水電站綜合自動化系統(tǒng)設計

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簡介：為了適應自動化發(fā)展和電力體制改革的需要，水電站綜合自動化系統(tǒng)具有越來越重要的作用。建立以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎，包括水文測報、工業(yè)電視監(jiān)視、消防計算機監(jiān)控系統(tǒng)等的全方位自動監(jiān)測控制系統(tǒng)，即為水電站綜合自動化系統(tǒng)。

　　關鍵字：水電站 自動化 系統(tǒng)

　　1.水電站綜合自動化系統(tǒng)的意義及應用

　　隨著我國國民經濟的快速發(fā)展和人民群眾物質文化生活水平的不斷提高，社會對電力的需求日益增強，對電能質量的要求也越來越高。我國電力行業(yè)長期存在自動化水平低下，難以滿足社會對高質量電能的要求，為了提高電能質量和發(fā)電效率，需對老式水電站中以常規(guī)控制、人工操作為主的控制模式進行以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎的綜合自動化改造；對新建水電站應按綜合自動化要求進行設計并實施，使水電站逐步實現少人值班，最終達到無人值班（或少人值守）的目標。

　　水電站大多地處偏僻山區(qū)，遠離城鎮(zhèn)，職工長期生活在較差的環(huán)境之中。對水電站進行綜合自動化改造的另一個目的就是為了改善廣大水電職工的工作和生活環(huán)境，用計算機監(jiān)控系統(tǒng)來代替人工操作及定時巡回檢查、記錄等繁雜勞動，實現無人值班（或少人值守）。

　　根據國家電力體制改革的要求，實現“廠網分開，競價上網”后，水電站如果沒有綜合自動化系統(tǒng)，而是依靠傳統(tǒng)的人工操作控制，將難以滿足市場競爭的需要。不了解實時行情，參與競價將非常困難。即使爭取到了發(fā)電上網的機會，又因設備陳舊落后而不能可靠運行，既影響電網供電，又使自身效益受損，最終也失去了好不容易才爭取到的發(fā)電機遇。所以，電力體制改革也促使我們要實現綜合自動化。

　　令人欣慰的是，近年來隨著我國電力科學技術的不斷發(fā)展和計算機監(jiān)控水平的不斷提高，許多新建水電站都設計了以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為主的高性能的綜合自動化系統(tǒng)，一些老式水電站也逐步進行了以實現綜合自動化為目標的改造，并都取得了很好的效果。

　　2.綜合自動化系統(tǒng)設計簡介

　　水電站的綜合自動化是建立在以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎之上的，對整個電站（甚至梯級電站或整個流域）從水文測報；機組啟、?？刂?，工況監(jiān)視；輔助、公用設備的啟、?？刂?，工況監(jiān)視；負荷的分配，直到輸電線路運行全過程的自動控制，并能準確地與上一級調度部門進行實時數據通信等全方位自動監(jiān)測的控制系統(tǒng)。一般包括5個子系統(tǒng)。

　　2.1計算機監(jiān)控系統(tǒng)

　　2.1.1概述

　　這部分是綜合自動化系統(tǒng)的核心和基礎。根據計算機在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用及其與常規(guī)監(jiān)控設備的關系，一般有以下三種模式：

　?。?）以常規(guī)控制設備為主，計算機為輔；

　?。?）以計算機為主，常規(guī)控制設備為輔；

　　（3）取消常規(guī)控制設備的全計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

　　根據水電站的裝機容量大小、在電網中的作用和各自的具體情況可分別選用不同模式的監(jiān)控系統(tǒng)。一般新建電站和具備條件（資金、技術和發(fā)電許可等條件）的電站適合選擇第三種模式，以便達到一步到位的目的。對于受其它條件限制的老式水電站的改造，可分別考慮第一、第二兩種模式作為過渡。這其中各種模式針對各自電站的具體情況，在設計時也略有不同。

　　2.1.2實例

　　值得說明的是，隨著多媒體技術在水電站的應用，語音、動畫、可視化、視像功能也用于計算機監(jiān)控系統(tǒng)。設計時應根據多媒體系統(tǒng)的結構，解決好與監(jiān)控系統(tǒng)的連接問題。

　　2.1.3計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

　　梯級電站中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)應具備遙測、遙控、遙信、遙調（即“四遙”）的功能。

　　2.2工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)

　　工業(yè)電視系統(tǒng)是現代化管理、監(jiān)視的重要手段，它的主要用途是及時而真實準確地反應被監(jiān)控對象的實際信息，從而為決策提供依據。

　　水電站的監(jiān)控人員借助于工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的輔助監(jiān)視作用，親眼見到了實況，就能放心地對設備進行控制操作，能大大提高設備遠方操作的安全性及生產管理效率和自動化水平。并在一定程度上起到安全保衛(wèi)的作用。

　　一般水電站工業(yè)電視系統(tǒng)不與計算機監(jiān)控系統(tǒng)結合，工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)前端設備獲取的信息經本系統(tǒng)網絡傳送到主控室或分控室主機；在梯級水電站，各站的信息經獨立于計算機監(jiān)控系統(tǒng)的通信通道分別由各水電站傳送到梯調中心。若工業(yè)電視系統(tǒng)結合于實時計算機監(jiān)控系統(tǒng)，并由實時監(jiān)控系統(tǒng)傳送信息到梯調中心，有可能對監(jiān)控系統(tǒng)產生影響或干擾，不利于安全運行。另一方面是由于傳輸速率不同，工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)要求的傳輸速率遠遠高于計算機監(jiān)控系統(tǒng)，為達到傳輸要求必將大大增加投資。

　　工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)獨立于實時計算機監(jiān)控系統(tǒng)還有利于電站分期實施，水電站可先實施計算機監(jiān)控系統(tǒng)，以后再做工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)。

