自动化技术在某小水电站中的运用

温卉

摘 要 水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上对整个电站运行全过程的自动控制，以达到提高小型水电站电能质量和发电效率、使水电站逐步实现少人值班直至最终达到无人值班（或少人值守）的目标。目前自动化技术的运用逐步由大中型水电站向小型水电站拓展。文章以某小型水电站技改为背景，浅析了微机综合自动化技术在小型水电站中的应用，说明了水电站微机综合自动化系统、设计、配置、功能等特点，可供广大同行参考。

关键词 综合自动化；小水电；运用

中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0104-02

水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上对整个电站（甚至梯级电站或整个流域）从水文测报、机组启（停）控制、工况监视，辅助和公用设备的启（停）控制、工况监视，负荷的分配，直到输电线路运行全过程的自动控制，并能准确地与上一级调度部门进行实时数据通信等全方位自动监测的控制系统。

随着我国自动化技术水平的日益提高，综合自动化技术在电力生产中得到了广泛的应用，大中型水电站目前已经基本推广了自动化技术。随着技术进步和自动化设备造价的降低，综合自动化技术已开始运用于小型水电站，以达到提高小型水电站电能质量和发电效率、使水电站逐步实现少人值班直至最终达到无人值班（或少人值守）的目标。

1 电站概况

某水电站为海丰县梅陇镇黄山洞水库（中型）的附属电站，于1987年建成，总装机3×250 kW。该电站于2013年技改，技改后装3台GD007-WZ-60型水轮机，额定水头14.5m，额定流量2.13 m3/s，额定转速1000 r/min，额定出力272 kW，设计效率88.5%；配SFW250—6/590发电机，额定出力250 kW，转速1000 r/min。电站总装机容量为3×250 kW，配YWT型调速器，并引入相应的自动化控制技术。

2 电站综合自动化系统总体布局

该水电站的自动化控制系统分为三层，由顶向下依次为：水库中心监控层、电站级控制层、现地级控制层，见图1。其中中心监控层配置于水库枢纽，负责对水库枢纽进行监控。

图1 自动化控制系统分层示意图

各控制层配置如下：

1）水库中心监控层。水库中心监控层位于水库调度中心，主要由数据库服务器、WEB服务器、其它相关监控主机、监测控制软件和视频主机等构成，实现对水库枢纽各系统主要参数和设备运行状态的监控。本电站自动化系统属水库枢纽自动化系统的一个子系统，本电站的电站级控制层负责与水库中心监控层通讯交换数据、指令。

2）电站级控制层。电站级控制层位于电站控制室，主要由数据服务器1台，工作站2个，打印机1台，UPS电源1台及网络设备等组成。电站级控制层设备与现地控制单元（LCU）间采用TCP/IP网络协议。操作站为两台互为热冗余工作站级计算机组成，完成对全厂的安全监控、事故处理及人机联系等功能，其软件系统提供网络WEB发布模块接口。

3）现地级控制层。现地级控制层采用可编程控制器（PLC）为核心的控制单元（LCU），构成逻辑控制系统，负责收集生产过程中的信息，并执行对生产过程的控制，独立实现数据采集和处理、事故检测报警、控制调节、设备的继电保护等功能。

现地级控制层设5套测控单元，控制对象主要包括水轮发电机组、油、水、气系统等辅机设备及发电机测温、继电保护、输配电等。

本电站采用微机型继电保护装置。微机型继电保护装置通过前面板的MMI或者自动化系统的ECP软件进行配置整定，输入相关参数。保护装置通过这些参数进行保护功能和测量功能的计算，一旦发生故障需要进行保护时，继电保护装置能自动动作进行保护，并将相关故障信号通过Modbus Plus通讯接口以及常规I/O接口送电站计算机监控系统，并在电站级控制层的工作站报警、显示详细的事故或故障信号，并通过自动化系统进行控制，调整全厂的运行状态，完成故障对应的全厂保护动作，并形成故障录波等操作记录。主要继电设备保护包括：①10 kV线路保护；②发电机保护；③主变压器保护；④厂用变压器保护。

3 功能设计

3.1 水库中心监控层

水库中心监控层实现对水库枢纽各系统主要参数的监测和设备运行状态的监控。本电站自动化系统属水库枢纽自动化系统的一个子系统，由电站级控制层负责与其通讯，交换数据、指令。

