电气自动化在小水电站的应用浅析

[摘要]在小型水电站中积极引入电气自动化技术能够有效的降低管理成本，提高管理的效率，防范不安全事故的发生。文章首先分析了当前小水电站中电气自动化技术应用现状，接着指出了电气自动化技术在小水电站中应用的主要目的，最后提出了电气自动化技术在小水电站中的具体应用。

[关键词]电气自动化；水电站；应用

中图分类号：[TM622] 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0094-01

传统的机械式监控平台，运行操作极不方便，且运行维护成本较高，浪费了大量的人力资源，随着电气自动化的普遍应用和推广，设备购置成本大大降低，电气自动化在小水电站的应用已成发展趋势，对提高电厂综合自动化水平、降低运行成本及小型水电厂的可持续发展具有重要意义，为实现电厂的“无人值班（少人值守）”创造了条件，提高了工作效率，同时提高了小型水电站运行的安全性和可靠性。

一、自动化技术在小水电站的应用现状

我国大多数小型水电站工程都是建设在条件艰苦的山区或偏远地区，由于运行环境相对较差，设备维护技术水平有限等原因，造成运行成本较高。随着自动化技术的开发与应用，且运行较成熟、稳定，目前兴建的小型水电站大多采用自动化控制，对于上世纪投资兴建的小型水电站，由于自动化技术开发的相对较晚，大多采用传统的机械式控制，对于这些小型水电站，已经不适应电力生产和电网技术快速发展的形势，即将面临电气自动化改造。

二、小型水电站实现电气自动化技术的主要目的

为了确保小电站的经济效益和运行安全，采用先进的计算机监控技术是十分必要的。第一，有利于提高水轮发电机组的实时能力，实现快速开、停机，自动发电控制等，满足电力系统稳定运行的需要及水电站经济运行；第二，节约运行成本，实现电气自动化后，大大的节省了电站的人力资源需求；第四，计算机监控系统有自检功能，不仅检测设备运行情况，而且还检测计算机监控系统自身运行状态，提高水电站设备运行的可靠性。

三、电气自动化技术在小水电站中的应用

小水电站应用计算机技术自动监控主要内容是机组及附属设备、电气设备、消防和水工设施等的监控。

1、电气自动化监控系统结构

电站计算机监控系统分为主控级和现地控制单元级，主控级和现地控制单元级设备经100Mbps光纤以太网相连。监控系统主要由以下几部分组成：

1.1主机/操作员工作站

主机的功能包括对整个电厂的运行管理、数据库管理、综合计算、AGC及AVC计算和处理、事故和故障的分析处理等，主机采用冗余工作方式，任何一台主机故障，系统仍可正常运行，提高了系统的安全可靠性。

1.2辅助操作员站

其功能和主机/操作员工作站完全一样，在调试时设置权限，一般用于调试、监视，在紧急和特殊情况下用于操作和控制。

1.3通信工作站

完成与全站电子电能表、消防报警装置、闸门控制系统及其它装置的接口，同时完成与上级调度系统的通讯。

1.4 GPS卫星时钟同步系统

采用GPS卫星时钟系统对监控系统的主控级和各现地控制单元（LCU）进行时钟同步。

1.5网络设备

主计算机、通信服务器和各LCU通过10/100M网络交换机联结成快速以太网络，网络介质主要为光纤电缆。

1.6逆变电源

配置交/直流双供电在线式逆变电源，直流电源采用220V直流系统供电，逆变电源供电站计算机监控系统主控级使用。

1.7现地控制单元（LCU）

LCU主要完成数据的采集及数据预处理功能，同时也具有控制操作和监视功能，能保证当它与主机系统脱离后仍然能实现对机组进行必要的监视和控制功能，而当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。

2、电气自动化监控系统主要功能

计算机监控系统能实时、准确、有效地完成对电站被控对象的安全监控。其主要功能如下：

（1）数据采集和处理

（2）安全运行监视

（3）事件顺序记录

（4）事故、故障报警及记录

（5）事故追忆和相关量记录

（6）控制操作和负荷调节

（7）操作指导

（8）自动发电控制（AGC）

（9）自动电压控制（AVC）

（10）经济运行（EDC）

（11）统计记录与生产管理

（12）人机接口

（13）数据通信

（14）历史数据库

（15）系统自诊断与冗余切换

（16）软件开发与维护

（17）操作培训

3、电气自动化监控系统主控级与单元控制级功能的分配

监控系统由主控级计算机和现地控制单元级组成。现地控制级LCU既作为全厂监控系统的现地监控设备，向主站级上行发送采集的各种数据和事件信息，接受主站级的下行命令对设备进行监控，在主站级设备或网络故障时又能独立工作。在系统总体功能分配上，数据采集和控制操作的主要功能均由LCU完成。

4、现地单元监控装置的主要功能

4.1数据采集与处理

对电厂的主辅设备的运行状态，运行参数及测量值进行实时采集、工程量化，存入实时数据库，作为系统实时监视、告警、控制、制表、计算和处理的依据，数据采集的对象分为模拟量、开关量、脉冲量、数码量等。

4.2安全运行监视

主要包括：电厂设备的实时状态和运行参数显示、状变监视和事件报警、事件顺序记录、实时数据越复限检查和越限报警、系统事故或运行设备工作异常时，可进行语音或音响报警等。

4.3控制和调节

LCU接受当地或来自主站级的命令，完成对被控设备的操作，同时也能独立工作。

4.4自诊断

LCU提供完备的硬件及软件自诊断功能，包括在线周期性诊断、请求诊断和离线诊断。诊断内容包括：CPU模件故障、电源故障、通讯故障、模件故障、硬件及其接口自检、掉电保护、冗余模件检测及自动切换。当以主/热备方式运行的模件故障退出运行时，备用模件能不中断任务且无扰动地成为主用模件。

5、主控级监控系统的主要功能

5.1数据采集和处理

从各LCU采集电厂各主辅设备的实时数据，包括模拟量、开关量、数码量、电度量、综合量和事件顺序记录（SOE）、越复限事件记录等。按收到的数据进行数据厍刷新、报警登录，并进行综合处理。

5.2安全监视及事件报警

主要包括：全厂运行实时监视、参数越限报警及记录、事故顺序记录、故障及状态显示记录、事故追忆、趋势记录分析、语音报警功能等。

5.3监控系统异常监视

监控系统具有故障自检测及容错处理功能、能自动显示各节点计算机的工作状态、能直接显示现地控制单元的运行状况，能自动测试并显示出故障部位，将故障点置为无效并屏蔽相关控制调节功能。

5.4控制操作

监控系统支持以下三种控制方式：自动方式、现地自动方式、现地手动方式，在各种方式的切换时无扰动，以保证电站设备的安全。

5.5自动发电控制（AGC）

水电站自动发电控制（AGC）是指按预定条件和要求，以迅速、经济的方式自动控制电厂有功功率来满足系统的需要。

5.6自动电压控制（AVC）

水电站自动电压控制（AVC）是指按预定条件和要求自动控制电站母线电压或全站无功功率。在保证机组安全运行的条件下，为系统提供可充分利用的无功功率，减少电站的功率损耗。

四、结束语

由于小型水电站多位于我国条件艰苦的偏远地区，基础设施还不太完善，因此，我们应根据小型水电站的具体情况，不断完善自动化技术的应用方案，促使小型水电站逐渐走向智能化、集成化、网络化方向，最终实现水资源的充分利用以及小水电站经济效益的提高。