智能水电厂的自动化系统总体建设

袁野

[摘    要]智能水电厂是智能电网中的重要部分，建设的目标主要是通过智能化改造，提升水电厂在生产以及管理方面的自动化水平，保证设备能够安全、稳定地运行，实现业务协同互动，从而促进水电厂经济效益的提升。目前，水电自动化面临着资金投入多、工期长、信息共享难、维修管理累、可靠程度低等问题，通过智能化改造，优化生产管理的水平，提升决策能力。本文阐述了智能水电厂自动化系统的建设原则以及建设目标，分析了智能水电厂自动化系统的总体建设设计，并对电站自动化系统的智能化展开探究。

[关键词]智能水电厂;自动化系统;总体建设

[中图分类号]TV736 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–00–02

The Overall Construction of the Automation System of the Intelligent Hydropower Plant

Yuan Ye

[Abstract]Smart hydropower plants are an important part of the smart grid. The goal of construction is to improve the automation level of hydropower plants in production and management through intelligent transformation， ensure safe and stable operation of equipment， and achieve business collaboration and interaction. Thereby promoting the economic benefit of hydropower plants. At present， hydropower automation is facing problems such as high capital investment， long construction period， difficult information sharing， tired maintenance and management， and low reliability. Through intelligent transformation， the level of production management is optimized and the decision-making ability is improved. This article expounds the construction principles and construction goals of the intelligent hydropower plant automation system， analyzes the overall construction design of the intelligent hydropower plant automation system， and explores the intelligence of the power plant automation system.

[Keywords]smart hydropower plant; automation system; overall construction

我國的大多数水电厂已经安装了计算机监控、水情水调等系统，并且大坝监测等自动化系统也具有一定的规模。由于系统的发展不均衡，缺乏统一的接口标准，所以数据共享存在一定的难度，距离智能水电厂自动化也有一定的差距。目前，我国已经正式出台了水电厂监控通信标准，通过智能水电厂的建设，可以避免出现系统重复建设，提升设备和系统的可靠性，有效地减少电站的投资。

1 智能水电厂自动化系统的建设原则

智能化水电厂是以信息数字化、通信网络化、运管一体化、业务互动化为特征，使用IED以及智能设备自动完成一些基本的功能。其具备基于一体化平台的经济运行、安全防护多系统联动的职能应用组件，从而实现生产运行的安全可靠以及经济高效[1]。

智能水电厂自动化系统的建设原则是：①安全可靠性。智能化改造应使用比较成熟且可靠的产品、技术，保证改造之后的系统能够稳定、安全地运行。②先进性。追求技术的先进和超前，对于已建的电站进行智能化改造时，应在二次设备、故障诊断、优化调度等方面下功夫，保证先进技术与生产安全之间的平衡。③开放性。采用国际标准、国家标准、行业标准，提升系统的开放性，选择使用一些标准化的产品，便于备品备件和之后的升级。④经济性。在保证智能化的同时，原有设备尽量局部改造，防止投资过大造成浪费。⑤稳妥性。智能水电厂的工作量比较大，应将提高安全可靠性、经济性、决策智能化作为重点，以对上述因素有影响的设备为突破口，确保在稳妥的前提下逐步展开。

2 智能水电厂自动化系统的建设目标

智能水电厂的目标主要是通过智能化改造优化生产管理的自动化水平，保证设备能够安全可靠地运行，提升水电厂的经济效益。智能水电厂自动化系统的具体建设目标为：①生产过程控制的智能化目标，对计算机网络系统以及通信传输进行改造，实现计算机监控系统的智能化升级。②调度决策的智能化，通过对水情、水调、防汛等系统进行智能化改造，实现智能化调度，从而提升水电厂经济运行水平。③大坝监测、设备运行管理的智能化，通过对变压器、断路器设备的在线监测，提升故障监测水平，从而有效地减少检修和维护的成本。④一体化管控平台，通过建设数据信息统一平台，实现系统、数据之间的互联，以及数据共享和综合应用。⑤经济效益最大化，提升设备的安全运行水平，降低劳动强度，提升生产率以及经济效益[2]。

3 智能水电厂自动化系统的总体建设设计

3.1 总体构成

智能水电厂主要体现在生产过程的控制、运行决策等自动化系统中，这些系统功能十分明确、界线比较清晰，而互相之间也有一定的联系，可以实现数据信息的共享与配合，从而完成水电厂智能化目标。如图1所示，智能水电厂自动化系统的体系架构主要是一些智能化应用自动化系统的集成，这些系统分属于3个安全区域，通过一体化管控平台进行互动，并且实现生产过程控制、生产管理、运行决策的智能化，保证水电厂经济效益最大化。

系统之间的互联。在三大安全区域内，各自有一个数据共享平台，主要对区域内的自动化系统进行整合，从而实现数据的互联与共享。同时，三大安全区域的互联，应根据我国电力监管委员会等相关部门的规定，采取相应的安全防护措施。