3.2 电站级控制层

电站级控制层完成对全厂的安全监控、事故处理及人机联系等。实现的详细功能有：

1）采集各LCU上送的现场信号。

2）机组顺序控制（起停）及非正常条件的闭锁。

3）故障报警、显示、处置。

4）LCU测量信号的显示。

5）同期并网及解列。

6）有功、无功功率控制及经济运行控制。

7）制作电站运行日记、各种报表、曲线、棒图及其历史文件的存储。

8）事件顺序记录及事故追忆记录。

9）人机界面，各种历史数据存储查询，报表生成与打印等。

10）模拟培训。

11）时间同步。

12）自诊断通信。

3.3 现地级控制层

采用控制单元（LCU），以可编程控制器（PLC）为核心，附设HMI、智能仪表、自动装置等设备构成，收集生产过程中的信息，并执行对生产过程的控制，独立完成数据采集和处理、事故检测报警、控制调节等功能。LCU实现的详细功能有：

1）现地机组自动顺序控制，能在上位机上或现地触摸屏上以一个命令完成开停机全过程，或分步执行。

2）调速器和励磁装置的调节。

3）同步操作。

4）自动发电控制AGC。

5）自动电压控制AVR。

6）继电保护。

4 结束语

某水电站采用综合自动化系统改造后，取得的成效主要有：

1）可取消机旁值班人员仅在中控室集中监控，减少了运行值班人员，改善运行人员的工作条件和工作环境。

2）可自动检测、自动调整运行参数，提高电能质量和电能效率。

3）提高了继电保护准确率，故障位置和类型可在中控室工作站显示，便于故障排除。同时系统可通过对设备的故障分析预测设备的故障发生率，为运行提供了参考。

4）电站级控制层可与水库中心监控层实时通讯，可将电站的运行情况快速传递给水库调度中心，快速接收来自水库调度中心的指示。

参考文献

[1]徐倩倩.电站自动化系统在变电站中的应用[J].低压电器，2008（02）.endprint

摘 要 水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上对整个电站运行全过程的自动控制，以达到提高小型水电站电能质量和发电效率、使水电站逐步实现少人值班直至最终达到无人值班（或少人值守）的目标。目前自动化技术的运用逐步由大中型水电站向小型水电站拓展。文章以某小型水电站技改为背景，浅析了微机综合自动化技术在小型水电站中的应用，说明了水电站微机综合自动化系统、设计、配置、功能等特点，可供广大同行参考。

关键词 综合自动化；小水电；运用

中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0104-02

水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上对整个电站（甚至梯级电站或整个流域）从水文测报、机组启（停）控制、工况监视，辅助和公用设备的启（停）控制、工况监视，负荷的分配，直到输电线路运行全过程的自动控制，并能准确地与上一级调度部门进行实时数据通信等全方位自动监测的控制系统。

随着我国自动化技术水平的日益提高，综合自动化技术在电力生产中得到了广泛的应用，大中型水电站目前已经基本推广了自动化技术。随着技术进步和自动化设备造价的降低，综合自动化技术已开始运用于小型水电站，以达到提高小型水电站电能质量和发电效率、使水电站逐步实现少人值班直至最终达到无人值班（或少人值守）的目标。

1 电站概况

某水电站为海丰县梅陇镇黄山洞水库（中型）的附属电站，于1987年建成，总装机3×250 kW。该电站于2013年技改，技改后装3台GD007-WZ-60型水轮机，额定水头14.5m，额定流量2.13 m3/s，额定转速1000 r/min，额定出力272 kW，设计效率88.5%；配SFW250—6/590发电机，额定出力250 kW，转速1000 r/min。电站总装机容量为3×250 kW，配YWT型调速器，并引入相应的自动化控制技术。

2 电站综合自动化系统总体布局

该水电站的自动化控制系统分为三层，由顶向下依次为：水库中心监控层、电站级控制层、现地级控制层，见图1。其中中心监控层配置于水库枢纽，负责对水库枢纽进行监控。

图1 自动化控制系统分层示意图

各控制层配置如下：

1）水库中心监控层。水库中心监控层位于水库调度中心，主要由数据库服务器、WEB服务器、其它相关监控主机、监测控制软件和视频主机等构成，实现对水库枢纽各系统主要参数和设备运行状态的监控。本电站自动化系统属水库枢纽自动化系统的一个子系统，本电站的电站级控制层负责与水库中心监控层通讯交换数据、指令。

2）电站级控制层。电站级控制层位于电站控制室，主要由数据服务器1台，工作站2个，打印机1台，UPS电源1台及网络设备等组成。电站级控制层设备与现地控制单元（LCU）间采用TCP/IP网络协议。操作站为两台互为热冗余工作站级计算机组成，完成对全厂的安全监控、事故处理及人机联系等功能，其软件系统提供网络WEB发布模块接口。

3）现地级控制层。现地级控制层采用可编程控制器（PLC）为核心的控制单元（LCU），构成逻辑控制系统，负责收集生产过程中的信息，并执行对生产过程的控制，独立实现数据采集和处理、事故检测报警、控制调节、设备的继电保护等功能。