　　2.3消防監(jiān)控系統(tǒng)

　　通過設置在主、副廠房、主變區(qū)、各主要機電設備的重要部位、油庫、主要建筑設施等場所的探測器，消防系統(tǒng)能實現對水電站主要場所進行24h不間斷的火情監(jiān)測。當探測器（感煙、感溫、紅外火焰、紫外、纜式感溫探測器）檢測到有火情時，通過系統(tǒng)總線，自動向中央控制室的集中報警控制器報警。集中報警控制器在接收到報警后，經過信息處理，在報警控制器上以數碼顯示方式顯示出火災的部位，并通過串行通信接口，在水電站消防計算機監(jiān)視系統(tǒng)的CRT上，自動顯示出火災的部位編號及該層的平面布置圖，提示出火災的處理措施，同時根據火情發(fā)生的部位，經確認及延時后，自動或手動對該部位及相關部位的防火排煙設備、滅火設備進行相應的控制，實施滅火等措施。所有的火情信息由水電站消防計算機監(jiān)控系統(tǒng)主機經信息處理后送至計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用異步通信方式實現通信。系統(tǒng)的構成如此所示。

　　另外還要求消防系統(tǒng)同時能實現對通風、防火排煙設備、二氧化碳滅火系統(tǒng)以及水噴霧滅火系統(tǒng)的控制。

　　2.4基礎自動化元件及自動裝置

　　2.4.1自動裝置

　　自動裝置是獨立于計算機監(jiān)控系統(tǒng)之外，能單獨發(fā)揮作用，對相應設備進行自動控制和調節(jié)的裝置或回路的邏輯組合。在水電站綜合自動化系統(tǒng)中，必須要有快速、靈敏、安全、穩(wěn)定、可靠的自動控制設備與計算機監(jiān)控設備相配套，才能取得很好的經濟效益。

　　計算機監(jiān)控系統(tǒng)應與水機調速器、勵磁調節(jié)器、微機型繼電保護裝置及其它自動裝置接口。

　　2.4.2基礎自動化元件

　　基礎自動化元件是監(jiān)視水電站主、輔設備運行工況、判斷和處理異常狀態(tài)、執(zhí)行控制操作的耳目和手腳，其運行狀況直接影響著機組及輔助設備的自動控制和安全保護性能。一般應以國產為主，進口為輔的原則進行配置、選型。

　　2.5水文自動測報系統(tǒng)

　　我國多數水電站兼有防洪、灌溉等任務，在水庫調度工作中，不僅要搞好水庫的發(fā)電經濟調度，創(chuàng)造經濟效益，同時還要及時、正確地掌握水情、汛情，搞好防洪渡汛工作。水文自動測報系統(tǒng)一方面要及時、準確、快捷地采集水情，另一方面還要通過計算機在較短的時間內作出洪水預報。該系統(tǒng)對水電站的防洪、排沙、發(fā)電、調峰、調頻、灌溉、航運、漂木等均有十分重要的意義。

　　水文自動測報系統(tǒng)按規(guī)模和性質的不同可分為水文自動測報基本系統(tǒng)和水文自動測報網。水文自動測報基本系統(tǒng)由中心站（包括監(jiān)測站）、遙測站、信道（包括中繼站）組成。水文自動測報網是通過計算機的標準接口和各種信道，把若干個基本系統(tǒng)聯接起來，組成進行數據交換的自動測報網絡。

　　水文自動測報基本系統(tǒng)的功能框圖如此所示。

　　其通信方式一般有超短波通信、短波通信、衛(wèi)星通信等，可根據電站規(guī)模及當地條件選擇不同的通信方式。

　　3.結束語

　　我國具有得天獨厚的水能資源，其理論蘊藏量為6.76億kW，年發(fā)電量59200億kW.h，技術可開發(fā)量為3.78億kW，居世界首位。逐漸加大開發(fā)力度，利用好豐富的水能資源，對于我國的現代化建設和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，具有十分重大的意義。

　　水電站實施綜合自動化系統(tǒng)，以達到“無人值班”（少人值守）的目標，是水電站現代化管理的發(fā)展方向，是科技進步的標志，是我國電力管理部門對水電站現代化提出的要求，在電力體制改革后也是水電站自身生存和發(fā)展的需要。

　　在綜合自動化系統(tǒng)實施改造時，應先從基礎自動化元件、自動裝置著手，先使手腳變得靈活，再對大腦進行手術。一旦大腦改變，便形成一套完整的綜合自動化系統(tǒng)。即使在近期內不能實現計算機監(jiān)控，也能很好地實現小系統(tǒng)或常規(guī)方式的自動控制。對新建水電站，應以一步到位的方式設計并實施綜合自動化系統(tǒng)，因水電站一般投資較大，這部分增加的投資在電站總投資中所占比例不大，但所起的作用和發(fā)揮的效益卻是巨大的。

　　水電站在考慮綜合自動化系統(tǒng)時，應加強與其他水電站和科研單位間的信息交流，吸取國內外的先進經驗，結合自身實際，因地制宜，力求實用，避免少走彎路，以提高水電站綜合自動化系統(tǒng)的經濟效益。同時應積極采用新技術、新工藝、新產品，為其可靠運行及其功能的正常發(fā)揮創(chuàng)造條件，進一步提高水電站的安全運行水平。

　　4.參考文獻

　　1.水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計規(guī)定，DL/T5065-1996；

　　2.水力發(fā)電廠自動化設計技術規(guī)范，DL/T5081-1997；

　　3.水文自動測報系統(tǒng)規(guī)范，SL61-94；

　　4.水電站綜合自動化，中國電力出版社，1998年5月。