水電站自動化的改革與創(chuàng)新

陳學(xué)標(biāo) 林建興 陳厚珍

【摘 要】尤溪流域公司階梯電站自動化設(shè)備在近年來總體運(yùn)行情況良好，但在實際運(yùn)行過程中或多或少還存在一定的問題，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不夠合理、現(xiàn)地施耐德觸摸屏對時功能不準(zhǔn)確以及壩用電信息采集不到監(jiān)控系統(tǒng)等缺陷，為實現(xiàn)“無人值守”及“零維護(hù)量”目標(biāo)現(xiàn)地控制（LCU）單元必須盡快解決上述的問題，本文重點闡述為解決這些針對性問題所做的改革與創(chuàng)新。

【關(guān)鍵詞】自動化 現(xiàn)地控制 輔機(jī)設(shè)備 改革與創(chuàng)新

尤溪流域分公司由三個電站共8臺發(fā)電機(jī)組組成的階梯電站，在不同時期分別投入運(yùn)行，并且運(yùn)行良好，但運(yùn)行過程中或多或少還存在一定的問題。如目前現(xiàn)地控制單元，機(jī)組LCU通信程序僅完成轉(zhuǎn)發(fā)功能，數(shù)據(jù)的解析由上位機(jī)驅(qū)動程序完成。運(yùn)行維護(hù)中存在以下問題：數(shù)據(jù)處理過于集中，分層分布程度低，單套LCU外圍自動化元器件技改或運(yùn)行參數(shù)變化，比如開接點、閉接點引用變化需要大量的日常維護(hù)工作，都需要更改上位機(jī)數(shù)據(jù)庫參數(shù)，重新編譯整套數(shù)據(jù)庫，同步重啟10余臺各種功能服務(wù)器，操作復(fù)雜，小部分改動影響全廠的運(yùn)行設(shè)備，安全風(fēng)險高，維護(hù)人員心理壓力大?，F(xiàn)地使用觸摸屏具有獨立內(nèi)部時鐘，掉電靠電池保持，但存在長時間運(yùn)行誤差較大，給相關(guān)事件分析造成很大困惱的問題[1]，當(dāng)前處理時間誤差的方法是靠人工每月定期手動對時，時間設(shè)置需進(jìn)入觸摸屏工程模式，費時費力且精度不高。傳統(tǒng)0.4kV系統(tǒng)信號采用硬接點接入監(jiān)控系統(tǒng)的公用LCU[2]，盡管該方案可靠性高和施工維護(hù)成本高，并且占用公用LCU寶貴的內(nèi)部存儲有限資源，只能按照實際需要接入少量部分“重要信號”，不利于所有信號的采集。

1 機(jī)組LCU通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，LCU控制核心PLC技術(shù)也得到快速發(fā)展，數(shù)據(jù)處理能力發(fā)生根本改變。通信速率從標(biāo)準(zhǔn)串口9600bps發(fā)展到10Mbps、100Mbps的快速以太網(wǎng)，目前1Gbps高速以太網(wǎng)也開始應(yīng)用，數(shù)據(jù)存儲從早期以字節(jié)（Byte）為單位精打細(xì)算使用，到以kB為單位到MB為單位。以目前LCU數(shù)據(jù)處理能力，完全可獨立完成數(shù)據(jù)解析和重組，因此提出將機(jī)組LCU通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的改革。

優(yōu)化機(jī)組LCU通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要思想，通過修改上位機(jī)通信驅(qū)動程序、PLC通信程序，將數(shù)據(jù)解析、預(yù)處理部分下放到LCU中完成，各種數(shù)據(jù)由原始碼值通過相應(yīng)算法轉(zhuǎn)換成實際工程值，完成品質(zhì)判斷和告警信號處理。優(yōu)化后的機(jī)組LCU通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)智能化、高度自治，上位機(jī)、觸摸屏僅需完成人機(jī)界面功能，一般的日常維護(hù)只需修改相應(yīng)LCU程序，不需修改上位機(jī)程序，有效減少上位機(jī)系統(tǒng)修改、停機(jī)、重啟次數(shù)，減少檢修維護(hù)人員勞動強(qiáng)度，減低維護(hù)風(fēng)險，有效提高整套系統(tǒng)可用率。

2 現(xiàn)地LCU自動對時功能的實現(xiàn)

