限越高。控制权顺序为：现地—控制室—远方，远方控制经相关授权方可进行操作。控制系统中设置带密码的授权、核对程序。
1.监控水轮发电机组运行状态
对水轮发电机组运行状态进行监控主要包括两大方面：首先是要实现设备开关机、调相转发电及发电转调相的智能化控制，使得上述操作能在预先设计的程序下自主独立完成；其次，维持水轮发电机组的低成本自动运行，智能控制启动的机组数目，在机组间实现负荷的有效分配，按照电站实际规模和系统要求，自动调节机组的无功和有功功率等。此外，当发电机组遇到意外情况或者某些电力系统发生意外事故而导致电力系统频率降低时，预先设定的程序会自动启动备用机组；相反，在汛期到来系统频率过高时，程序会智能关闭某些机组，以此自动调节电力系统设备，使其合理、高效运行，即使没有工人在场也能对发电机组运行状态实行实时智能监控。
2.监控主要辅助设备运行状态
水电站的设备包括较多的辅助器件，这些器件的正常运行是保证机组正常工作的基础。因此，要检测发电机组的转子和定子电路是否安全、检测机组电机定子绕组铁芯温度是否在正常范围、监督检查励磁系统、调速器系统否正常工作。不论以上哪个部分出现故障，电气自动化系统都会根据程序迅速分析事件危害，并立即响应应急程序，启动相应的保护措施，同时将故障信息以警报的形式通知工作人员，从而降低传统应急事件处理方式导致的损失。
3.监控和保护机组外电气设备
除了上述发电机组和主要辅助设备外，水电站还有大量的其他电气设备，如变压器、输电线路等。对这些设备进行自动化监控，对整个发电过程至关重要。电气自动化技术能在变压设备、输电线路出现故障时及时切断电源，并准确计算出故障点，通知工作人员及时处理，从而减少了因查找故障位置而花费的时间。
4.监控机组外辅助设备运行状态
完整的水电站除了发电机组、机组主要辅助设备及机组外电气设备外，还有非常多的如油气水等辅助设备，如各种空压机、水泵和油泵等。此外，水电站大坝及闸门等都对整个发电过程非常重要，故也需应用电气自动化技术检测闸门是否能正常启动、检测水位高低，水位过高或过低时自动及时报警等。
（二）网络通讯系统
网络通讯系统是自动化系统可靠、安全运行的基础，要想建立现代化、自动化的小型水电站，必须要求网络通讯系统具有较强的可靠性、合理的带宽、强大的数据吞吐能力以及可维护性、集成性与开放性，从而保障信息交换的顺利进行以及实时通信。现阶段，各个小型水电站普遍采用工业以太网的形式进行连接，它有着扩展方便、速度快、开放性好等优势。
1.站内通讯
值班员工作站与控制室工作站以以太网的形式进行连接，在现地层配置一体化工控机，内部设置智能化模板，集中采集压力、温度、电气量等信号，实现转换之后，与工作站通过RS485总线进行通讯。值班员工作站通过标准接口RS232、RS485完成与直流系统、励磁装置、微机调速器的通讯。
2.梯级水电站通讯
在梯级水电站主站与分站的通讯工作站间加装调制解调器、防浪涌以及防雷保护装置，并通过专用通道进行通讯，收集各个分站的数据与信息输送到主站，从而实现主站对分站的动态监控。 3.水电站与调度通讯
通讯工作站将发电计划与电站信息通过光纤或者租用电路等形式上报到调度，调度能够全面、动态掌握电站信息、从而有利于对防洪度汛以及发电计划进行统一合理配置。
笔者工作的宜昌宜能水电有限责任公司，是主要负责宜昌市黄柏河流域东支梯级电站的发电生产，公司的总体设想就是按照站内通讯、水雨情通讯、闸门系统通讯、梯级水电站通讯、电站与调度通讯这一模式进行建设的（详见下图）。
三、小型水电站自动化改造案例分析
（一）工程概况
笔者工作的西北口水电站，装机容量为3×6300kW，设计年发电量5510×104KW·h，年利用小时数2915h，总库容19627×104m3。电站主体建筑物有：钢筋砼面板堆石坝、引水隧洞、压力钢管、厂房、升压站。电站1～2#发电机侧为单母线分段接线；3#发电机侧为单母线分段接线。两段6.3kV母线采取母线联络，电站以2回110kV线路接入电力系统.
