水电站自动化监控系统的设计与应用

王建

摘 要：水电站自动化程度是其现代化的重要指标之一，也是水电站安全生产运行不可或缺的主要保障，而机组容量的不断扩大，也对于水电站的安全运行生产起到了愈加重要的作用。水电站自动化监控系统包涵许多学科相关知识，随着科技信息技术的迅猛发展，水电站自动化系统也随之升级。本文主要介绍了水电站监控系统主要功能、自动化系统设计原则、自动化监控系统的设计与应用。

关键词：水电站 自动化 监控系统 设计应用

随着目前计算机信息技术以及网络通信技术的迅猛发展，我国水电站自动化监控系统的完善程度也在进一步提高。在西方发达国家中，大部分小型水电站均已实现了监控系统的自动化，且已经由以往的“少人值守”逐步实现了“无人值守”，法国的Grand Madison、瑞典的Strangler等水电站，均通过计算机网络技术实现了监控系统的全面自动化，水电站基本上“无人值守”。相对西方国家来说，我国水电站发展时间较晚，在水电站发展早起阶段，国家对其发展并未投入过多资金和精力，导致我国小型水电站的发展脚步较为缓慢，尚处于相对落后的状态，至今还无法达到西方国家水平，并且许多开发项目都还处于研究完善阶段。自上个世纪九十年代开始，我国的小型水电站也逐步迈上了信息化发展的道路，所建设的大部分水电站的常规操控也已被自动化技术慢慢取代。

1.水电站监控系统主要功能

水电站监控中心一般为主控层或者上位机，主要负责全站的自动化功能、参考数据及处理、站内人机对话等。通常情况下包括功能为：对全站在运行过程中的数据参数进行收集和处理；对水电站生产过程的安全实施监控及报警；对水电站主要设备工作状态及其设备远程方进行监控；对运行日志、电能量、故障发生及操作次数进行统计整理；对站内主设备参数进行校正；为设备系统故障提供在线诊断；及时与上级部门进行信息交流。

现地控制层通常负责对单元生产过程中的数据信息进行采集和预处理、监视、操作、调控及与上位机进行通信等。一般包括功能为：第一时间对本单元中的数据信息进行采集和处理；借助于现地人机接口对本单元的实际生产状态实施有效的调整与管控；对本单元内的生产情况进行实时的记录；实现自我诊断和自动恢复；和上位机通信产生中断后能够进行独立报警同时与上位机实现脱离而对本单元进行单独控制；和现地部分设备以通信的形式对信息数据进行采集；同时把采集到的信息数据传输到上位机，接受上位机的指令。

2.水电站自动化系统设计原则

计算机信息技术和网络通讯技术的不断发展，也使得水电行业对现有水电站监控系统的自动化要求愈加苛刻。为了更好的跟上现代技术的发展脚步，并且考虑到水电站监控系统的重要性，实现“少人值守”的运行模式目标，水电站监控系统的自动化通常需遵循以下六项基本原则：

（1）在设备的自动化监测以及控制中，将非电量的监控装置直接大量运用其中；（2）以往常规监控时需要由值守人员亲自操作的主要设备和系统，全部利用计算机技术依照设计流程对监控系统进行自动控制；（3）在水电站安全运行中，针对其影响较大、作用较重要的设备或部位，可采取两种自动化元件共同使用的监控方法，确保运行安全的稳定、可靠；（4）为了避免电气设备消防供水系统出现误动或拒动情况，在消防供水系统的设计上应考虑手动和自动相结合的方式，最大程度上确保供水系统准确投入；（5）用计算机监控系统定时自动检测代替常规监控中的值班人员巡回检测工作，并且将部分信息依照设定需要反馈给值守人员；（6）在关于自动化元件选型方面，需要在能确保其安全可靠性的前提下节省投资。

3.水电站自动化监控系统的设计与应用

（1）压力监控设计

值守人员确定机组是否安全运行的一项重要指标便是各个部位的压力数值，压力监控一般是利用压力变送器传达信号，监控的主要项目为蜗壳进口处以及蜗壳的末端压力、主轴密封水压、技术供水总管压力、压油槽压力、上导轴承冷却水压力、空冷器冷却水压等。利用对以上列举压力进行监控，值守人员便可以在上位机随时监控机组各部分的运行变化情况。由于压油槽对机组的运行安全具有直接影响的作用，所以，在对其进行监控时还可以加设液位控制开关，进一步保证其安全。

