浅谈微机综合自动化在拴驴泉水电站的实际应用

秦志钢

摘要：

为了提高晋城市沁河拴驴泉水电站的自动化水平，对电站进行了机组增效扩容改造，浅谈了微机综合自动化技术在中小型水电站的应用，水电站综合自动化系统的重要性和发展趋势，提出了水电站改造的必要性，综合自动化的基本概念，并对系统结构、通信方式和能实现电站的遥控、遥调、遥信和遥测等远动功能，从而达到电站的无人值班或少人值守的目的。

关键词：微机综合自动化技术改造系统配置计算机监控系统

中图分类号： F407 文献标识码： A

一、前言

二十一世纪是信息时代，随着科学技术的不断进步和自动化程度的日益提高，微机综合自动化在电力生产中得到了广泛的应用。根据水电站所在电力系统调度自动化、系统继电保护和安全自动控制、电能计费、系统通信以及电力系统生产调度管理等方面的要求，对新建水电站应按自动化要求进行设计并具体实施，考虑人体的特点、能力和限度，采取适当的技术措施，实现了水电站少人值班，以满足电力系统安全经济运行的需要，最终达到无人值班的目的。

二、电站概况

晋城市沁河拴驴泉水电站位于山西省与河南省交界的泽州县山河镇拴驴泉的沁河干流上，整个电站坐落在山里泉旅游区内，距晋城市区55KM，是泽州县小水电骨干电源之一，一九八七年主体工程动工兴建，一九九一年建成投产，设计水头57.65M，设计引水流量每秒32.8立方米，总装机2台，每台容量8750KM，设计年平均发电量9460万KM*h.电站自运行以来，为缓解水电供电压力和当地的工农业生产用电及农民脱贫致富起到了积极的推动作用。

1991年电站开始建设时的工程任务是防洪、发电和利用尾水向引沁济莽渠道送水，一部分电力送往晋东南电力系统，另一部分用于解决厂用电和近区自供区供电。随着工农业经济的发展，本地区新增多处工业企业，新型农业也日新月异，原来设定的工程任务更显突出和迫切，同时生态环境保护和旅游等综合利用也对电站提出新的更高要求，所以拴驴泉水电站的增效扩容改造是刻不容缓的。

三、技术改造的必要性

节能减排、环境保护是建设资源节约型、环境友好型社会的战略大计，是实现国家可持续发展的必由之路。 我国小水电发展较早较快，但受当时技术水平、经济条件的制约和多年运行、老化的影响，普遍存在机组效率差、水能利用效率低等问题。拴驴泉水电站改造工程完成后，装机容量虽然不变，却可以提高水电站机组效率，降低电网电损，提高发电量，增加发电效益，使农民直接受益促进当地经济的发展。开展农村水电增效减排的工程规划工作是非常必要的。开发水力资源，实现农村电气化建设的要求。

四、 计算机监控系统的配置

1 电站控制层配置

电站控制层设备设在中央控制室，由主机操作员工作站、通讯工作站、主控制台、汉字打印机、GPS时钟同步装置、语音报警装置、UPS电源等组成。

2 现地控制层（LCU）配置

现地控制层分机组LCU和公共LCU两部分，由人机界面终端（液晶触摸屏）、智能I/O控制器、I/O模块、输出继电器、准同期装置、温度测量装置、转速信号测量装置、数字式测量仪表和交直流双供电源等设备组成。

机组LCU监控范围包括水轮机、发电机、进水口主阀和机组附属设备。现地控制层负责对水轮发电机组、电气一次设备及公用设备等实时监控，通过工业以太网络实现各现地控制层与全站控制层连接交换信息，实现现地设备的监控及数据共享。当电站控制层因故退出运行时，现地控制层可以独立运行而不受影响。

3 通讯网络及设备配置

网络结构形式采用工业以太网，网络通信介质为多模光纤和屏蔽双交电缆线。网络传输速率为100Mbit/s，节点数可达340个，网络上的任一节点可以实时向网络上其它节点和网络上发送信息，某一节点故障，自动从网络上退出，不影响网络上的其它节点传输信息。