（二）自动化改造技术
1.电站室内外高压变配电系统大都是上世纪90年代早期产品，为淘汰或高能耗产品，经过多年的运行，已达到电气设备使用年限。在2011年自动化改造项目中，利用资金对户内高低压配电设备及户外多油断路器等均予以更换。高压开关柜更换为XGN2-12型（真空断路器为库柏VN3-12E），户外断路器改为LW36-126、ZW8-40.5型真空断路器。
2.为提高电站综合自动化水平，采用微机监控保护系统，由工业控制计算机、打印机构成。对电站运行的监视、操作、信息管理、优化控制，全厂的事件事故记录，事故报警，画面显示，报表打印及机组、开关站和公用辅助设备的远方操作控制。
现地控制保护层由PLC及进口优质工控机组成的数字式保护测控单元、装置等智能微机装置组成。现在单元采用集中組屏布置，完成对各自对象的数据采集、继电保护和自动控制的功能。
直流系统：选用微机控制的高频开关电源，电池采用铅酸免维护蓄电池，微机控制器可通过通信接口与计算机监控系统通信、实现远方监控。
（三）该水电站采用综合自动化系统改造后，取得的成效主要有：
1.可取消机旁值班人员仅在中控室集中监控，减少了运行值班人员，改善运行人员的工作负荷和工作环境。
2.可自动检测、自动调整运行参数，提高电能质量和电能效率。
3.提高了继电保护准确率，故障位置和类型可在中控室工作站显示，便于故障排除。同时系统可通过对设备的故障分析预测设备的故障发生率，为运行提供了参考。
四、结束语
水电站中应用综合自动化技术进行系统的监测，为未来水电站监测系统的必然发展趋势，它能够有效降低人力物力，能够全天候的自动监测系统并实时发送监测数据和警报信息，能够为水电站带来极大的经济效益。对水电站进行综合自动化控制改造是，应该重点从自动装置和自动化元件着手，最终实现无需人的干预实现系统自主安全运行的目的。
参考文献：
[1]李雄武.小型水电站综合自动化系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2013，12：76-77+82.
[2]陈进.智能调速器在农村小型水电站的应用[J].山西水利科技，2013，04：92-94.
[3]周玉玲.小型水电站智能化控制技术应用[J].水利科技与经济，2014，01：112-113.
【关键词】 自动化控制；小型水电站；应用
引言：
社会的不断进步，经济、科技的不断发展，电力设备得到大量普及应用，使得人们对电力的需求逐步增加，对电能的质量要求也相应提升。为了提高水电站的发电效率和供电质量，传统的主要以人工操作的控制模式已经难以满足人们对电能的需求，使得基于计算机的监控系统的水电站综合自动化系统成為水电发展的必然趋势。水电站的自动化主要是对机组和辅助设备状态进行实时监控，针对突发情况，发出提前设定的警报提示并自动执行操作任务，从而提高发电效率及发电质量。
一、水电站综合自动化控制技术的目的、意义
（一）小型水电站应用综合自动化系统的目的
主要目的为通过监控系统采集水电站的各种设备的有关信息并进行综合处理，实现系统的自动监视、保护、调节、控制，使水电站的发电机组能够加快调节速度并快速进行故障处理，得以优化运行，保证发电机组的发电质量，确保发电机组的安全、可靠、稳定运行，维护电网的安全稳定。
（二）小型水电站应用综合自动化系统的意义
意义有以下几方面：（1）有效提升水电站设备及电网的稳定、可靠运行。（2）提升水电站及其机组的调节速度。（3）使水电站得以优化运行，获得最高发电效益。（4）有效简化系统设计工作。常规控制的电气设计较复杂，需详细提供布置图、原理图，而现代自动控制系统的设计、安装及调试工作可以大大得到简化。（5）水电站应用综合自动化技术能够有效降低企业的成本，尽管此系统的设计及实施成本较高，但是能带来较大的经济效益，日后的维护、运行成本降低也大大降低。
二、小型水电站自动化系统的综合配置
（一）计算机监控系统
计算机自动控制系统为分层分布开放式结构，采用冗余的环形光纤以太网拓扑结构，分为：级即远方、控制室、现地，可以进行无扰动切换。越接近设备，系统的控制权限越高。控制权顺序为：现地—控制室—远方，远方控制经相关授权方可进行操作。控制系统中设置带密码的授权、核对程序。
1.监控水轮发电机组运行状态
对水轮发电机组运行状态进行监控主要包括两大方面：首先是要实现设备开关机、调相转发电及发电转调相的智能化控制，使得上述操作能在预先设计的程序下自主独立完成；其次，维持水轮发电机组的低成本自动运行，智能控制启动的机组数目，在机组间实现负荷的有效分配，按照电站实际规模和系统要求，自动调节机组的无功和有功功率等。此外，当发电机组遇到意外情况或者某些电力系统发生意外事故而导致电力系统频率降低时，预先设定的程序会自动启动备用机组；相反，在汛期到来系统频率过高时，程序会智能关闭某些机组，以此自动调节电力系统设备，使其合理、高效运行，即使没有工人在场也能对发电机组运行状态实行实时智能监控。
2.监控主要辅助设备运行状态
