關(guān)于水電廠自動化系統(tǒng)改造要點探索

陸文亮

（天生橋水力發(fā)電總廠，貴州 興義 562400）

1 水電站自動化系統(tǒng)概述

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民群眾物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，社會對電力的需求日益增強，對電能質(zhì)量的要求也越來越高。電力行業(yè)長期存在自動化水平低下，難以滿足社會對高質(zhì)量電能的要求，為了提高電能質(zhì)量和發(fā)電效率，需對老式水電站以人工操作為主的控制模式進行以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的綜合自動化系統(tǒng)改造；對新建水電站應(yīng)按綜合自動化要求進行設(shè)計并實施，使水電站逐步實現(xiàn)少人值班，最終達到無人值班(或少人值守)的目標。根據(jù)國家電力體制改革的要求，實現(xiàn)水電站的綜合自動化系統(tǒng)控制，以滿足市場競爭的需要。

2 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)改造要點及原則

2.1 調(diào)速器

為了解決調(diào)速器存在的諸多問題，結(jié)合天生橋二級電站現(xiàn)場，根據(jù)調(diào)速器接力器不串油、漏油，油壓裝置不漏氣、自動控制回路完好的實際。經(jīng)過研究,確定選用調(diào)速器的原則:(1)設(shè)備須有高度的可靠性和一定的先進性。(2)能夠很好的與微機監(jiān)控系統(tǒng)進行連接。(3)具有較高的性能價格比。(4)運行操作簡單,維護工作量小。經(jīng)過充分的論證比較，從安全及技術(shù)先進性、發(fā)展方向，運行操作簡單,維護工作量小考慮。如TDBWT型調(diào)速器是目前國內(nèi)比較先進的新一代的調(diào)速器，這種調(diào)速器具有結(jié)構(gòu)簡單、速動性好、可靠性高,維護工作量少(基本上可實現(xiàn)免維護),既可通過常規(guī)方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接,也可通過串行通訊方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接,符合整體的發(fā)展要求。

2.2 勵磁系統(tǒng)

確定選用勵磁裝置的原則。(1)設(shè)備須有高度的可靠性和一定的先進性。(2)能夠很好的與微機監(jiān)控系統(tǒng)進行連接。(3)具有較高的性能價格比。(4)運行操作簡單,維護工作量小。經(jīng)過充分的論證比較，從安全及技術(shù)先進性、發(fā)展方向，運行操作簡單，維護工作量小考慮。如廣州電器科學(xué)研究所研制的FL-2型微機勵磁裝置。這種勵磁裝置可靠性高，維護工作量少，既可通過常規(guī)方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，也可通過串行通訊方式與計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，符合整體改造要求?？捎行Т_保勵磁系統(tǒng)安全可靠運行。

2.3 自動化測量元件

自動化測量元件選型配置是否合理將直接影響到機組的安全穩(wěn)定運行及微機監(jiān)控系統(tǒng)改造的成敗。我站對自動化測量元件選型配置的原則是:高可靠性和先進性、維護方便、高性價比、標準化和系列化。

3 微機監(jiān)控單元的改造設(shè)計及選型

在完成基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)改造后,開始全面進行計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計選型、安裝完成進行調(diào)試后投入運行。

3.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要監(jiān)控對象及全廠需要監(jiān)控的信息量。

3.2 選用微機監(jiān)控系統(tǒng)的原則及要求

(1)按照無人值班(少人值守)的原則，既要實現(xiàn)站內(nèi)的監(jiān)控，又能實現(xiàn)遠程監(jiān)控。(2)監(jiān)控系統(tǒng)須有高度的可靠性和一定的先進性。(3)應(yīng)采用成熟的、可靠的、標準化的硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且有足夠的備品備件和技術(shù)長期的服務(wù)支持。(4)監(jiān)控系統(tǒng)軟件應(yīng)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計,保證系統(tǒng)的可擴性,并滿足功能增加及規(guī)模擴充的需要。系統(tǒng)應(yīng)具有冗余容錯設(shè)計,不會因局部的故障而引起系統(tǒng)誤操作或降低系統(tǒng)性能。各LCU應(yīng)能脫離主控級獨立運行。(5)選用全開放、分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)配置和設(shè)備造型應(yīng)適應(yīng)計算機發(fā)展迅速的特點,具有先進性和向上兼容性。(6)監(jiān)控系統(tǒng)必須響應(yīng)速度快,可靠性和可用率高,可維護性好。(7)監(jiān)控系統(tǒng)實時性好,抗干擾能力強。(8)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有與工業(yè)電視系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、大壩監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、機組狀態(tài)維護系統(tǒng)等通信的接口。(9)具有較高的性能價格比。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，天生橋二級電站采用SIEMENS S7-300 PLC作為現(xiàn)地控制單元，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通信控制方式，全站設(shè)備實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。