（2）液位监控设计

可实施液位监控设计的部位包括：上下导油槽油位、压油槽油位、水导油槽油位、回油箱以及漏油箱油位等。在对上述设备实施液位监控时，对调相压水水位和压油槽油位的监测设置了开关量和模拟量双重自动化元件，而压油槽油位的监测主要是依靠进口差压变送器，能够让监控结果更加准确，其他的液位一般都选择液位开关实施监控。

（3）流量监控设计

流量监控项目通常包含两方面，即水轮机流量与技术供水监控。对水轮机流量的监控一般采取蜗壳测流方法进行在线监控，可以为日后实现经济运行提供相关数据参数。供水流量技术监控包含对技术供水总量进行测量、对上下导轴承冷却水进行测量、对空冷器冷却水进行测量、对水导轴承冷却水进行测量，这五项测量和控制项目中，除了对技术供水总量的测量通过电磁流量技术方法外，剩下的测量项目均可以采用示流信号器来进行监测。

（4）振动与摆度监控设计

进行振动监控的部位包括发电机上机架和水轮机顶盖两部分，可在这两个部位加设水平及垂直振动双重测点，利用传感器和监控仪器对机组中的不可移动部位实施水平和垂直振动的在线监控；而对摆度进行监控则是对发电机上下导轴承和水轮机导轴承这三个部分的垂直方向和水平方向均可以设置相应的测点，在机组运行时，利用电涡流传感仪器和振动监控仪器对其主轴摆度实施自动化监控，在最大程度上确保机组运行的安全性和稳定性。

（5）温度监控设计

温度监控设计包括项目有上下导油槽的油温以及上导冷却水进水处水温和下导冷却水出水处水温，对这些温度通常都利用温度变送器实施在线监控。另外，厂家设置的温度传送器实施温度监控的部位主要包含定子线圈温度、水导轴承瓦温、上下导轴承瓦温、推力轴承瓦温以及空冷器进风温和出风温等。利用以上部位对温度数据参数进行在线监控，即使在少人值守的情况下，值守人员也可以通过对主机进行操作来实时监控机组各个部分的运行温度具体情况，一旦出现异常，可以及时进行处理，确保机组安全运行。endprint

（6）水力监控设计

水电站水力监控设计项目，除了上述属于机组自动化监控项目外，全站范围的监测还包含了测量上下游水位、进水闸平压、毛水头以及拦污栅前后压差等系列，其中进水闸平压测量利用的是压力变送器，其它项目通常利用的是液位变送器，以上变送器的模拟量输出信号全部可以进入自动化监控系统中，进而实现在线监控。

（7）消防监控设计

水电站消防设计在水电站整体构造中的重要性日益明显，尤其是在少人值守的情况下更加重要，是水电站安全生产不可或缺的重要环节。在消防供水系统的设计上首先要考虑其启动的迅速性，不能出现误动或拒动的情况，然后还要考虑其安全可靠性，避免出现问题带来重大经济损失。在自动消防供水系统中尤其需要指出的是，坚决不能出现电气设备消防供水系统发生误动或拒动情况，因此，在消防供水系统的设计上应考虑手动和自动相结合的方式。另外，火灾报警系统不能设计为直接控制消防供水系统，为避免自动系统出现误动，在报警系统发出报警时，值守人员应及时确认是否发生火灾，再决定是否投入消防供水系统。

4.结语

综上所述，水电站自动化监控系统可在一定程度上实现水电站“少人值守”，甚至“无人值守”的目标，并且在使用中具有丰富的操作界面、预防失误操作以及失误产生后及时处理的能力。另外，水电站自动化监控系统除了必须具备各种现场监控、操作以及处理控制等功能外，还需要具备有与远程控制系统互相通信交流的功能。总之，我国水电站应全面实施自动化监控系统，在整体上提高水电站的设备运行水平，确保水电站设备在生产过程中的安全、稳定运行。

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