现地级控制层设5套测控单元，控制对象主要包括水轮发电机组、油、水、气系统等辅机设备及发电机测温、继电保护、输配电等。

本电站采用微机型继电保护装置。微机型继电保护装置通过前面板的MMI或者自动化系统的ECP软件进行配置整定，输入相关参数。保护装置通过这些参数进行保护功能和测量功能的计算，一旦发生故障需要进行保护时，继电保护装置能自动动作进行保护，并将相关故障信号通过Modbus Plus通讯接口以及常规I/O接口送电站计算机监控系统，并在电站级控制层的工作站报警、显示详细的事故或故障信号，并通过自动化系统进行控制，调整全厂的运行状态，完成故障对应的全厂保护动作，并形成故障录波等操作记录。主要继电设备保护包括：①10 kV线路保护；②发电机保护；③主变压器保护；④厂用变压器保护。

3 功能设计

3.1 水库中心监控层

水库中心监控层实现对水库枢纽各系统主要参数的监测和设备运行状态的监控。本电站自动化系统属水库枢纽自动化系统的一个子系统，由电站级控制层负责与其通讯，交换数据、指令。

3.2 电站级控制层

电站级控制层完成对全厂的安全监控、事故处理及人机联系等。实现的详细功能有：

1）采集各LCU上送的现场信号。

2）机组顺序控制（起停）及非正常条件的闭锁。

3）故障报警、显示、处置。

4）LCU测量信号的显示。

5）同期并网及解列。

6）有功、无功功率控制及经济运行控制。

7）制作电站运行日记、各种报表、曲线、棒图及其历史文件的存储。

8）事件顺序记录及事故追忆记录。

9）人机界面，各种历史数据存储查询，报表生成与打印等。

10）模拟培训。

11）时间同步。

12）自诊断通信。

3.3 现地级控制层

采用控制单元（LCU），以可编程控制器（PLC）为核心，附设HMI、智能仪表、自动装置等设备构成，收集生产过程中的信息，并执行对生产过程的控制，独立完成数据采集和处理、事故检测报警、控制调节等功能。LCU实现的详细功能有：

1）现地机组自动顺序控制，能在上位机上或现地触摸屏上以一个命令完成开停机全过程，或分步执行。

2）调速器和励磁装置的调节。

3）同步操作。

4）自动发电控制AGC。

5）自动电压控制AVR。

6）继电保护。

4 结束语

某水电站采用综合自动化系统改造后，取得的成效主要有：

1）可取消机旁值班人员仅在中控室集中监控，减少了运行值班人员，改善运行人员的工作条件和工作环境。

2）可自动检测、自动调整运行参数，提高电能质量和电能效率。

3）提高了继电保护准确率，故障位置和类型可在中控室工作站显示，便于故障排除。同时系统可通过对设备的故障分析预测设备的故障发生率，为运行提供了参考。

4）电站级控制层可与水库中心监控层实时通讯，可将电站的运行情况快速传递给水库调度中心，快速接收来自水库调度中心的指示。

参考文献

[1]徐倩倩.电站自动化系统在变电站中的应用[J].低压电器，2008（02）.endprint

摘 要 水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上对整个电站运行全过程的自动控制，以达到提高小型水电站电能质量和发电效率、使水电站逐步实现少人值班直至最终达到无人值班（或少人值守）的目标。目前自动化技术的运用逐步由大中型水电站向小型水电站拓展。文章以某小型水电站技改为背景，浅析了微机综合自动化技术在小型水电站中的应用，说明了水电站微机综合自动化系统、设计、配置、功能等特点，可供广大同行参考。

关键词 综合自动化；小水电；运用

中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0104-02

水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上对整个电站（甚至梯级电站或整个流域）从水文测报、机组启（停）控制、工况监视，辅助和公用设备的启（停）控制、工况监视，负荷的分配，直到输电线路运行全过程的自动控制，并能准确地与上一级调度部门进行实时数据通信等全方位自动监测的控制系统。

随着我国自动化技术水平的日益提高，综合自动化技术在电力生产中得到了广泛的应用，大中型水电站目前已经基本推广了自动化技术。随着技术进步和自动化设备造价的降低，综合自动化技术已开始运用于小型水电站，以达到提高小型水电站电能质量和发电效率、使水电站逐步实现少人值班直至最终达到无人值班（或少人值守）的目标。

1 电站概况

某水电站为海丰县梅陇镇黄山洞水库（中型）的附属电站，于1987年建成，总装机3×250 kW。该电站于2013年技改，技改后装3台GD007-WZ-60型水轮机，额定水头14.5m，额定流量2.13 m3/s，额定转速1000 r/min，额定出力272 kW，设计效率88.5%；配SFW250—6/590发电机，额定出力250 kW，转速1000 r/min。电站总装机容量为3×250 kW，配YWT型调速器，并引入相应的自动化控制技术。