4 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造設(shè)計與選型

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則

(1)電站按無人值班（少人值守）原則設(shè)計。(2)電站自動化系統(tǒng)應(yīng)滿足中國南方電網(wǎng)調(diào)度自動化的要求。(3)電站采用全計算機控制，不設(shè)常規(guī)布線邏輯控制設(shè)備。(4)計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有可靠、完善的監(jiān)控功能，良好的開放性，以確保系統(tǒng)的可擴展性和移植性，保護用戶的硬、軟件投資。(5)計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有容錯功能，主要控制設(shè)備采用冗余配置。(6)計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)中任何局部設(shè)備的故障均不影響監(jiān)控系統(tǒng)總體功能的實現(xiàn)。(7)監(jiān)控系統(tǒng)中的現(xiàn)地控制單元和各就地設(shè)備應(yīng)能獨立工作。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)目標

(1)對電站主要設(shè)備進行監(jiān)視和記錄。(2)對電站主要設(shè)備實施自動控制或直接控制。包括機組的開/停機、有功/無功調(diào)整均由計算機監(jiān)控系統(tǒng)完成。(3)機組事故緊急停機、公用設(shè)備的啟/停及自動切換操作由計算機自動完成，無須人工干預(yù)。(4)實現(xiàn)電站運行管理自動化。(5)對重要故障和事故進行語音報警及電話報警。(6)實現(xiàn)與上級調(diào)度部門的通信。電站的主要控制和監(jiān)視功能均能在上級調(diào)度部門實現(xiàn)。(7)電站按“無人值班”（少人值守）設(shè)計，待條件成熟時，逐步過渡到無人值班、關(guān)門運行。

4.3 設(shè)備選型

本電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)分為集控中心、廠站控制級、現(xiàn)地控制級三層。

集控中心設(shè)備包括：主機兼歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、操作員工作站、工程師/培訓(xùn)工作站、GPS時鐘裝置、網(wǎng)路設(shè)備、打印機等

廠站控制級設(shè)備包括：SCADA兼AGC/AVC主機、歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、操作員工作站、工程師/培訓(xùn)工作站、網(wǎng)關(guān)工作站、廠內(nèi)通信工作站、報表及電話語音報警工作站、GPS時鐘裝置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機、UPS及便攜計算機等。

現(xiàn)地控制級設(shè)備包括：現(xiàn)地控制單元（25套）。

天生橋二級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)選用SSJ-3000型水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)，采用基于UNIX操作系統(tǒng)跨平臺的全分布開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的NC2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

5.輔助設(shè)備自動化改造

進行水電廠輔助設(shè)備的自動化改造，對其系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化配置和適應(yīng)性方案的研究是改造成功與否的關(guān)鍵。

5.1 改造方案探討

目前，國內(nèi)水電站輔助設(shè)備的控制有統(tǒng)一的集中控制操作和分散控制集中管理兩種模式。由于其分散性和差異性特點，如果采用集中控制的改造方案存在如下弊端:（1）線路改造量大、人力、物力消耗大；（2）集中控制的面越寬、量越大，一旦控制系統(tǒng)故障，其影響和造成的后果也越嚴重，對故障的分析和處理也造成困難，而不象分散控制系統(tǒng)可以將這種風險限制在較小范圍。因此，分散控制集中管理的模式，是輔機控制的首選方案。在確立控制模式之后，應(yīng)嚴格以“無人值班(少人值守)”技術(shù)要求為依據(jù)制訂相應(yīng)改造方案。首先，測控裝置本身必須是可靠性高、具有完善功能的獨立智能系統(tǒng)，能夠滿足一切運行需要，有完善的保護功能，具有故障識別和自診斷能力，而所有的測控元器件也應(yīng)在相應(yīng)惡劣環(huán)境下滿足長期運行和高可靠性要求。同時，能及時準確地將系統(tǒng)各種信息送入計算機監(jiān)控系統(tǒng)作集中管理使用，而計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能通過或跨越輔助設(shè)備控制核心間接或直 接對控制對象進行操作，以便在現(xiàn)地控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常又不能及時趕到現(xiàn)場處理時緊急遠方干預(yù)，而避免故障或事故進一步擴大。只有達到這些技術(shù)要求，才能解除運行維護人員的顧慮 ，為真正實現(xiàn)“無人值班(少人值守)”目標創(chuàng)造條件。