自动化系统和执行元件、传感器的连接。对于执行元件以及传感器等二次设备，如远动装置、电压无功控制等，全部在标准化的基础上进行微处理，设备之间也应使用高速网络通信进行连接，从而真正实现资源和数据的共享[3]。

3.2 建设规划

智能水电厂的建设涉及多个方面，包括生产、管理、运行等，并且规模较大、结构较复杂，建设周期较长。因此，总体建设规划应遵循统一规划、分步实施这一原则。水电厂智能化建设规划应根据技术条件、实际需求以及进度要求，按照系统架构对电站、基础设施等建设内容以及组织管理、技术保障进行规划和设计。通过互相支撑以及对子系统的整合，分阶段进行开发与建设，从而保证各系统的耦合。基础设施是建设智能化水电厂的基础，是完成信息全过程的软件设备、硬件设备、实体环境等。例如，从数据的采集、处理、传输、储存，再到展示等整个过程，基础设施主要包括计算机网络系统、通信系统、数据采集系统等。计算机网络系统具有重要的作用，是各系统连接交换的平台，所以计算机网络的建设应结合每一个应用系统对网络安全性、实时性的要求，为保证网络的安全、可靠以及可扩展性，计算机网络可以划分为业务内外网、控制专网。统一信息平台主要是提供统一的信息，并实现跨安全区域各系统之间的数据共享。应用系统是水电厂智能化的主要内容，是和水电厂的运行管理有着直接关系的业务子系统，其中包括计算机监控、大坝监测、水清水调自动化等系统[4]。

4 电站自动化系统的智能化

4.1 智能水电厂的系统结构

从物理层面来说，智能水电厂自动化系统结构可以分为智能化一次设备、网络化二次设备。从逻辑结构上来说，智能水电厂自动化系统结构可以分为过程层、间隔层、站控层3个层次，每一个层次的内部以及各层次之间都使用高速网络通信。如图2所示，过程层和间隔层的网络使用交换式以太网，其介质为光纤;间隔层与站控层之间也使用交换式以太网，其介质为双绞线。

过程层。这是一次设备和二次设备的结合面，也可以称作智能化电气设备中的智能化部分。过程层的功能主要有3类：①实时进行电气量检测，对电压、电流等进行检测，对于有功、电能量等电气量，则需要借助间隔层设备进行运算得出。②状态参数检测和统计，水电厂中需要进行状态参数检测的设备比较多，其中主要包括变压器、电容器、母线、电抗器等，在线检测主要是对工作的状态、温度、压力、绝缘等数据进行检测。③操作控制的执行和驱动，主要包括变压器分接头调节控制，断路器、刀闸的合分控制等。

间隔层。间隔层的设备功能主要包含：将本间隔过程层的实时数据进行整合汇总;对一次设备的保护与控制;进行本间隔操作闭锁;操作同期以及其他的控制功能;发出数据采集、运算、控制命令，具有一定的优先控制功能;通信功能，可以同时保持高速完成與过程层、站控层的网络通信，具有承上启下的作用。

站控层。通过两级高速网络对全站信息的汇总，有效地刷新数据库，从而实现集中性监控以及人机联系的功能。根据相关标准协议，把相关的数据信息传送至调度或者控制中心，然后从中接受相关的控制命令，并转由过程层以及间隔层开始执行，同时，对过程层、间隔层的所有设备，具有在线维护、修改参数等功能。

4.2 计算机监控系统

智能水电厂的一次设备通常不更换，对于计算机监控系统的智能改造主要是提升系统的安全可靠性、开放性以及经济性。计算机监控系统软件升级，在间隔层与站控层增设IEC61850通信接口，并保留一些常规化的通信接口，对软件以及少部分的硬件进行升级，从而有效地提升系统的智能化水平，实现系统性能的优化。NC2008 V3.0系统软件主要是面向水利行业所研制的大型计算机监控系统软件，它包含了分布式对象架构，以及支持异构平台的特性，提供高效、安全的监控内核，精美的图形界面，以及强大的组态工具等各种常规性和高级性功能。

5 结束语

当前的水电自动化由于技术发展、系统架构等因素面临着各种问题，如投资多、工期长、信息共享难、检修费用高等。因此，在遵循安全可靠性、先进性、稳妥性的建设原则基础上，通过智能水电厂自动化系统的总体建设，实现水电自动化的目标，消除应用系统孤岛、防止系统重复建设、优化生产管理水平，实现业务系统协同互动。

参考文献

[1] 李继清，李建昌，王昕，等.智能水电厂概念及其体系功能探索[J].西北水电，2020（6）：109-114.

[2] 周江晨.水电厂自动化系统的智能化改造研究[J].智能城市，2021，7（11）：163-164.

[3] 邱小波，于亚雄，严汉秋.水电厂自动化系统的智能化改造研究[J].通信电源技术，2019，36（8）：52-53.

[4] 林鹏.水电厂自动化监控系统研究[J].科技视界，2017（11）：203.