4 系统软件配置

系统软件：采用中文版的美国微软Windows 软件，具有良好的实时性、稳定性、可靠性，系统管理保密性好。用于操作系统，它管理整个计算机系统的所有资源，包括CPU、存储器、外部设备等，提供其它软件与系统资源的接口，是其它软件运行的环境。

应用软件：采用PLC编程软件，用于程序的编辑、编译、软件连接等。具有良好的人机界面和全开放特性。它是可以运行多种通讯协议的监控软件，与网上有不同通讯协议的设备交换数据，其数据库生成、监控画面、控制流程、报表等配置灵活，使用和维护方便。

5 继电保护系统的配置

保护的配置整定：对于保护装置的使用，首先要进行配置整定，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。

五、计算机监控的功能

计算机监控系统取代常规的控制盘、仪表盘、模拟盘、中央信号系统、电压无功调节装置等，具体包括以下内容:

1 监控画面功能

画面显示电气主接线所有开关的状态，发电机出口的电气和励磁参数，主变压器高、低压侧的电气参数，10KV、110KV线路出口的电气参数，6.3KV、10KV 和110KV母线的电气参数，厂用变压器的电气参数，电气主接线上所有开关的分、合闸操作按钮状态。主接线的运行状态和操作均在该画面上进行。当运行参数超出正常范围或开关跳闸时，相应的数值和开关颜色变化，语音设备报警。

2 远动功能

由监控系统的主工作站实现，并留有扩展能力。需要向电力系统调度机关传送和接收数据，实现调度机关对本电站的遥测、遥信、遥控和遥调，实时接收调度命令，向调度机关发送水电站实时运行工况、运行参数等信息。

3 实时数据采集和处理功能

采集电站电力运行实时数据和设备运行状态，包括各种模拟量、状态量和脉冲量。监控系统采取定时采集和主动上送的方式进行数据采集，并将这些数据存于数据库供计算机处理之用。

电站控制层：自动实时采集和处理来自各现地控制层及调度系统的数据。当出现异常事件记录和出现事故时，计算机监控系统根据目前的情况自动作出处理。

机组现地层LCU：自动实时采集和处理发电机、水轮机、励磁及调速装置、机组附属设备的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量，主要设备运行工况诊断处理，并以一定的格式存入实时数据库，对各类信息进行数据封装后存放在现地控制单元的存储单元中，并上传电站控制层。

直接采集的信号有：

电气量：发电机定子电压、电流，励磁电流、电压、频率、有功功率、无功功率和功率因数等。

非电量：机组油、气、水系统的压力、流量、接力器行程、温度。

开关量：发电机断路器位置、继电保护电气事故信号、故障分类信号；励磁系统工作方式设置、灭磁开关位置、故障信号；调速器工作方式设置、故障信号；油压装置压力、油位信号；机组各温度信号、转速位置信号、导叶开度位置信号、接力器锁锭投切信号、制动闸块位置信号、制动气压位置信号、剪断销剪断信号、油槽油位信号；进水口阀门位置信号、机组冷却水信号；水机保护动作信号等。

脉冲量：发电机有功电能、无功电能等。

通信采集的信号数据有：

机组各部位温度、测温电阻断线及装置故障，以及有关机组轴温温度信号和交换控制、状态和报警信息。励磁系统、调速器系统、同期系统、发电机及主变和线路微机保护装置的通讯。

4 综合参数统计、计算与分析功能

计算机监控系统根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算与分析，形成计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对电厂设备的运行进行全面监视与综合管理，可及时发现故障征兆，提高机组运行的安全性。对现成的计算数据列出作为实时数据处理，存入相应的实时数据库和历史数据库，進行越限报警、启动相关处理程序等操作。

5 定值管理功能

计算机监控系统对所有定值作统计，定值修改、变更情况统计，并存入数据库，以备查询。

6制表打印功能

对有人值班的变电所，监控系统可以配备打印机，完成以下打印记录功能；定时打印报表和运行日志；有关操作记录打印；事件顺序记录打印；越限打印；事故追忆打印；设备运行状态变位打印、召唤打印（由运行人员通过人机界面召唤起动打印已存的报表）等。

