BHE—300S自动化控制系统在小型低压机组上的应用

刘永猛，魏中晋，瞿继武，武志春

BHE—300S自动化控制系统在小型低压机组上的应用

刘永猛1，魏中晋1，瞿继武1，武志春2

（1．河北北恒电气科技有限公司，河北保定071051；2．涞源县水利局，河北保定071000）

为了提高400V低压机组水电站的技术水平，采用了BHE—300S水电站综合自动化系统，该系统设备功能整合、降低了设备投入成本，并能实现水位功率自动调整等智能控制，同时还达到了无人值班（少人值守）的运行模式。图1幅。

低压水电机组；无人值班；BHE—300S水电站综合自动化系统；应用

0 引 言

我国投产发电的低压机组水电站多建成在20世纪的60～80年代，许多电站已经运行了几十年，基本没有进行过设备的更新维护和技术改造，电站设施、设备老化严重，维护困难，既影响了正常运行发电也存在着安全隐患。

1 BHE—300S自动化控制系统

1.1 系统概述

BHE—300S水电站综合自动化系统适用于小型水电站控制与计算机监视，其将400V一次设备与二次控制集中组屏，控制和保护功能集中在一面屏上，保护、控制、监视、测量和报警等功能均通过微机综合自动化系统完成。同时，无需另设其他远动设备，完全满足遥测、遥信、遥控、遥调及遥脉功能和无人值班（少人值守）的需要。

基于BHE—300S水电站综合自动化系统的水电站自动化方案为分层分布式系统结构，可实现对电站的实时保护和监控。系统由电站层操作员工作站和现地控制单元（机组保护单元）2个元件层配合网络层实现，并预留有与调度系统的接口。保护单元之间采用CAN或以太网架构，极大地提高了可通讯速率及通讯可靠性，又较好简化了现场接线，便于实现就地设备的分散安装。

为提高系统的可靠性，在电站的现地监控单元上保留了必要的简易常规控制实现本单元的遥控、遥信、遥测等功能。

1.2 设计原则

全厂计算机监控系统按无人值班（少人值守）进行设计和系统配置。

可实现电站计算机监控系统与调度中心计算机监控系统之间的通信，可实现遥信、遥测、遥控和遥调的功能。现地控制层和电站层计算机之间相互独立，各层完成的功能绝不依赖通讯手段，系统中任何单元的局部故障不会影响其他单元或电站控制层计算机的正常工作。

系统的软件采用开放性的设计思想，可通过规约转换等将通讯协议不同的其他公司的设备（如调速器、励磁系统、多功能电度表等）信息接入本系统。

系统具有高可靠性，局部故障不会影响现场设备的正常运行，而且系统的MTBF／MTTR各项可用性指标均达到部颁《水电站计算机监控系统基础技术条件》（DL／T578—95）的规定。

所有保护设有软、硬压板，保护参数可就地／远方进行修改、查询，保护设备配有能显示各种电气参数的液晶显示屏幕和可供操作的键盘。

系统具备防误操作功能和完备的自诊断、自恢复功能，保护装置设有防误闭锁设施以防止跳闸出口的误开放。

系统配置和设备选型结合计算机发展的特点，充分考虑计算机领域的先进性，达到目前国内先进水平。

采用分布式冗余系统，便于功能和硬件的扩充，又能充分保证用户的投资。分布式数据库及软件模块化、结构化的设计，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。

实时性好，抗干扰能力强。

本系统电站控制层具有功能较强的人机接口、全汉化的友好界面，系统画面、打印格式组态方便，用户可自行生成新的输入／输出方式。

现地控制功能应保证可靠，所以在现地控制盘考虑有确保与上位机通信中断时，现地可独立运行，即考虑在控制盘上设常规按钮，完成开机、停机、调相、事故停机、开／关快速阀门等功能。同时，还设有常规测量表计、控制开关，提高控制可靠性。

控制命令可以在当地或电站操作员工作站上给出。当在电站操作员工作站上发出机组开、停机指令确认并下发后，电站计算机监控系统自动推出相应机组的开、停机操作过程监视画面。画面上应反映操作全过程中所有重要步骤的实时状态、执行时间及执行情况，当操作受阻时及时提示受阻部位及受阻原因。机组的开、停机操作可在开环单步运行和闭环自动运行。操作员工作站自动识别在不同方式下的开、停机操作要求并做出不同的响应。不同控制过程有相应的操作画面，并在提示下进行操作，控制操作功能如下：

·机组开机、停机

·机组转速及有功功率调节

·机组电压及无功功率调节

·压油装置系统自动控制

·机组事故紧急停机以及快速闸门紧急关闭控制

·机组闸阀开启、关闭操作

·机组技术供水投入，切除控制

·机组事故停机和紧急事故停机关闸阀控制

1.3 主要功能

本系统具有自动开机、自动调频、自动起励、自动准同期、自动有功调功、自动无功调功、自动停机、通讯、水位运行、转速飞逸保护、过电流保护、欠压保护、过压保护、低周保护、过频保护、失磁保护等功能。

自动开机功能：接收到配电屏上的一键开机信号或在自动状态下等待水位达到高水位时自动开机。

自动调频功能：开机后，水轮发电机组自动化控制系统自动打开水轮机导叶，将水轮机转速自动调整到一定转速。

自动起励功能：当水轮机转速达到一定转速时，装置将发出起励信号，启动励磁使发电机建压。

自动准同期功能：水轮发电机组自动化控制系统在发电机建压之后，自动调整本机电压与频率以及相位差，使其与大网电压和频率及相位差基本一致，发出自动同期合闸信号，使发电机发出的电输送至大网。

