浅析小型水电站的电气监控

 【摘要】本文主要从小水电站实施计算机监控的目的和意义、计算机监控系统的配置、电气自动化技术在小水电站中的应用、设备选型及自动化配置设计等方面进行了探讨。 

　　【关键词】小型水电站；电气监控；信息 

　　 中图分类号：TV742 文献标识码： A 

　　一、前言 

　　我国信息技术日趋成熟，小型水电站的电气监控越来越受到企业及水电站的重视，研究该部分内容具有很强的现实意义。 

　　二、小水电站实施计算机监控的目的和意义 

　　小水电的开发利用，既解决了缺电问题，又促进了水利建设，但大多数小水电站都存在装机容量不大、自动化水平不高、生产管理水平偏低、经济效益不显著的现状。如何降低生产成本，提高小水电站安全管理质量，也是职能部门和投资业主面临的一大难题。小水电站实施计算机监控的目的和意义就是通过计算机、通讯、自动控制技术对电站各种设备信息进行采集，处理，实现自动监视，控制，调节，保护， 从而保证水电站设备充分利用水能安全稳定运行，并按电力系统要求优化运行，保证电能的质量，同时减少运行与维护成本，改善运行条件，实现无人值守或少人值守。 

　　1.自动化与优化运行相结合，使电站获得最大的发电效益 

　　水电站计算机监控技术的应用，使水电站运行实现自动化，运行人员对设备的操作工作量大大减少，减轻了运行人员的劳动强度，减少了水电站的运行人员数量，使水电站实现少人或无人值守，减低了运行费用及发电成本，使水能利用率提高3%~5%。 

　　2.设备的安全可靠运行，保障了电能供应的稳定可靠性 

　　计算机监控系统不仅能准确而迅速地反映水电站各设备正常运行的状态参数，还能及时反映水电站设备的不正常状态及事故情况，自动实施安全处理。水电站的自动控制减少了运行人员直接操作的步骤，从而大大降低了发生误操作的可能性，避免运行人员在处理事故的紧急关头，发生误操作，保证了水电站设备运行的可靠性，从而也保证了电网运行的可靠性。 

　　3.加快水电站控制调节过程，确保实施竞价上网 

　　计算机监控系统可按预定的逻辑控制顺序或调节规律，依次自动完成水电站设备的控制调节，免去了人工操作在各个操作过程中的时间间隔，还免去了人工操作过程中的检查复核时间，大大加快了控制调节过程,确保竞价上网的优势。 

　　4.以选型的方式代替电气设计，简化设计工作 

　　采用常规控制，电气设计非常繁琐，订货时要向厂家提供原理图，布置图，还要进行各种继电器的选型。而自动控制设备集成后，设计单位只要提供一次主接线盒保护配置及自动化要求即可，故能以选型方法代替电气设计，简化设计，安装和调试工作。 

　　三、计算机监控系统的配置 

　　1.电站控制层配置 

　　电站控制层设备在中央控制室，由主机操作员工作站、通讯工作站、主控制台、汉字打印机、GPS时钟同步装置、语音报警装置、UPS电源等组成。 

　　电站控制层负责协调和管理各项地控制层的工作；收集有关信息并作相应处理和存储；迅速、准确、有效地完成对本站被控对象的安全监视和控制。操作员可以在主控制室通过人机接口对数据库和画面在线修改，进行人工设定、设置监控状态、修改限值、事故处理指导和恢复操作指导等功能，并可下传至LCU。监控命令输出只有监控主机取得控制权的工作执行。 

　　2.现地控制层（LCU）配置 

　　现地控制层分机组LCU和公共LCU两部分，由人机界面终端、智能I/O控制器、I/O模块、输出继电器、准同期装置、温度测量装置、转速信号测量装置、数字式测量仪表和交直流双供电源等设备组成。 

　　机组LCU监控范围包括水轮机、发电机、进水口主闸和机组附属设备。现地控制层负责对水轮发电机组、电气一次设备及公用设备等实时监控，通过工业以太网络实现各现地控制层与全站控制层连续交换信息，实现现地设备的监控及数据共享。当电站控制层因故退出运行时，现地控制层可以独立运行而不受影响。微机保护装置、转速、温度巡检、调速器、励磁系统等设备通过现地LCU与以太网联接，实现相应参数的监视和控制。部分没有通讯接口的设备则通过现地控制单元的I/O模块实现设备的控制和状态检测。 

　　3.通讯网络及设备装置 

　　网络结构形式采用工业以太网、网络通信介质为多模光纤和屏蔽双交电缆线。网络传输采用Modbus协议，网络传输速率为100Mbit/s，节点数可达340个，网络上的任一节点可以实时向网络上其它节点和网络上发送信息，某一节点故障，自动从网络上退出，不影响网络上的其它节点传输信息。 