7生产报表功能

计算机监控系统进行电气量参数报表，非电气化量参数报表，温度、日发电量、厂用电量统计报表，生产综合统计报表等。

8安全运行监视及事件报警功能

（1）主要设备安全运行实时监视

（2）事件报警

（3）事故追忆及相关量记录

电站发生事故时，需对事故发生前后的某些重要参数进行追忆记录，以供运行人员事故分析。事故发生时，计算机将按顺序将事故报警信息、事故的名称及这些追忆数据保存于磁盘中，形成历史数据。并自动显示、打印这些数据。

（4）机组开、停机过程监视

机组开、停机时（命令发出），计算机监控系统自动推出相应机组的开、停机过程监视画面。画面包括：机组编号、自动/手动标记、开（停）机条件、用流程图表示的开（停）机步骤、每步操作的时间及总时间。

9 控制、操作与调节功能

根据电厂设备运行的情况和有关计算结果，操作人员可通过显示器按预定步骤远方及现地的控制命令对全厂设备的运行进行控制与调节。运行设备控制方式设置，自动/手动控制、远方/现地操作，均可在操作画面中点击实现，有功功率、无功功率调节以及机组开停机的控制操作也可在操作画面中点击实现。控制优先权为：现地控制层单元、电站控制层单元。

（1）电站主接线图上的断路器和开关的控制。

（2）机组顺序控制

（3）机组开停机过程的控制

（4）公共系统的控制

（5）发电机励磁系统的控制

10 人机联系功能

（1）人机联系的桥梁，包括显示器、鼠标和键盘。操作人员或调度员面对显示器的屏幕，通过鼠标或键盘可对全站的运行情况和运行参数一目了然，并可对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作。另外，电站投入运行后，随着送电量的变化，保护定值、越限值等需要修改，甚至由于负荷的增长，需要更换有的设备，例如更换互感器等。

（2）在操作台上的运行人员只允许完成对电站设备进行监视、控制调节和参数设置等操作。

11 人机界面功能

（1）画面显示、画面实时刷新（包括设备运行状态，运行参数及时钟）、报警与操作信息创新或标志提示、人机对话提示及操作命令信息提示、光标显示与控制、画面窗口变换与局部放大、画面的平移、滚动和漫游、多窗窗口显示、比例缩放。

（2）人机界面显示内容

画面显示是电站计算机监控系统的重要功能，画面是实时状态的并采用多窗口技术以提供更多的信息。画面调用具有程序自动调用和键盘菜单召唤调用形式。画面的种类包括接线图类、棒形图类、曲线类、表格类、信息类、运行指导类等。

12 数据通信功能

13 系统诊断功能

14 时钟同步功能

六、计算机监控系统网络图和监控对象

(1)2台混流立式水轮发电机组及辅机设备、励磁、调速系统

（2）2台发电机配电装置

（3）2台主变压器

（4）110KV升压设备（GIS）

(5)6.3KV、400V厂用电设备

（6）全厂公用设备及通风空调系统设备

（7）220V直流电源系统

（8）水力监测系统

（9）其他系统

七、水电站综合自动化系统的基本特征

从本水电站综合自动化系统的构成来看，其特点主要表现在以下几个方面：

（1）功能综合化 （2）结构分层、分布化（3）操作监视屏幕化（4）通信局域网络化（5）运行管理智能自动化

电站综合自动化除了可以实现常规水电站的自动报警、自动报表、电压无功自动调节小电流接地选线、故障录波、事故判别与处理等自动化功能的运行管理水平和安全可靠性。

结束语

根据电站的实际情况，并借鉴其它电站的经验教训，扬长避短。其设计理念符合微机综合自动化发展趋势，提高信息采集、传输的时效性，为实现水电站自动化配置提供手段，特别是环境恶劣的工作区域和人员设置监视点提供自动化监视，及时排除故障，水电站采用自动化系统后不仅提高水电站运行的经济性和工作的可靠性，保证电能质量。