白石水電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用分析

王穎

（遼寧省白山水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

白石水電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用分析

王穎

（遼寧省白山水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

水電屬于清潔能源的一種，其具有可再生、無污染、運行成本低等優(yōu)點，不但能夠進(jìn)一步提高資源利用效率，而且還能顯著提高經(jīng)濟效益。文章從遼寧省白石水庫水力發(fā)電站的微機自動化系統(tǒng)發(fā)展過程、對電站的微機自動化系統(tǒng)的總體設(shè)計方案、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)及應(yīng)用效果進(jìn)行了詳細(xì)介紹。期望通過此研究對小水電站的微機自動化系統(tǒng)有一定的了解，擴大微機自動化系統(tǒng)在小水電站中的應(yīng)用。

微機自動化；白石水電站；運行效率

白石水庫位于遼寧省北票市上園鎮(zhèn)附近的大凌河干流上，是“九五”期間遼寧省的一項重點工程。白石水電站為壩后式電站，電站壩段位于25，26 號壩段。電站系利用棄水發(fā)電，裝設(shè) 4 臺水輪發(fā)電機組，裝機容量為 9800kW(1600kW*1+ 4000kW*2+200*1)，電站設(shè)計年運行 2305h，設(shè)計年發(fā)電量 2213 萬 kW·h。發(fā)電機出口電壓 6.3 V 和 0.4kV，2 臺主變 壓 器（66kV/6.3kV），容量為 6300kVA，1 臺聯(lián)絡(luò)變,10kV/6.3kV，容量為800kVA，1 臺廠用變 （6.3kV/0.4kV），容量 315 kVA。2001 年4 月第一臺機組并網(wǎng)發(fā)電。

1 自動化系統(tǒng)概況

2001 年, 白石水電站設(shè)計之初采用了許多當(dāng)時先進(jìn)的技術(shù)，特別是調(diào)速器設(shè)備使用了可編程控制器，技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、抗干擾性強，通過R232 接口與上位機通信。設(shè)備完全滿足當(dāng)時的自動化要求。但是運行 6 年后，根據(jù)《農(nóng)村水電自動化設(shè)備（監(jiān)控保護(hù)）應(yīng)用指導(dǎo)意見》的要求，電站的自動化系統(tǒng)有了很大的差距。產(chǎn)品不匹配，性能不可靠，硬件老化，系統(tǒng)通訊不暢，無法完成一些自動控制。調(diào)速器和勵磁設(shè)備的先進(jìn)性得不到充分發(fā)揮。降低了機組運行穩(wěn)定性，增加了人員的勞動強度。2008 年，經(jīng)過多方論證，白石水電站進(jìn)行了微機自動化系統(tǒng)全面改造。

2 微機自動化系統(tǒng)改造的具體應(yīng)用

以前的微機自動化系統(tǒng)硬件已經(jīng)老化，軟件系統(tǒng)通訊不暢，2008 年根據(jù)根據(jù)《農(nóng)村水電自動化設(shè)備（監(jiān)控保護(hù)）應(yīng)用指導(dǎo)意見》的要求，對白石自動化系統(tǒng)進(jìn)行了一次改造。改造情況如下：

2.1 工作范圍

計算機監(jiān)控系統(tǒng)的工作范圍，4臺水輪發(fā)電機組及其潤滑系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)，2 臺主變，1回 35kV 線路，4 臺發(fā)電機組機端電壓設(shè)備，電站公用設(shè)備包括直流電源系統(tǒng)、廠用交流電源系統(tǒng)、技術(shù)供水、滲漏排水、高低壓氣機、進(jìn)水閘門控制、上游水位與尾水位監(jiān)測系統(tǒng)等。

2.2 總體設(shè)計方案

此系統(tǒng)由硬件和軟件設(shè)計2個部分組成一個完成的微機綜合自動化系統(tǒng)。

2.2 ．1 硬 件

為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運行可靠性，此系統(tǒng)采用分層分布式框架結(jié)構(gòu)，全站按全計算機監(jiān)控進(jìn)行總體設(shè)計和系統(tǒng)配置。整個系統(tǒng)由幾個部分構(gòu)成：管理層、主控制層、LCU、通信網(wǎng)絡(luò)、GPS 同步時鐘等等。整個系統(tǒng)按廠站級控制層和現(xiàn)地控制層進(jìn)行配置。2層之間采用高速通訊網(wǎng)，構(gòu)成高可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。硬件采用標(biāo)準(zhǔn)模件，即便宜于硬件設(shè)備的擴充，又適應(yīng)功能的增加和系統(tǒng)規(guī)模的擴展。