　　网络系统完成电站控制层各工作站之间和来自现地控制层（LCU）的全部数据的传输和各种访问请求。其网络具有良好的开放性。计算机监控系统不会因任何一个元器件发生故障而引起系统的误操作。网络成熟可靠，符合国际标准。 

　　四、电气自动化技术在小水电站中的应用 

　　1.实现对水轮发电机组运行方式的自动控制 

　　电气自动化在水电发电厂中的应用，实现了对水轮发电机组运行的自动控制。一方面，可实现开停机以及并列，实现发电转调以及调相转发电等自动化模式，从而建立能按照设定好的程序实现对相应机组操作的自动完成，而另一方面，电气自动化技术能实现对水轮发电机组的经济运行建立自动维持，由此根据系统设定的要求以及水电站的具体要求自动选择最佳的运行机组的数量，同时协调不同机组之间的配合，在机组之间建立电力负荷的经济性分配，同时根据系统负荷的变化对机组的有功以及无功功率进行自动调节。同时当水电厂工作机组发生事故或者系统运行频率降低时，可自行启动并投入备用机组，当发电系统的运行频率过高则自动停止部分机组的运行。 

　　2.监视水轮发电机组及其辅助设备 

　　电气自动化技术在水电厂中的应用实际上是对水电厂中的各种设备以及运行模式建立了自动化的调节和控制以及监控系统。除了水电厂中的水轮发电机，电气自动化技术还实现了对其相关的辅助设备的控制，例如对发电机定子与转子回路电量的监控；监控定子绕组与铁芯和设备中各部位轴承温度的监视；监视机组润滑以及冷却系统；监视机组调速系统工作等等。当系统发生故障之时，还可迅速启动保护措施，例如发出报警信号或者紧急停机等等。 

　　3.辅助设备的控制 

　　电气自动化在小水电站中还实现了对发电站系统中其他辅助设备的控制，例如油泵、水泵以及空压机等的控制，同时在发生事故之时自动使用备用设备。同时还可实现对主要电气设备以及备用辅助设备的控制。建立了对水工建筑物运行状况的监视和控制。 

　　五、设备选型及自动化配置设计 

　　由于水电站综合自动化系统的智能化，水轮发电机组所需自动化元件愈来愈多，其作用就愈重要，因此要求自动化元件的性能稳定、灵敏度高、精度高。同时，需要对水电站设备进行合理的选型和自动化配置设计。 

　　1.调速器采用可编程控制器实现的具有PLC调节规律的可编程调速器。调速器具有转速和加速度检测、转速调节、导叶开度限制、机组频率一相位跟踪控制、网频自动跟踪、参数自适应、自诊断和稳定性控制等功能。可编程控制器完成所有控制功能。 

　　调速器具有远方/现地二种控制方式，可以在各种运行工况下进行远方自动和手动控制。并提供电站计算机监控系统连接所需的串行接口，调速器柜内部设有接线端子和通信接口设备。对串行通信的通信规约和与电站计算机监控系统的连接及开通质量负责。 

　　2.励磁系统采用自并激静止可控硅整流微机励磁装置。励磁系统由励磁干式变压器、调节器、整流器、灭磁装置、起励装置组成。 

　　励磁调节器由PLC可编程控制器、智能操作显示屏、励磁调节板、脉冲触发板、测量用电压、电流互感器、操作继电器等组成。PLC可编程控制器，具有串行通讯接口，具有和上位计算机通讯的功能。操作及附加控制由PLC完成, 硬件相当简单，可靠性高。发电机的电压、无功功率及励磁电流的调节可由现地或远方进行控制。通过监控系统的LCU，以串行口通信或开关量接口方式向励磁装置发送调节命令。 

　　3.直流电源系统采用DC220V高频开关式直流电源。高频开关电源具有模块化设计，N+1热备分特点。具有强大的通讯功能，很方便实现与水电站计算机监控系统相连。实现对电源系统的“遥测，遥信，遥控，遥调”以及无人值守。 

　　六、结束语 

　　只有加强对小型水电站的电气监控的研究，才能更好的提升水电站的工作效率，但是在监控的过程中也存在着许多问题，需要对其进行进一步重视。 

　　参考文献： 

　　[1]杜�鱼.浅析小型水电站的电气监控.技术与市场 .2013年3月，第2期，166-168. 

　　[2]王朝.浅析小型水电站的电气监控.新西部下半.2012年4月，第4期,243-247. 

　　[3]高洁.浅析小型水电站的电气监控.价值工程.2013年10月，第9期，110-115.