袁家壩水電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方案分析

【摘要】現(xiàn)如今，水電站發(fā)展迅速，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以計算機(jī)監(jiān)控為基礎(chǔ)的綜合自動化系統(tǒng)被逐漸應(yīng)用于水電站建設(shè)中。對此，本文首先介紹了小型水電站自動化系統(tǒng)設(shè)計原則，然后以袁家壩水電站為研究對象，對袁家壩水電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方案進(jìn)行了詳細(xì)探究，以期為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】袁家壩水電站；綜合自動化系統(tǒng)；應(yīng)用

引言

在小型水電站工程建設(shè)中采用先進(jìn)的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，不僅有利于節(jié)約水電站工程運(yùn)行成本，而且還能夠有效減少工人勞動量，是水電站自身生產(chǎn)和發(fā)展的需要。因此，對水電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及具體的設(shè)計方案進(jìn)行深入研究意義重大。

1、綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計概述

1.1 小型水電站特點

與大型以及中型水電站系統(tǒng)設(shè)計不同的是，在進(jìn)行小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要充分考慮小型水電站實際情況，設(shè)計符合實際需要的監(jiān)控系統(tǒng)。小型水電站的特點主要體現(xiàn)在以下五個方面：投資建設(shè)成本低、電壓變化較大、實際運(yùn)行方式變化較大、技術(shù)水平較低、日常維護(hù)以及技術(shù)更新費用少。

1.2 小型水電站自動化系統(tǒng)設(shè)計原則

綜合考慮上文所提小型水電站特點，在進(jìn)行小型水電站自動化系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)該注意性價比高、技術(shù)水平高、可靠性高、自動化水平高等。在小型水電站設(shè)計建設(shè)過程中，資金因素至關(guān)重要，因此，在小型水電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計過程中，首先需要考慮經(jīng)濟(jì)因素，以最少的資金投入達(dá)到最高的設(shè)計水平。另外，要求小型水電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平比較高，小型水電站工程是民生工程，其實際運(yùn)行效果與人們的日常生活密切相關(guān)，因此，小型水電站設(shè)計建設(shè)必須符合農(nóng)村發(fā)展需要，盡量采用先進(jìn)的自動化智能化設(shè)備，提升小型水電站的運(yùn)行可靠性。除此以外，要求小型水電站自動化系統(tǒng)能夠具備完整的控制功能，對此，必須增加資金投入，在有限的資金投入的基礎(chǔ)上，盡量采用先進(jìn)的、完善的系統(tǒng)控制功能。

2、袁家壩水電站概況

袁家壩水電站地處畢節(jié)地區(qū)納雍縣境內(nèi)，烏江干流北源六沖河右岸一級支流鼠仲河河上，為鼠仲河上已建的一座小型水電站。

袁家壩水電站壩址以上集雨面積162.0km2，多年平均流量3.47m3/s，前池正常水位1265.5m，裝機(jī)容量5.0MW。

原袁家壩水電站渠道承擔(dān)著袁家壩、胡家壩300畝的灌溉任務(wù)。所以，本次改擴(kuò)建后的袁家壩水電站渠道也考慮原灌面的灌溉，袁家壩水電站的開發(fā)任務(wù)為灌溉發(fā)電。

袁家壩水電站位于納雍縣寨樂鄉(xiāng)境內(nèi)，是畢節(jié)地區(qū)水力資源復(fù)查報告中推薦的梯級開發(fā)中的第一個梯級，在六沖河右岸一級支流鼠仲河上。壩址以上流域面積1162km2，多年平均流量3.47m3/s。電站裝機(jī)5.0MW，可提供電量2450萬kw·h。本工程項目靜態(tài)總投資2280萬元，單位千瓦投資6334元/kw，單位電度投資1.44元/kw·h，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較優(yōu)，開發(fā)條件較好。

袁家壩水電站建成后并入納雍地方電網(wǎng)，主要供電區(qū)為納雍縣，袁家壩水電站電站的改擴(kuò)建，不僅有利于促進(jìn)鼠仲河的水能開發(fā)，也是鼠仲河水能資源開發(fā)的必然選擇，而且對于實現(xiàn)納雍縣確定的總體目標(biāo)：圍繞資源優(yōu)勢，依托科技進(jìn)步和體制創(chuàng)新做大做強(qiáng)煤電產(chǎn)業(yè)起到重要的促進(jìn)作用，對該區(qū)人民盡快脫貧致富奔小康，發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)，提高該區(qū)生產(chǎn)力水平有較大的作用。因此，袁家壩水電站的改擴(kuò)建地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

3、貴州袁家壩水電站自動化系統(tǒng)技術(shù)配置方案

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能及設(shè)計方案簡述

該水電站自動化系統(tǒng)采用分層分布全開放式微機(jī)自動化控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由站級控制層和現(xiàn)地控制層（LCU層）構(gòu)成，電站控制級包括一臺操作員工作站，實現(xiàn)全站的監(jiān)測、控制和人機(jī)對話以及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)方傳送處理。現(xiàn)地控制級包括2套機(jī)組LCU（現(xiàn)地控制單元）系統(tǒng)、1套公用LCU系統(tǒng)以及微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)等，實現(xiàn)對各生產(chǎn)對象的監(jiān)控。

機(jī)組部分由機(jī)組電氣保護(hù)裝置、機(jī)組控制裝置（可編程控制器PLC）、電量和非電量測控裝置（包括機(jī)組溫度、轉(zhuǎn)速、油壓、氣壓、水壓）、同期裝置及其他附件組成。