水电站的设备包括较多的辅助器件，这些器件的正常运行是保证机组正常工作的基础。因此，要检测发电机组的转子和定子电路是否安全、检测机组电机定子绕组铁芯温度是否在正常范围、监督检查励磁系统、调速器系统否正常工作。不论以上哪个部分出现故障，电气自动化系统都会根据程序迅速分析事件危害，并立即响应应急程序，启动相应的保护措施，同时将故障信息以警报的形式通知工作人员，从而降低传统应急事件处理方式导致的损失。
3.监控和保护机组外电气设备
除了上述发电机组和主要辅助设备外，水电站还有大量的其他电气设备，如变压器、输电线路等。对这些设备进行自动化监控，对整个发电过程至关重要。电气自动化技术能在变压设备、输电线路出现故障时及时切断电源，并准确计算出故障点，通知工作人员及时处理，从而减少了因查找故障位置而花费的时间。
4.监控机组外辅助设备运行状态
完整的水电站除了发电机组、机组主要辅助设备及机组外电气设备外，还有非常多的如油气水等辅助设备，如各种空压机、水泵和油泵等。此外，水电站大坝及闸门等都对整个发电过程非常重要，故也需应用电气自动化技术检测闸门是否能正常启动、检测水位高低，水位过高或过低时自动及时报警等。
（二）网络通讯系统
网络通讯系统是自动化系统可靠、安全运行的基础，要想建立现代化、自动化的小型水电站，必须要求网络通讯系统具有较强的可靠性、合理的带宽、强大的数据吞吐能力以及可维护性、集成性与开放性，从而保障信息交换的顺利进行以及实时通信。现阶段，各个小型水电站普遍采用工业以太网的形式进行连接，它有着扩展方便、速度快、开放性好等优势。
1.站内通讯
值班员工作站与控制室工作站以以太网的形式进行连接，在现地层配置一体化工控机，内部设置智能化模板，集中采集压力、温度、电气量等信号，实现转换之后，与工作站通过RS485总线进行通讯。值班员工作站通过标准接口RS232、RS485完成与直流系统、励磁装置、微机调速器的通讯。
2.梯级水电站通讯
在梯级水电站主站与分站的通讯工作站间加装调制解调器、防浪涌以及防雷保护装置，并通过专用通道进行通讯，收集各个分站的数据与信息输送到主站，从而实现主站对分站的动态监控。 3.水电站与调度通讯
通讯工作站将发电计划与电站信息通过光纤或者租用电路等形式上报到调度，调度能够全面、动态掌握电站信息、从而有利于对防洪度汛以及发电计划进行统一合理配置。
笔者工作的宜昌宜能水电有限责任公司，是主要负责宜昌市黄柏河流域东支梯级电站的发电生产，公司的总体设想就是按照站内通讯、水雨情通讯、闸门系统通讯、梯级水电站通讯、电站与调度通讯这一模式进行建设的（详见下图）。
三、小型水电站自动化改造案例分析
（一）工程概况
笔者工作的西北口水电站，装机容量为3×6300kW，设计年发电量5510×104KW·h，年利用小时数2915h，总库容19627×104m3。电站主体建筑物有：钢筋砼面板堆石坝、引水隧洞、压力钢管、厂房、升压站。电站1～2#发电机侧为单母线分段接线；3#发电机侧为单母线分段接线。两段6.3kV母线采取母线联络，电站以2回110kV线路接入电力系统.
（二）自动化改造技术
1.电站室内外高压变配电系统大都是上世纪90年代早期产品，为淘汰或高能耗产品，经过多年的运行，已达到电气设备使用年限。在2011年自动化改造项目中，利用资金对户内高低压配电设备及户外多油断路器等均予以更换。高压开关柜更换为XGN2-12型（真空断路器为库柏VN3-12E），户外断路器改为LW36-126、ZW8-40.5型真空断路器。
2.为提高电站综合自动化水平，采用微机监控保护系统，由工业控制计算机、打印机构成。对电站运行的监视、操作、信息管理、优化控制，全厂的事件事故记录，事故报警，画面显示，报表打印及机组、开关站和公用辅助设备的远方操作控制。
现地控制保护层由PLC及进口优质工控机组成的数字式保护测控单元、装置等智能微机装置组成。现在单元采用集中組屏布置，完成对各自对象的数据采集、继电保护和自动控制的功能。
直流系统：选用微机控制的高频开关电源，电池采用铅酸免维护蓄电池，微机控制器可通过通信接口与计算机监控系统通信、实现远方监控。
（三）该水电站采用综合自动化系统改造后，取得的成效主要有：
1.可取消机旁值班人员仅在中控室集中监控，减少了运行值班人员，改善运行人员的工作负荷和工作环境。
2.可自动检测、自动调整运行参数，提高电能质量和电能效率。
3.提高了继电保护准确率，故障位置和类型可在中控室工作站显示，便于故障排除。同时系统可通过对设备的故障分析预测设备的故障发生率，为运行提供了参考。
四、结束语
水电站中应用综合自动化技术进行系统的监测，为未来水电站监测系统的必然发展趋势，它能够有效降低人力物力，能够全天候的自动监测系统并实时发送监测数据和警报信息，能够为水电站带来极大的经济效益。对水电站进行综合自动化控制改造是，应该重点从自动装置和自动化元件着手，最终实现无需人的干预实现系统自主安全运行的目的。
参考文献：
[1]李雄武.小型水电站综合自动化系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2013，12：76-77+82.
[2]陈进.智能调速器在农村小型水电站的应用[J].山西水利科技，2013，04：92-94.
[3]周玉玲.小型水电站智能化控制技术应用[J].水利科技与经济，2014，01：112-113.