2.2 ．2 軟 件

小水電站微機自動化系統(tǒng)的軟件設(shè)計是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，軟件必須具備足夠的安全性、可靠性、先進(jìn)性、開放性，為了確保這一目標(biāo)的實現(xiàn)，此系統(tǒng)軟件采用功能分塊、結(jié)構(gòu)分層的設(shè)計思想，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 微機自動化監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

1）操作系統(tǒng)。上位機軟件安全、穩(wěn)定運行的前提和基礎(chǔ)是系統(tǒng)軟件，為此，經(jīng)過綜合考慮后，決定采用實時性好、多任務(wù)的 Windows2000 作為操作系統(tǒng)。

本科教學(xué)方式方法與專科、高職的教學(xué)方式方法截然不同，表現(xiàn)在：思想性和理論性強，知識容量大，不過度依賴教材、融入其他各家思想內(nèi)容，教師的知識面廣、深，教師有自己的見解，提綱挈領(lǐng)式教學(xué)，學(xué)生參與性強，等等。這要求教師首先閱讀大量的經(jīng)典著作，崇尚學(xué)術(shù)研究，形成扎實的學(xué)科專業(yè)理論和知識、良好的科研素養(yǎng)和較高的科研水平，要求教師在教學(xué)中注意培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣、學(xué)術(shù)素養(yǎng)，包括如何閱讀經(jīng)典圖書、如何梳理學(xué)科理論和知識、如何進(jìn)行學(xué)術(shù)研究、如何收集整理學(xué)術(shù)資料數(shù)據(jù)等。只有這樣，才能倒逼學(xué)生去圖書館查閱資料，閱讀經(jīng)典，完成學(xué)業(yè)，也才能形成良好的學(xué)風(fēng)。

2）實時數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫的基本單位是變量，它所描述的是自動化系統(tǒng)監(jiān)控以及管理數(shù)據(jù)點的集合，其包含在組態(tài)軟件當(dāng)中。

3）歷史數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫可以選擇一個商用數(shù)據(jù)庫，如 SQLServer，Access等等。

4）組態(tài)軟件。該軟件的出現(xiàn)使設(shè)計人員能夠在非常短的時間完成性能較為先進(jìn)的控制系統(tǒng)開發(fā)，軟件設(shè)計周期大幅度縮短，既節(jié)省了人力和物力，又進(jìn)一步降低了工程造價。此系統(tǒng)的后臺監(jiān)控軟件選用的是 EpSynall水電站自動化軟件，這種軟件不但可靠性和實用性較好，而且符合電力標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.3.1 LCU 層

主要任務(wù)如下：自動采集電站的各種開關(guān)量、電氣量、脈沖量、模擬量等運行狀態(tài)和參數(shù)，并對采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，然后完成控制輸出。

1）數(shù)據(jù)采集。此系統(tǒng)在本電站的應(yīng)用中需要重點采集的數(shù)據(jù)有以下幾大類：電氣量數(shù)據(jù)，如變壓器和線路的電壓、頻率、有功及無功功率等等；開關(guān)量數(shù)據(jù)，如斷路器的狀態(tài)、隔離開關(guān)的狀態(tài)、保護(hù)動作信號、油水系統(tǒng)狀態(tài)等等；模擬量數(shù)據(jù)，如大壩前后以及集水井的實際水位等等；脈沖量數(shù)據(jù)，如電度表的輸出脈沖等等。

3）人機接口。水電站的操作人員可以借助 LCU的智能屏來實現(xiàn)人機接口功能。

4）數(shù)據(jù)通訊。利用通信網(wǎng)絡(luò)向后臺的監(jiān)控系統(tǒng)傳輸來自于水電站各個設(shè)備的實際運行信息，具體包括數(shù)字量、模擬量、開關(guān)狀態(tài)等等。同時，接受來自后臺控制系統(tǒng)發(fā)出的各種監(jiān)控指令，如操作指令、調(diào)節(jié)指令等等。