公用系統(tǒng)由公用設(shè)備保護(hù)裝置（主變保護(hù)裝置、線路保護(hù)裝置）、公用設(shè)備控制裝置（PLC）、公用設(shè)備電量和的非電量測控裝置、同期裝置及其他附件組成。同期系統(tǒng)采用微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置，具有可靠性高、并網(wǎng)速度快等優(yōu)點。勵磁裝置和調(diào)速器可通過通信接口直接與相應(yīng)的LCU系統(tǒng)進(jìn)行通信，接入水電站綜合自動化系統(tǒng)。

微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、線路保護(hù)及廠用變保護(hù)等，各保護(hù)裝置與操作員工作站進(jìn)行通訊，完成對于整個系統(tǒng)的微機(jī)繼電保護(hù)。

3.2 水電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

袁家壩水電站的控制系統(tǒng)為全分布式，整個控制系統(tǒng)是由兩種控制層所組成的，分為站級和現(xiàn)地控制層兩種，在而這之間，采用光纖通信方式。在該綜合自動化系統(tǒng)中，繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠與控制層直接連通，這樣能夠有效提高信息傳遞的準(zhǔn)確性和高效性。

3.3 系統(tǒng)硬件

在自動化控制系統(tǒng)中，主要的硬件設(shè)備包括打印機(jī)、計算機(jī)、USB電源等。

3.4 自動化控制級功能

3.4.1 控制調(diào)節(jié)功能

在自動化控制系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)管理人員的命令對機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行控制，另外，監(jiān)控系統(tǒng)還能夠根據(jù)管理人員的增減命令對機(jī)組進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，包括斷路器調(diào)和、機(jī)組啟動或者停機(jī)等等。

3.4.2 自動發(fā)電控制功能

在貴州袁家壩水電站自動化控制系統(tǒng)的實際運(yùn)行過程中，各個機(jī)組均能夠協(xié)調(diào)工作，高效運(yùn)行，有利于避免機(jī)組受到運(yùn)行干擾。另外，監(jiān)控系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中還能夠?qū)λ娬景l(fā)電運(yùn)行進(jìn)行有效控制。

3.4.3 自動電壓控制功能

電壓自動控制系統(tǒng)的主要作用是有效維護(hù)母線電壓，確保各臺機(jī)組都能過依據(jù)一定的比例對無功功率進(jìn)行科學(xué)合理的分配。在自動電壓控制系統(tǒng)運(yùn)行中，CRT上可以顯示所有的指導(dǎo)數(shù)據(jù)，運(yùn)行人員可以據(jù)此進(jìn)行操作。

3.4.4 運(yùn)行人員操作臺控制功能

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，工作人員只需要通過監(jiān)控系統(tǒng)接口，即可對水電站機(jī)組進(jìn)行有效控制，對有功功率以及無功功率進(jìn)行調(diào)整，同時，還可以對機(jī)組負(fù)荷、變壓器油溫、斷路器分合等進(jìn)行調(diào)整和控制。對于上述所有操作，工作人員都能夠在操作臺上進(jìn)行控制，而監(jiān)控系統(tǒng)中具有完善的硬件和軟件，因此，能夠?qū)δ骋豢刂萍夁M(jìn)行獨立控制。另外，需要注意的是，在整個系統(tǒng)中，機(jī)械電器保護(hù)裝置所發(fā)出的停機(jī)命令與監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有更高的控制權(quán)和優(yōu)先處理權(quán)。

3.4.5 事故處理指導(dǎo)功能

在水電站系統(tǒng)實際運(yùn)行過程中，如果設(shè)備發(fā)生故障問題，則監(jiān)控系統(tǒng)可以及時提出對于故障事故的處理意見，以及促進(jìn)系統(tǒng)快速恢復(fù)正常運(yùn)行工況的意見。

3.4.6 數(shù)據(jù)通信

（1）在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中，其可以根據(jù)通信工作站以及上級調(diào)度，確保實施數(shù)據(jù)通信可靠性，同時，其還能夠與水情測報系統(tǒng)、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)通信。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)與微機(jī)五防系統(tǒng)間的通信

（3）監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)地各輔助智能設(shè)備間的通信。

（4）對于監(jiān)控系統(tǒng)中各個設(shè)備的信息交換，可以采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

3.5 袁家壩水電站系統(tǒng)軟件配置

水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是由多個軟件所組成的，包括計算機(jī)系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、工具軟件以及基本軟件。其中，計算機(jī)系統(tǒng)軟件是用戶軟件開發(fā)的重要基礎(chǔ)，通過計算機(jī)系統(tǒng)軟件，可以對用戶程序進(jìn)行編輯、連接、運(yùn)行、推出等等；另外，基本軟件指的是監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行所需必要軟件，其主要功能有數(shù)據(jù)采集、處理等；除此以外，應(yīng)用軟件配置的應(yīng)用軟件為北海銀河高科技產(chǎn)業(yè)股份有限公司自主研發(fā)設(shè)計的YH-5000水電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)庫管理，圖形工具等工具軟件。

4、結(jié)語

由此可見，根據(jù)本文分析發(fā)現(xiàn)，水電站自動化系統(tǒng)復(fù)雜程度較高，其是由很多硬件設(shè)備和軟件所構(gòu)成的，因此，在具體的設(shè)計環(huán)節(jié)，必須綜合考慮水電站的技術(shù)特征，結(jié)合實際情況，堅持經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性原則，選擇符合水電站自身發(fā)展需要的綜合自動化系統(tǒng)，這樣才能夠有效提高生產(chǎn)效率，減少勞動成本，提高電能質(zhì)量。

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作者簡介：劉瓊（1965-），男，漢，貴州盤縣人，工程師，中專，主要從事機(jī)電方面工作。