浅析水电站水轮发电机组监控系统的自动化控制及应用

摘 要：我国的地域辽阔，水资源比较丰富，江河分布密集，随着人们对用电的需求不断增加，在我国大多数地区都建设了大中型的水电站，中小型水电站建设施工的时间较短，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，使用监控系统的自动化控制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，少人值守"的目标，本文对水轮发电机组监控系统的自动化控制进行了研究及应用。

关键词：水轮发电机组；监控系统；自动化控制；应用

【引言】随着科学技术的发展，我国的水电站水轮发电机组监控系统淘汰了传统的水輪发电机组监控系统的自动控制系统，实现了计算机的自动化控制，监控系统的自动化控制通过对各种设备信息进行采集、处理以及控制，使得设备可以安全稳定运行，在节约电能的同时，又可以实现无人值班的要求，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，在中小水电站得到了广泛应用。

【正文】

1、水电站监控系统的自动化控制发展概况

水轮发电机组是水电站的核心设备，水林发电机组的监控系统的自动化控制影响着水电站的正常运行，随着时代的进步与科技的发展，自动化控制在逐渐地运用到水电站发电机组的监控系统上来，传统的水轮发电机组的监控系统已经退出，取而代之的是监控系统的自动化控制，周期性的检测和调控都是由自动化控制系统去完成，这样一来，人们的劳动量大大减少，减少了人员的数量，节约了能源，一举两得，出现了“无人值班，少人值守”的水电站[1]。

由于水电站水轮发电机组的规模，小水电机组设备简单，作用并不是特别重要，因此一些新兴的技术便首先运用到小水电机组上，成果成熟时才将其引用于实际中，造成了实现水轮发电机组的自动化控制迟一些，在水资源丰富的省份，水轮发电机组监控设备的自动化控制的研究发展迅速，相信在经济和科技的不断发展情况下，自动化的监控会有很大的发展和大规模的普及。

2、水轮发电机组监控系统总体结构概况

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下位机设备， LCU现地控制单元，实现对各个生产对象的监控。如图：

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。

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。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，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。

水轮发电机机组监控系统的自动化控制是软硬件组成的，都采用了模块化结构，利用不同的模块的功能，使得整体达到较好的效果，使用PCL的水轮发电机机组自动化监控系统是比较常见的，即程序逻辑控制器，是一种在现代工业系数能可靠进行数字运算操作处理的电子化系统，能执行多种逻辑运算，输入输出数字量，运用此系统，能够很明确地显示出实时监控检测情况，一目了然。

PCL系统操作简单易行，适应能力强[2]，软件对气候的适应性强，能够在恶劣的环境下进行工作，适合多变的气候，系统的稳定性强，能够平稳运行很长时间，软件控制功能完善，运算功能等功能完善，在各个方面适合水轮发电机组监控系统的自动化控制应用。

3、水轮发电机组监控系统的自动化控制的应用

水电站监控技术的自动化控制的应用，监控系统的自动化控制是能够对水电站的生产电能过程进行实时监控和控制，它使得计算机的使用代替了人员的工作，人们不用再去时时刻刻都在观测[3]，通过计算机的监控系统的自动化控制，可以实时的检测各种设备的节约水能的情况，检测温度等等，从而进行自动化的调控，这种操作大大地降低了人们的工作强度，提高了工作效率，使得数据更加精准，监测更加到位，调控问题提更加及时，使得水电站水轮发电机组监控设备实现了自动化发展[4]。也减少水电站的运行费用及发电成本，达到减员增效的目的。

水轮发电机组监控设备的自动化控制应用于中小水电站上，监控系统的自动化能够使得新的自动化监控系统得到运用，使我国额水电站自动化监控得到发展，也节约了人力，工作人员可以将更多地时间用来检验其他设备的工作情况和异常情况上来，自动化监控系统的发展对我国水电站科技的应用有很大的影响，在国外自动化监控率高达90%，国内的发展则相对落后，[5]监控系统基本功能：具备信息采集和监视、机组顺序控制及非正常条件的闭锁、综合量计算、报警、温度监视、事件记录、有功、无功功率调节、一览表、报表、历史曲线查询、与保护、自动及监控系统的通信功能。

【结束语】本文主要对水轮发电机监控系统的自动化控制进行了研究，整理了水轮机组监控系统的总体结构组成，并分析了它的应用，监控系统的自动化控制通过现地控制单元和主控计算机进行监控的自动化控制，主要使用PCL软件系统，操作方便简单，节省了人力以及能源，虽然在实际中存在许多发展中 的问题，但在未来的科技发展中，自动化的监控系统在控制方面一定会越来越普及，并且会在现有的基础山进行改善、发展，这需要不断地实践与创新。

参考文献：

[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.

[2]黄志先.水轮发电机组自动化监控设备模拟系统的研究.广西大学，2009

[3]方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验.中国电力出版社，2003.

[4]徐立中.水电站水利枢纽计算机监控软件系统分析.水利水电出版社，2002.

[5]郑文.水电站计算机监控系统.中国水利水电出版社，2003.

作者简介：

成佳微（1987-），女，陕西咸阳，本科，助理工程师，运行责任工程师，主要负责水电站机组运行维护的技术质量管理工作。