5）自診斷。LCU 中各個模塊全部帶有自檢功能，并且可以利用液晶顯示屏進(jìn)行顯示和報警。此外，各個模塊均具備自動恢復(fù)功能，當(dāng)軟件出現(xiàn)運行問題時，可以在保留歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，自行重啟，這樣模塊便可以重新恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。

6）調(diào)控。通過接受后臺監(jiān)控系統(tǒng)的指令，對水電站主機和全部輔助設(shè)備進(jìn)行控制，具體內(nèi)容包括機組順序控制、同期并網(wǎng)、緊急停機等等。同時，還可以按照預(yù)先設(shè)計好的負(fù)荷值對發(fā)電量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.3 ．2 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

通信網(wǎng)絡(luò)包括硬件裝置和軟件系統(tǒng)兩個部分。其中，硬件裝置是微機自動化系統(tǒng)的實際裝置，是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的物質(zhì)基礎(chǔ)，主要涵蓋網(wǎng)絡(luò)適配器、智能檢測設(shè)備、計算機、繼電保護(hù)裝置以及PLC 等；軟件系統(tǒng)是微機自動化系統(tǒng)運行中所需要的各種程序，是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的重要手段，主要由監(jiān)控軟件、通信協(xié)議、操作系統(tǒng)構(gòu)成。

1）硬件結(jié)構(gòu)。由于此系統(tǒng)選用的設(shè)備種類比較繁多，加之生產(chǎn)廠家均不相同，所以必須解決通信方式的統(tǒng)一問題，從技術(shù)經(jīng)濟性方面進(jìn)行考慮之后，決定采用以下兩種網(wǎng)絡(luò)適配器：一種是CANET-E，另一種是 EDG4516+網(wǎng)絡(luò)適配器。

2）后臺軟件。微機自動化系統(tǒng)的后臺軟件由通信協(xié)議、操作系統(tǒng)、組態(tài)軟件以及功能應(yīng)用軟件構(gòu)成，后臺軟件負(fù)責(zé)管理整個系統(tǒng)資源，以確保系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。

3）通信規(guī)約。該系統(tǒng)選用的是 EpSynall組態(tài)軟件，軟件的研發(fā)公司針對具體應(yīng)用開發(fā)出了各種電力自動化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如 Modbus，SC1801，CDT 等等，這些協(xié)議基本能夠兼容本系統(tǒng)中所有的智能設(shè)備，從而使得系統(tǒng)設(shè)計更加簡單、方便、快捷。如 PLC 與上位機之間的通訊可利用 Modbus協(xié)議實現(xiàn)。

2.4 應(yīng)用效果分析

此系統(tǒng)設(shè)計完成之后，在白石水電站中應(yīng)用了 5 年，自投入運行以來，微機自動化系統(tǒng)沒有出現(xiàn)誤動、拒動等現(xiàn)象，能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。在開機狀態(tài)下，中控室可以通過一個指令完成機組開機、并網(wǎng)或停機的操作，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，該系統(tǒng)可以自動停機，以保護(hù)機組。利用系統(tǒng)后臺能夠?qū)崿F(xiàn)對機組運行情況的集中監(jiān)控，自動巡回檢測電站的重要運行參數(shù)。因微機自動化系統(tǒng)具備技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟可靠、自動化程度高等特點，所以能夠滿足小水電站無人值班的控制要求。

3 結(jié)語

綜上所述，基于對白石水電站的微機自動化系統(tǒng)的簡析，闡述了微機自動化系統(tǒng)在小水電站中的重要作用。由于國內(nèi)的小水電站主要肩負(fù)的是發(fā)電任務(wù)。故此，在未來一段時期，應(yīng)當(dāng)將研究的重點放在系統(tǒng)各方面功能的完善上，尤其是對發(fā)電機組運行的監(jiān)控方面，這樣有助于提高機組的運行穩(wěn)定性和可靠性，從而為小水電站的正常發(fā)電提供保障。

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2013-12-27