水电站自动化技术应用

1、水电站自动化技术的应用水电站自动化技术概念的引进水电站的组成部分主体设备：水轮机、发电机、变压器辅助设备、一次输电变电所设备、二次测量、监视、控制、保护设备、消防监视系统、水文自动测量系统一、水电站自动化概要1 .水电站自动化的作用水电站自动化可以在无人(或少数人)直接参加水电站生产过程的操作、控制和监视的情况下，按预定计划或程序自动进行。 水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要指标，同时自动化技术也是水电站安全经济运行不可或缺的技术手段。水电站自动化的作用主要表现在以下方面(1)提高工作可靠性：水电站实现自动化后，可以用各种自动装置迅速、准确、及时地进行检测、记录和报警，防止异常工作状态发

2、展成事故，保护事故发生的设备免遭更严重的损害，提高了电力供应的可靠性。 另一方面，通过各种各样的自动装置完成水力发电站的各操作和控制(例如，与停止驾驶操作并行)，不仅能大幅度减少驾驶员误操作的可能性，还能减少事故发生的机会，还能大幅度地加速操作和控制的过程，特别是在事故紧急时，系统(2)提高运行的经济性：水电站实现自动化后，根据系统分配给电厂的负荷和电厂的具体条件，进行合理规划，在保持高水头运行的同时，合理选择投入台数，使机组在高效率区运行，可以获得较高的经济效果。 如何实现各电站的合理优化规划，避免不必要的废水，充分利用水力资源，对阶梯电站尤其重要。 此外，水电站通常是水力资源综合利用的一部

3、分，必须考虑电力系统、航运、灌溉、防洪等要求，经济运行条件复杂，仅靠人工控制难以实现，实现自动化后，有助于电厂的经济运行任务的实现。 特别是对于有调节能力的水电站，使用电子计算机不仅能预报计算水库的水，还能综合水位、流量、系统负荷和各机组参数等参数，根据经济运行程序自动控制，大幅度提高运行的经济性。(3)保证电能质量：已知电压和频率是测量电能质量好坏的两个基本指标。 电压正常偏差不超过额定的5%，频率正常偏差不超过额定的0.20.5HZ。 电压和频率的稳定主要依赖于电力系统中的无效功率和有效功率的平衡。 因此，为了将系统电压和频率维持在规定范围内，必须迅速且正确地调节来自发电机组的有效功率和无

4、效功率。 特别是在发生事故的情况下，迅速的调节和控制对迅速恢复电力质量有着决定性的意义，但这一过程仅通过手动操作，在速度方面和精度方面都很难实现，只能用自动装置实现。 提高水电站自动化水平是保证电力系统电能质量的重要措施之一。(4)提高劳动生产率，改善工作条件：水电站多位于偏僻山区，远离城镇，员工长期生活在恶劣的环境中。 实现水电站自动化后，许多工作由各种自动装置以一定的程序自动完成，将计算机监控系统取代人工操作、定时巡回检查、记录等复杂的劳动，大幅度改善了运行者的工作和生活环境，减轻了劳动强度，提高了运行管理水平。 同时，还可以减少运行人员，实现无人值班，提高劳动生产率，降低运行费用和电力成

5、本。2 .水电站自动化的内容水电站自动化的内容与水电站的规模和在电力系统中的地位和重要性、水电站的型号和运行方式、电主布线和主要机电设备的型号和配置方式等有关。 总的来说，水电站的自动化包括以下几点(1)完成水轮发电机组运转方式的自动控制：一方面实现停止运转和并联、发电转相和转相发电等自动化，上述各操作按设定的顺序自动完成，另一方面自动维持水轮发电机组的经济运转，根据系统要求和发电站的具体条件实现最佳运转机组实现单元间负载的经济分配，根据系统负载的变化自动调节单元的有效功率和无效功率等。 另外，如果作业机事故或电力系统的频率下降，可以自动启动并投入备用机的系统频率过高，可以自动切除部分机组。(

6、2)完成水轮发电机组及其辅助设备的运行状况监视：发电机定子和转子电路各电量的监视、发动机定子绕组、铁心和各部分的轴承温度的监视、机组润滑和冷却系统的工作监视、机组调速系统的工作监视等。 发生异常的动作状态或事故时，迅速且自动地采取适当的保护措施(信号的发送或紧急停止等)。(3)完成辅助设备的自动控制：包括各种油泵、水泵、压缩机等的控制，事故时自动投入备用的辅助设备。(4)完成主要电气设备(变压器、母线及输电线等)的控制、监控和保护。(5)完成水工建筑物运行状况的控制和监视：如闸门的工作状态的控制和监视、防污栏是否堵塞的监视、上下流水位的测量监视、取水压力管的保护(导水式电站)等。二、水电站自动

