淺析水電站水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制及應(yīng)用

摘 要：我國(guó)的地域遼闊，水資源比較豐富，江河分布密集，隨著人們對(duì)用電的需求不斷增加，在我國(guó)大多數(shù)地區(qū)都建設(shè)了大中型的水電站，中小型水電站建設(shè)施工的時(shí)間較短，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)多數(shù)小型水電站在水輪發(fā)電機(jī)組上設(shè)置了一些監(jiān)控系統(tǒng)，使用監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制不僅提高了供電的可靠性，并且在一定程度上減少了人力的使用，實(shí)現(xiàn)了"無人值班，少人值守"的目標(biāo)，本文對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制進(jìn)行了研究及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；監(jiān)控系統(tǒng)；自動(dòng)化控制；應(yīng)用

【引言】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的水電站水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)淘汰了傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制，監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制通過對(duì)各種設(shè)備信息進(jìn)行采集、處理以及控制，使得設(shè)備可以安全穩(wěn)定運(yùn)行，在節(jié)約電能的同時(shí)，又可以實(shí)現(xiàn)無人值班的要求，已經(jīng)成為一個(gè)集控制、通信、網(wǎng)絡(luò)及電力電子一體化的綜合系統(tǒng)，在中小水電站得到了廣泛應(yīng)用。

【正文】

1、水電站監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制發(fā)展概況

水輪發(fā)電機(jī)組是水電站的核心設(shè)備，水林發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制影響著水電站的正常運(yùn)行，隨著時(shí)代的進(jìn)步與科技的發(fā)展，自動(dòng)化控制在逐漸地運(yùn)用到水電站發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)上來，傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)退出，取而代之的是監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，周期性的檢測(cè)和調(diào)控都是由自動(dòng)化控制系統(tǒng)去完成，這樣一來，人們的勞動(dòng)量大大減少，減少了人員的數(shù)量，節(jié)約了能源，一舉兩得，出現(xiàn)了“無人值班，少人值守”的水電站[1]。

由于水電站水輪發(fā)電機(jī)組的規(guī)模，小水電機(jī)組設(shè)備簡(jiǎn)單，作用并不是特別重要，因此一些新興的技術(shù)便首先運(yùn)用到小水電機(jī)組上，成果成熟時(shí)才將其引用于實(shí)際中，造成了實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化控制遲一些，在水資源豐富的省份，水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控設(shè)備的自動(dòng)化控制的研究發(fā)展迅速，相信在經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展情況下，自動(dòng)化的監(jiān)控會(huì)有很大的發(fā)展和大規(guī)模的普及。

2、水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)概況

小型發(fā)電站的自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)分層分布式的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括現(xiàn)地控制單元層和主控層，現(xiàn)地控制單元根據(jù)控制對(duì)象的差異又分為機(jī)組現(xiàn)地控制單元、升壓站以及公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元下位機(jī)設(shè)備， LCU現(xiàn)地控制單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的監(jiān)控。如圖：

水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)由1臺(tái)主控計(jì)算機(jī)、4個(gè)機(jī)組現(xiàn)地控制單元層、1個(gè)升壓站以及1個(gè)公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元層組成，如果小型水電站的單機(jī)容量在2-8兆瓦范圍之間時(shí)，其主控層可以使用雙主控計(jì)算機(jī)互為熱備用。根據(jù)電線的主接線。

主控計(jì)算機(jī)中控制器局域網(wǎng)絡(luò)的通信口與現(xiàn)地控制單元層中的監(jiān)控及保護(hù)單元進(jìn)行連接，機(jī)組現(xiàn)地控制單元層與升壓器以及公用 設(shè)備現(xiàn)地控制單元層的可編程邏輯控制器通過RS-485接口和主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，另外還可以使用控制器局域網(wǎng)絡(luò)的RS-485總線轉(zhuǎn)換器經(jīng)過轉(zhuǎn)換后再與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信過程。使用發(fā)電機(jī)主保護(hù)單元對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)工作，同時(shí)發(fā)電機(jī)的監(jiān)控單元對(duì)發(fā)電機(jī)的工 作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，保護(hù)單元和監(jiān)控單元與S7-200小型的可編程邏輯控制器構(gòu)成了發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)地控制單元層。對(duì)小型水電站的用電單元進(jìn)行管理時(shí)，需要對(duì)變壓器的運(yùn)行參數(shù)、直流控制電壓和合閘電壓進(jìn)行測(cè)量，公用設(shè)備使用一臺(tái)S7-200小型可編程邏輯控制器完成一些控制及監(jiān)測(cè)的工作，使用通信功能和主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接。

