水轮发电机组监控系统的研究

黄寒松

福建水口发电集团有限公司

水轮发电机组监控系统的研究

黄寒松

福建水口发电集团有限公司

我国的地域比较辽阔，水资源比较丰富，在我国多数地区都建设了小型的水电站，小型水电站建设施工的时间较短，建设完成后起效的时间较快，我国政府也支持各个地区兴建小型水电站，随着科学技术的不断发展，我国多数小型水电站在水轮发电机组上设置了一些监控系统，使用监控系统不仅提高了供电的可靠性，并且在一定程度上减少了人力的使用，实现了无人值班的目标，本文对水轮发电机组监控系统进行了研究，希望为我国水电站有所帮助。

水轮发电机组；监控系统；研究

传统的水轮发电机的自动控制系统由继电器电路组成，继电器具有电路接线比较复杂、触点的寿命较短、动作灵敏度不高、需要工作人员进行大量的维护工作并且不能进行通信和使用网络功能等缺点，由于上述缺点不能实现自动化和无人值班的要求。现阶段，随着科学技术的发展我国水电站的自动化系统得到了改善，已经成为一个集控制、通信、网络及电力电子一体化的综合系统，此系统的硬件结构比较完善，具有开放的软件平台和应用系统，实现了对水电站进行自动监控和无人值班的目标。

一、水轮发电机组监控系统总体结构介绍

小型发电站的自动化系统是一个分层分布式的自动化控制系统，自动化控制系统主要包括现地控制单元层和主控层，现地控制单元根据控制对象的差异又分为机组现地控制单元、升压站以及公用设备现地控制单元。水轮发电机组监控系统的总体结构由1台主控计算机、4个机组现地控制单元层、1个升压站以及1个公用设备现地控制单元层组成，如果小型水电站的单机容量在2-8兆瓦范围之间时，其主控层可以使用双主控计算机互为热备用。根据电线的主接线，设计的自动化综合系统示意图如图1。

图1　自动化综合系统示意图

主控计算机中控制器局域网络的通信口与现地控制单元层中的监控及保护单元进行连接，机组现地控制单元层与升压器以及公用设备现地控制单元层的可编程逻辑控制器通过RS-485接口和主控计算机进行通信，另外还可以使用控制器局域网络的RS-485总线转换器经过转换后再与主控计算机进行通信过程。使用发电机主保护单元对发电机进行保护工作，同时发电机的监控单元对发电机的工作状况进行实时的监控，保护单元和监控单元与S7-200小型的可编程逻辑控制器构成了发电机组的现地控制单元层。在升压站处使用两条线路单元对两条出线进行保护和监控，对各个主变保护单元使用两台升压变压器实现主保护和监低压侧控的目标，对两个主变辅助保护单元使用两台升压变压器实现后备保护和高压侧监控的目标。对小型水电站的用电单元进行管理时，需要对变压器的运行参数、直流控制电压和合闸电压进行测量，并且需要对母线进行监控，保证母线始终处于绝缘的状态，公用设备使用一台S7-200小型可编程逻辑控制器完成一些控制及监测的工作，使用通信功能和主控计算机进行连接。

二、水轮发电机组进行自动控制的任务和要求

水轮发电机进行自动控制的主要任务是在自动化元件和一些装置的辅助下组成一个连续进行的操作过程，将生产过程中的手动操作全部由水电机组自动进行控制，实现了将机组调速操作系统与水、油以及气等辅助设备系统进行有效的控制和监测，因此实现了单机生产流程的自动化。现阶段，我国科学技术呈飞速发展的趋势，水轮发电机组的自动化水平不断提高，提出了更高的控制任务，即水轮发电机组的自动控制程序还需要和水电站中其他控制设备进行联网通信，从而使小型水电站向综合自动化的方向发展，水轮发电机组实现自动化控制和监测是整个水电站实现自动化控制和监测的重要前提，相关工作人员需要对水轮发电机组的自动化控制系统有足够的重视。

水轮发电机组的自动化控制程度受需要因素的影响，例如：水轮机的类型、水轮机的结构、调速器的类型、调速器的结构，机组内油、水和气辅助系统的特点和机组的运行方式不同等。在不同的水电站中上述条件会存在一定的差异，但是对机组控制系统的要求几乎是一致的，下面对机组自动控制的基本要求进行介绍：第一，机电机组需要根据指令迅速的做出反应，能够自动且快速的完成打开和停止的操作，并且能够实现将发电工况和调相工况进行转换的操作；第二，在机组自动化系统出现功率不足的情况时，能够根据系统频率降低的情况自动的将水电运行机组的负荷充满，将调相机组转换成发电运行的模式，与此同时将系统的备用机组打开参与到工作系统中，从而使水电机组能够正常的进行工作；第三，如果水电机组或者一些辅助设备出现故障和问题时，需要相关工作人员及时的做出正确、合理的检测结果，及时的采取措施进行解决，如果问题比较严重可以将有问题的水电机组从工作系统中撤出来加入新的水电机组；第四，根据水电机组运行的要求，在运行过程中需要对不同机组的负荷进行调整，使水电机组无论在哪一阶段都能正常的进行工作，水电机组使水电站全面实现自动化控制的重要前提，为此，水电机组的控制系统和主控计算机需要设置一个接口；第五，在满足上述要求时，机组自动控制系统应该本着简单、可靠的原则，尽量减少运行过程中使用的元件，减少电缆的使用量，在操作指令完成后能够自动回复原位，为下一次指令做好准备。

结束语：

上述文章对水轮发电机的监控系统进行了研究，确定了小型水电站中水轮机组监控系统的总体结构，总体结构包括现地控制单元和主控计算机，主控计算机与机组中所有现地控制单元层中的监控单元和保护单元使用控制器局域网络总线实现通信功能，并且确定了小型水轮发电机组现地控制单元层的结构和功能，现地控制单元层由发电机监控单元、发电机保护单元以及可编程逻辑控制器的控制单元构成，其中可编程逻辑控制器使用触摸屏作为人机界面，此次研究虽然取得了一定的成果但是仍然存在不足之处，需要相关人员继续进行研究。

［1］马伽洛伦.水电站低压水轮发电机组中计算机监控系统的应用探究［J］.科技传播，2016（2）：117-118.