7、化技术的发展1 .通常的自动控制系统水电站常规自动控制系统应用最普遍，用电磁式继电器构成自动控制电路，主要完成顺序控制，电磁式继电器是能构成水电站设备保护的传统自动控制系统。 现有的自动控制系统对特定的控制对象构成，每个控制对象的控制系统不同，如果控制对象的保护的种类或控制顺序发生变化，则变更自动控制电路。 常规自动控制系统的弱点是调节性能差，很难实现水电站设备的自动调节和巡回检测。2 .晶体管集成电路控制系统常规自动控制系统的弱点是调节性能差，难以实现水电站设备的自动调节和巡回检测等问题，随着70年代晶体管集成电路的应用，这个问题得到解决，可以利用晶体管模拟和数字电路技术构成水电站的各种自动

8、调节、巡回检测和保护装置例如，液压调速器代替机械液压调速器，实现了无刷励磁，晶体管励磁系统代替励磁机、双绕组电抗分流励磁等，实现了自动调整。限制：1 )，晶体管集成电路控制系统和通常的自动控制系统一样，是由硬件构成的调节控制系统，在变更调节控制对象的调节参数时，必须调整电路参数，在增减功能时，必须修正硬件电路2 )、电路的集成度不高，元件数量多的话，就存在元件性能的匹配性、筛选、劣化等问题。3 )、工作点漂移和温度漂移等问题3计算机数字控制系统。随着科学技术的高速发展，从80年代开始，电子计算机在各种领域得到广泛应用、模块化的基于现场总线的水电站计算机监视系统出现，取代了传统的以通常控制、人工

9、操作为主的控制模式，大幅度提高了水电站的自动化程度，实现了水电站的“无人值班1 .系统构成：采用计算机、可编程控制器(PLC )或智能I/0、微机继电器保护装置和专用智能测量装置，通过标准以太网、现场总线与各现场的控制站、智能装置等有机连接，构成了功能分工合作的分层分布式综合监视系统。2 .系统的主要特征：(1)开放的体系结构，层次清晰，具有良好的可扩展性。(2)分层分散系统可以根据被监视的对象、功能进行配置，具有良好的分散性、开放性和灵活性。(3)采用冗馀配置，具有较高的可靠性。(4)利用中文Windows操作系统和智能通信等先进技术，便于系统升级。(5)灵活的结构界面、人机界面能力强，界面

10、友好，容易掌握，设计、调整、现场运行方便。3 .系统的主要功能：(1)实现电站设备的自动监控和记录：计算机监控系统自动完成电站设备数据的采集、处理及设备运行情况的自动监控和记录，包括开关量信息监控、模拟信息监控、故障/事故警报、记录和显示、SOE点记录和显示。(2)实现电站自动控制：根据上级的计划要求和电站自身的具体情况，操作或调节电站设备。 包括设备的自动开关和并联及运行情况的自动转换、设备的有效和无效负载的自动调节、自动发电控制AGC、自动电压控制AVC、断路器操作等。(3)对发电机、主变、线路等主要设备和辅助设备进行保护和监视。(4)实现电站运行管理的自动化：实现运行报告的自动生成、运行

11、操作的自动记录、电站设备参数和整定值的记录和保存，所有报告可以自动或调用印刷和运行者模拟训练等。(5)系统通信：实现与高级调度、水信息测量系统、事务自动化网络等计算机系统的通信，实现信息资源共享，充分发挥系统整体的综合利益。4 .综合自动化系统模型这部分是综合自动化系统的核心和基础。 根据计算机在水电站监控系统中的作用与常规监控设备的关系，一般有以下三种模式以通常的控制设备为主，计算机为辅助以计算机为主，以通常的控制设备为辅助取消普通控制设备的权限计算机监视系统。水电站自动控制系统的划分1 .按受控制的调节对象进行区分1 )、网格层控制系统2 )、电站层控制系统3 )、单元层控制系统4 )、功