自动有功调功功能：有功的调节是根据用户整定的功率值，装置自动调节水轮机导叶，使功率稳定在整定值。

自动无功调功功能：无功的调节是根据用户整定的功率因数值，装置自动调节励磁，使功率因数为1个恒定值。

转速飞逸保护功能：水轮机组开启后，如突然转速上升，超过55Hz时，装置将迅速将水轮机组关至下限位置，启动折向器阻滞水轮机的转速。

过电流保护功能：当发电机组电流超过发电机过载电流时，本装置将启动保护，分开断路器，并且迅速将水轮发电机组关至下限位置，作停机处理。

欠压保护功能：当发电机或大网电压低于所设定的值，本装置将启动保护，分开断路器，并且迅速将水轮发电机组关至下限位置，作停机处理。

过压保护功能：当发电机或大网电压高于所设定的值，本装置将启动保护，分开断路器，并且迅速将水轮发电机组关至下限位置，作停机处理。

低周保护功能：当发电机或大网频率小于所设定的值，本装置将启动保护，分开断路器，并且迅速将水轮机机组关至下限位置，作停机处理。

过频保护功能：当发电机或大网频率大于所设定的值，本装置将启动保护，分开断路器，并且迅速将水轮发电机组关至下限位置，作停机处理。

失磁保护功能：当发电机在失去励磁时，本装置将启动保护，分开断路器，并且迅速将水轮发电机组关至下限位置，作停机处理。

自动停机功能：接收到配电屏上一键停机信号或在自动状态下水位达到低水位或不经济水位时，本装置将发电机负荷减至最小，调整功率因数，然后发出分闸信号，并且将水轮机组关至下限位置。

通讯功能：本装置具有RS—232RS—485及以太网通讯接口。

水位运行功能：本装置根据前池实际水位高低调整水轮发电机组出力，使其始终保持在一个高水位状态下发电。

小型水电站如果需要更高的自动化要求，可以组成计算机控制系统，通过计算机技术的应用，可以对全站的设备进行计算机控制，还可以通过通讯网络，将电站的数据和状态远传到调度中心（见图1）。根据要求，也可以组成以太网。

图1 系统拓扑图

1.4 模块外观及端子功能说明

模块设计为后插拔，各模块功能如下：

电源模块：为装置提供装置电源和控制电源。

输入模块：42路，节点的输入。例如，断路器的常开常闭节点、阀门开关的位置节点、剪断销节点等。

输出模块：42路，控制的开出。例如，合励磁开关，增减励磁节点，增减开度节点等。

模拟模块：20路，可接入温度传感器、流量仪、液位仪等4～20mA输入。

电量采集：机端电流、机端电压、系统电压。

通讯板：6路485口可接电度表，GPS对时等其他智能设备；2路以太网口，可接后台；2路232口。

2 经济技术特点及推广前景

2.1 经济技术特点

该产品把转速信号模块、同期模块、保护模块、温度巡检模块的功能进行了集中整合，1个模块就实现了所有的功能，更能实现整体性能的配合与协调，从而达到了少人或无人自动化控制。

（1）提高水资源利用率，增加发电效益。水轮发电机组控制系统能够根据前池入水的多少自动调整水轮机的开度，使得前池水位保持在一个比较高的水平、维持在一个比较高的落差下发电，从而提高了单位水量的发电效益。

（2）降低值班人员的劳动强度，提高自动化水平。水轮发电机组控制系统内建多个数字模型，实现对水轮发电机组更精确、更智能化控制。也就是说，当前池处于高水位时，自动化控制器能自动开启水轮发电机组，而后自动调整水轮机开度，直至同期合闸，并网后能自动加载到开度上限或额定电流，运行时可以根据水位高低自动调整发电机出力。当机组运行不够经济的时候，又能自动关机，蓄水等待高水位进行发电。整个发电过程都不需要人工去操作，能有效降低值班人员的劳动强度，而且使得电站的机组运行更科学、更经济。

（3）为发电机组提供更全面的保护。水轮发电机组控制系统的保护功能做得非常全面，具有高低压、高低周保护、过流、过载、开度机构定时保护、非正常跳闸保护，还带有外部输入信号接口，可以实现过速保护，失磁飞车保护等。

2.2 推广前景

BHE—300S自动化控制系统的研发成功，为小水电站提供了自动化程度更好、集成度更高、性能更先进、维护更方便、价格更低廉的设备，实现了少人值守或无人值守。随着国家政策越来越重视绿色清洁能源，水电站在促进节能减排、改善生态环境、持续可发展等方面都具有十分重要的意义。

［1］ 赵金光．实现无人值班（少人值守）现代化小水电的配置要求［J］．小水电，2010（2）．

［2］ 杨金栋，周志清，方辉钦．我国水电厂“无人值班”（少人值守）工作评述［J］．水电自动化与大坝监测，2012（5）．

［3］ 袁木林，汪艳红．无人值守自动化系统在小水电站的应用探讨［J］．吉林水力，2013（8）．

责任编辑 吴 昊

2014－12－12

刘永猛（1976－），男，高级工程师，主要从事水电站自动化系统的研究工作。