2 电站综合自动化系统总体布局

该水电站的自动化控制系统分为三层，由顶向下依次为：水库中心监控层、电站级控制层、现地级控制层，见图1。其中中心监控层配置于水库枢纽，负责对水库枢纽进行监控。

图1 自动化控制系统分层示意图

各控制层配置如下：

1）水库中心监控层。水库中心监控层位于水库调度中心，主要由数据库服务器、WEB服务器、其它相关监控主机、监测控制软件和视频主机等构成，实现对水库枢纽各系统主要参数和设备运行状态的监控。本电站自动化系统属水库枢纽自动化系统的一个子系统，本电站的电站级控制层负责与水库中心监控层通讯交换数据、指令。

2）电站级控制层。电站级控制层位于电站控制室，主要由数据服务器1台，工作站2个，打印机1台，UPS电源1台及网络设备等组成。电站级控制层设备与现地控制单元（LCU）间采用TCP/IP网络协议。操作站为两台互为热冗余工作站级计算机组成，完成对全厂的安全监控、事故处理及人机联系等功能，其软件系统提供网络WEB发布模块接口。

3）现地级控制层。现地级控制层采用可编程控制器（PLC）为核心的控制单元（LCU），构成逻辑控制系统，负责收集生产过程中的信息，并执行对生产过程的控制，独立实现数据采集和处理、事故检测报警、控制调节、设备的继电保护等功能。

现地级控制层设5套测控单元，控制对象主要包括水轮发电机组、油、水、气系统等辅机设备及发电机测温、继电保护、输配电等。

本电站采用微机型继电保护装置。微机型继电保护装置通过前面板的MMI或者自动化系统的ECP软件进行配置整定，输入相关参数。保护装置通过这些参数进行保护功能和测量功能的计算，一旦发生故障需要进行保护时，继电保护装置能自动动作进行保护，并将相关故障信号通过Modbus Plus通讯接口以及常规I/O接口送电站计算机监控系统，并在电站级控制层的工作站报警、显示详细的事故或故障信号，并通过自动化系统进行控制，调整全厂的运行状态，完成故障对应的全厂保护动作，并形成故障录波等操作记录。主要继电设备保护包括：①10 kV线路保护；②发电机保护；③主变压器保护；④厂用变压器保护。

3 功能设计

3.1 水库中心监控层

水库中心监控层实现对水库枢纽各系统主要参数的监测和设备运行状态的监控。本电站自动化系统属水库枢纽自动化系统的一个子系统，由电站级控制层负责与其通讯，交换数据、指令。

3.2 电站级控制层

电站级控制层完成对全厂的安全监控、事故处理及人机联系等。实现的详细功能有：

1）采集各LCU上送的现场信号。

2）机组顺序控制（起停）及非正常条件的闭锁。

3）故障报警、显示、处置。

4）LCU测量信号的显示。

5）同期并网及解列。

6）有功、无功功率控制及经济运行控制。

7）制作电站运行日记、各种报表、曲线、棒图及其历史文件的存储。

8）事件顺序记录及事故追忆记录。

9）人机界面，各种历史数据存储查询，报表生成与打印等。

10）模拟培训。

11）时间同步。

12）自诊断通信。

3.3 现地级控制层

采用控制单元（LCU），以可编程控制器（PLC）为核心，附设HMI、智能仪表、自动装置等设备构成，收集生产过程中的信息，并执行对生产过程的控制，独立完成数据采集和处理、事故检测报警、控制调节等功能。LCU实现的详细功能有：

1）现地机组自动顺序控制，能在上位机上或现地触摸屏上以一个命令完成开停机全过程，或分步执行。

2）调速器和励磁装置的调节。

3）同步操作。

4）自动发电控制AGC。

5）自动电压控制AVR。

6）继电保护。

4 结束语

某水电站采用综合自动化系统改造后，取得的成效主要有：

1）可取消机旁值班人员仅在中控室集中监控，减少了运行值班人员，改善运行人员的工作条件和工作环境。

2）可自动检测、自动调整运行参数，提高电能质量和电能效率。

3）提高了继电保护准确率，故障位置和类型可在中控室工作站显示，便于故障排除。同时系统可通过对设备的故障分析预测设备的故障发生率，为运行提供了参考。

4）电站级控制层可与水库中心监控层实时通讯，可将电站的运行情况快速传递给水库调度中心，快速接收来自水库调度中心的指示。

参考文献

[1]徐倩倩.电站自动化系统在变电站中的应用[J].低压电器，2008（02）.endprint