水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制是軟硬件組成的，都采用了模塊化結(jié)構(gòu)，利用不同的模塊的功能，使得整體達(dá)到較好的效果，使用PCL的水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是比較常見的，即程序邏輯控制器，是一種在現(xiàn)代工業(yè)系數(shù)能可靠進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作處理的電子化系統(tǒng)，能執(zhí)行多種邏輯運(yùn)算，輸入輸出數(shù)字量，運(yùn)用此系統(tǒng)，能夠很明確地顯示出實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)情況，一目了然。

PCL系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單易行，適應(yīng)能力強(qiáng)[2]，軟件對(duì)氣候的適應(yīng)性強(qiáng)，能夠在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工作，適合多變的氣候，系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠平穩(wěn)運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，軟件控制功能完善，運(yùn)算功能等功能完善，在各個(gè)方面適合水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制應(yīng)用。

3、水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制的應(yīng)用

水電站監(jiān)控技術(shù)的自動(dòng)化控制的應(yīng)用，監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制是能夠?qū)λ娬镜纳a(chǎn)電能過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，它使得計(jì)算機(jī)的使用代替了人員的工作，人們不用再去時(shí)時(shí)刻刻都在觀測(cè)[3]，通過計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)各種設(shè)備的節(jié)約水能的情況，檢測(cè)溫度等等，從而進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)控，這種操作大大地降低了人們的工作強(qiáng)度，提高了工作效率，使得數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)更加到位，調(diào)控問題提更加及時(shí)，使得水電站水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化發(fā)展[4]。也減少水電站的運(yùn)行費(fèi)用及發(fā)電成本，達(dá)到減員增效的目的。

水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控設(shè)備的自動(dòng)化控制應(yīng)用于中小水電站上，監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化能夠使得新的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)得到運(yùn)用，使我國(guó)額水電站自動(dòng)化監(jiān)控得到發(fā)展，也節(jié)約了人力，工作人員可以將更多地時(shí)間用來檢驗(yàn)其他設(shè)備的工作情況和異常情況上來，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)我國(guó)水電站科技的應(yīng)用有很大的影響，在國(guó)外自動(dòng)化監(jiān)控率高達(dá)90%，國(guó)內(nèi)的發(fā)展則相對(duì)落后，[5]監(jiān)控系統(tǒng)基本功能：具備信息采集和監(jiān)視、機(jī)組順序控制及非正常條件的閉鎖、綜合量計(jì)算、報(bào)警、溫度監(jiān)視、事件記錄、有功、無功功率調(diào)節(jié)、一覽表、報(bào)表、歷史曲線查詢、與保護(hù)、自動(dòng)及監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能。

【結(jié)束語】本文主要對(duì)水輪發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制進(jìn)行了研究，整理了水輪機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)組成，并分析了它的應(yīng)用，監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化控制通過現(xiàn)地控制單元和主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控的自動(dòng)化控制，主要使用PCL軟件系統(tǒng)，操作方便簡(jiǎn)單，節(jié)省了人力以及能源，雖然在實(shí)際中存在許多發(fā)展中 的問題，但在未來的科技發(fā)展中，自動(dòng)化的監(jiān)控系統(tǒng)在控制方面一定會(huì)越來越普及，并且會(huì)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)山進(jìn)行改善、發(fā)展，這需要不斷地實(shí)踐與創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬伽洛倫.水電站低壓水輪發(fā)電機(jī)組中計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用探究 [J].科技傳播，2016（2）：117-118.

[2]黃志先.水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備模擬系統(tǒng)的研究.廣西大學(xué)，2009

[3]方輝欽.現(xiàn)代水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與試驗(yàn).中國(guó)電力出版社，2003.

[4]徐立中.水電站水利樞紐計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)分析.水利水電出版社，2002.

[5]鄭文.水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng).中國(guó)水利水電出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：

成佳微（1987-），女，陜西咸陽，本科，助理工程師，運(yùn)行責(zé)任工程師，主要負(fù)責(zé)水電站機(jī)組運(yùn)行維護(hù)的技術(shù)質(zhì)量管理工作。