水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）采用分層分布式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地層控制單元LCU以可編程控制器PLC為核心，配置觸摸屏作為現(xiàn)地人機(jī)界面，然而使用的施耐德觸摸屏本身并不具備對時功能，機(jī)組在長時間運(yùn)行時如時鐘不對，當(dāng)出現(xiàn)事故信號將給維護(hù)人員分析現(xiàn)場情況造成很大的不便，但觸摸屏通過串口與PLC通信，且現(xiàn)地控制單元LCU可編程控制器PLC 配有ERT模塊已實現(xiàn)電站GPS授時系統(tǒng)對時，因此提出通過串口通信讀取PLC時間和編寫觸摸屏腳本程序，改寫觸摸屏內(nèi)部時鐘實現(xiàn)觸摸屏的自動校時功能。

該實施方案三大步驟：PLC時鐘處理，讀取ERT模塊時鐘；編寫觸摸屏腳本，定義時鐘接收變量并鏈接至PLC；定義腳本執(zhí)行觸發(fā)事件，為提高效率腳本類型1僅在觸摸屏啟動時執(zhí)行一次，腳本類型2為每小時執(zhí)行一次。通過觸摸屏腳本編程實現(xiàn)自動校時，無需更改接線、增加硬件，不會產(chǎn)生附加的設(shè)備維護(hù)工作和故障風(fēng)險。并且隨著電子技術(shù)發(fā)展觸摸屏價格不斷降低，越來越多的設(shè)備采用觸摸屏作為人機(jī)界面提高智能化水平，采用本方案實現(xiàn)觸摸屏自動校時簡單、直接，容易實施，具有很好應(yīng)用前景。

3 壩頂0.4kV壩用電系統(tǒng)信息采集改進(jìn)

該水電站的壩頂0.4kV系統(tǒng)母線由3路電源自動切換選擇1路供電，由一套西門子PLC控制，其中第三電源為柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)的啟停由該發(fā)電機(jī)控制器（科邁AMF-25）控制。正由于壩頂現(xiàn)場裝設(shè)的交流采表、西門子PLC、柴油發(fā)電機(jī)控制器均為智能設(shè)備，具備串口通信功能，提出利用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信機(jī)開發(fā)相關(guān)通信協(xié)議程序，按規(guī)約解析出來數(shù)據(jù)直接通過工業(yè)以太網(wǎng)送到上位機(jī)主機(jī)，實現(xiàn)壩頂用電系統(tǒng)信息的采集改進(jìn)。

改進(jìn)的基本思路：構(gòu)造系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，將壩頂0.4kV系統(tǒng)3個交流采表、西門子PLC、柴油發(fā)電機(jī)控制器，均采用RS485轉(zhuǎn)光纖方式經(jīng)光纖接入計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的廠內(nèi)通信機(jī)。上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計，利用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)NC2000具有良好的人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)功能。在組態(tài)環(huán)境下，設(shè)計人員對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的廠內(nèi)通訊服務(wù)器的串口進(jìn)行驅(qū)動配置，編寫對應(yīng)串口智能設(shè)備的通訊程序，運(yùn)行環(huán)境以圖形畫面形式的人機(jī)界面監(jiān)控壩頂0.4kV系統(tǒng)信息、故障報警，對有關(guān)數(shù)據(jù)存儲歷史庫，生成報表。

該采集方案簡單合理，由于傳輸通道采用了光纖，克服了傳統(tǒng)串口傳輸距離的困難，避免了傳統(tǒng)電氣連接的雷電干擾問題，又利用了串口傳輸?shù)某墒煨裕瑴p少了傳統(tǒng)電纜敷設(shè)，降低了施工難度。利用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信機(jī)開發(fā)相關(guān)通信協(xié)議程序，充分發(fā)揮了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的靈活擴(kuò)展性，將該電站壩頂0.4kV系統(tǒng)的信息增采到一個計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，提高了水電站的自動化程度和集控程度。

4 結(jié)語

為進(jìn)一步推進(jìn)水電站實現(xiàn)“無人值守”及“零維護(hù)量”目標(biāo)，本文作者根據(jù)所屬電站的實際運(yùn)行狀況，對現(xiàn)地控制單元存在的缺點進(jìn)行改革與創(chuàng)新，旨在提高水電站運(yùn)行的自動化水平，減少了運(yùn)行人員工作量，并對其它電站類似工程改進(jìn)提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳之棟.關(guān)于水利發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢修的研究[J].城市建設(shè)理論研究，2013（29）.

[2]王聰，張毅，文正國.水電站監(jiān)控系統(tǒng)中MMS通信協(xié)議的應(yīng)用[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2013，36（3）.