5.2 關(guān)于系統(tǒng)優(yōu)化配置

要實現(xiàn)上述方案的要求，系統(tǒng)的優(yōu)化配置顯得尤其關(guān)鍵。(1)系統(tǒng)控制核心的確立：可編程序控制器是作為水電站輔助設(shè)備控制核心的最理想對象，其特點是在惡劣的環(huán)境中具有高可靠性和長壽命，用計算機替代繼電邏緝、用程序替代硬件 布線且編程方便；同時，其通訊能力和模塊化配置使系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)信息交換和物位量測量、跨越控制等很容易實現(xiàn)，且其也可以很輕松地完成對自身和系統(tǒng)元器件進行故障識別和診斷的任務(wù)。(2)關(guān)于壓油系統(tǒng)外圍元器件配置:壓油裝置的壓力測量應(yīng)采用先進可靠的壓力變送器，其信號通過量值轉(zhuǎn)換整定后，可以獲得監(jiān)控需要的連續(xù)、準確可靠的壓力值和整定值;同樣，壓油罐和回油槽油位的測量應(yīng)采用液深變送器以替代傳統(tǒng)的浮子信號器來實現(xiàn)。二者共同作為壓油罐壓力、油位及補氣過程的控制依據(jù)；而系統(tǒng)還應(yīng)配置一只壓力開關(guān)作為事故低油壓的冗余出口元件。需要說明的是，許多電站的壓油裝置不能可靠地實現(xiàn)自動補氣，多次改造補氣閥也無明顯改善，其原因并非只在補氣閥本身，而在于應(yīng)有一個略高于額定油壓的穩(wěn)定氣壓和可靠的油位信號，以及由油壓和油位共同參與的補氣控制流程。(3)關(guān)于排水系統(tǒng)外圍元器件的配置:由于集水井水質(zhì)清潔條件差，有較多雜質(zhì)、油污、腐蝕性化學(xué)成份，淤積現(xiàn)象也時有發(fā)生，這些情況對液位測量的準確性均會產(chǎn)生影響，而這將直接降低排水控制系統(tǒng)運行的安全可靠性，甚至可能造成水淹廠房的惡性事故。因此，其液位測量元器件配置必須嚴格把關(guān)，采用適宜惡劣環(huán)境且有高可靠性的液深變送器和不同測量原理的液位開關(guān)共同完成測量任務(wù)，同時，軟件上應(yīng)將兩路信號經(jīng)自檢和互檢作有效性判別后再作為集水井水位控制的依據(jù)。由于水泵電機啟動不頻繁，工作周期相對較長，其控制保護可采用先進可靠的接觸器組件實現(xiàn)，對于功率較大的電機則最好使用軟啟動器完成。另外，水泵 的出水監(jiān)視、深井泵的潤滑水監(jiān)控、離心泵的灌水控制等，其監(jiān)控元器件的配置均應(yīng)具備 良好的適應(yīng)性和可靠性。(4)關(guān)于壓縮空氣系統(tǒng)外圍元器件的配置:壓縮空氣系統(tǒng)的測控包含下列內(nèi)容:氣罐壓力測控、空壓機出口壓力監(jiān)測、氣缸溫度監(jiān)測、冷卻水監(jiān)控、空壓機卸載啟停以及氣系統(tǒng)各級氣罐、氣水分離器的自動排污控制。這些測控元器件均應(yīng)先進可靠，任何一種元器件故障都會導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。還有一點值得注意，整個儲供氣罐、管路良好的密封性是壓縮空氣系統(tǒng)正常運行的先決條件。

結(jié)束語

以上是我對水電站自動化改造的一些看法，提出來供同行探討指正，以起到拋磚引玉的作用。期望通過大家的共同努力，使水電站的自動化運行水平得以提高，為水電廠實現(xiàn)“無人值班(少人值守)”目標提供有力保障。

[1]張晉格.計算機控制原理與應(yīng)用[S].北京:電子工業(yè)出版社，1995.

[2]梁景凱.機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)[S].北京:國防工業(yè)出版社，2002.

[3]孫炳達.自動控制原理[S].北京:機械工業(yè)出版社，2005.

[4]張永健.電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動化[S].北京:中國電力出版社，2005.

[5]高亮.電力系統(tǒng)微機繼電保護[S].北京:中國電力出版社，2002.