12、能单元层控制系统网格层自动控制系统电站楼层自动控制系统供水闸门功能单元供水主阀功能单元单元层自动控制系统技术供水功能单元渗漏排水功能单元检查排水功能单元高低压压缩空气功能单元消防供水功能单元消防监视功能单元频率调整功能部励磁调整功能单元机组温度巡回检测功能单元单元技术供水功能单元2 .按自动化程度划分1 )全自动控制系统2 )半自动控制系统3 )手动控制3 .按自动控制系统的设备构成进行区分1 )通常的自动控制系统2 )静态集成电路控制系统3 )计算机数字控制系统4 .按控制距离1 )定位控制2 )远处控制四、微机综合自动化在中小水电站的应用实现电站的遥控、遥控、遥控、遥控等遥控功能。 达到电

13、站无人值班和少数人工作的目的。1 .计算机监视系统的构成1 )、电站控制层的配置电站的控制层设备设置在中央控制室，由主机的操作站、通信站、主控制台、汉字打印机、GPS时钟同步装置、语音报警装置、UPS电源等构成。电站控制层收集负责协调管理各当地控制层工作的相关信息，进行适当处理和存储，迅速、正确、有效地完成本站被控制对象的安全监视和控制。 操作员可以在主控制室通过人机界面在线修正数据库和画面，手动设定、设定监视状态、修正限制值、进行事故处理指导和恢复操作指导等功能，并可以传达给LCU。 监视命令的输出只是监视主机取得控制权的工作的执行，作为另一个工作站，仅通过数据通信就没有控制输出，两台机器可

14、以相互跟踪，系统软件可以根据监视主机的运行和通信、硬件、软件等状态进行跟踪判别系统自动发出切换信号，另一个工作站代替主机的工作，同时提示主机故障，在主机修复启动后，自动转移到监视主机输入数据，再次进入监视状态。2 )、当地控制层(LCU )配置现场控制分层单元LCU和公共LCU两部分由人机接口终端(液晶触摸屏)、智能I/O控制器、I/O模块、输出继电器、准同步装置、温度测量装置、转速信号测量装置、数字测量装置和交流直流双电源等设备构成机械、电气一次设备及公共设备等的实时监控，通过工业以太网实现各本地控制层和全站控制层的连接和信息交换，实现本地设备的监控和数据共享。 由于电站控制层而终止运行时，

15、当地控制层可以不受影响地独立运行。微机保护装置、转速、温度巡逻、调速器、励磁系统等设备通过本地LCU连接以太网，实现相应参数的监测与控制。 没有部分通信接口的设备通过当地控制单元的I/0模块实现设备的控制和状态检查。3 )、通信网络和设备配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重交流电缆。 网络传输采用Modbus协议，网络传输速率为100Mbit/s，节点数达到340个，网络上的任何节点都能够实时地将信息发送到网络上的其他节点或网络中，一个节点发生故障，自动发生故障。网络系统完成电站控制层各站之间和来自现场控制层(LCU )的所有数据传输和各种访问请求。 其网络协议符合

16、国际标准化组织OSI模式。 具有良好的开放性。 计算机监视系统无论哪个部件发生故障都不会引起系统的误动作。 互联网成熟可靠，符合国际标准。4 )、系统软件结构(1)系统软件：采用中文版美国微软Windows NT软件，实时性、稳定性、可靠性好，NT系统管理机密性高。 是用于操作系统并管理整个计算机系统的所有资源，并提供其他软件和系统资源(如CPU、存储器、外部设备)的接口，从而运行其他软件的环境。(2)应用软件：使用FIX7.0开发软件、3D图形软件、PLC编程软件，用于程序的编辑、编译、软件连接等。 具有良好的人机界面和全开特性。 一种能执行多种通信协议的监视软件，与网络上具有不同通信协议的

17、设备交换数据，数据库生成、监视画面、控制流、报告等配置灵活，使用和维护方便。5 )、继电器保护系统的配置采用美国ABB公司生产的微机综合继电器保护装置。 发电机、变压器和线路保护装置有8个开关量输入和7个开关量输出，一个是用于变化自我诊断的转换接点输出。 输入和输出可以是控制断路器接通或信号的逻辑编程。存在各种通信协议，并且可以选择Modbus Plus通信协议用于ABB2000R型微机保护，将测量记录的数据转送到系统并保存。保护的配置整定：对于保护装置的使用，首先进行配置整定，输入相关参数，保护装置利用这些参数进行保护功能和测量功能的计算，配置整定可以通过前面板的MMI或ECP软件进行操作。微机保护装置具有故障记