水电站自动化的改革与创新

【摘 要】尤溪流域公司阶梯电站自动化设备在近年来总体运行情况良好，但在实际运行过程中或多或少还存在一定的问题，如数据结构不够合理、现地施耐德触摸屏对时功能不准确以及坝用电信息采集不到监控系统等缺陷，为实现“无人值守”及“零维护量”目标现地控制（LCU）单元必须尽快解决上述的问题，本文重点阐述为解决这些针对性问题所做的改革与创新。

【关键词】自动化 现地控制 辅机设备 改革与创新

尤溪流域分公司由三个电站共8台发电机组组成的阶梯电站，在不同时期分别投入运行，并且运行良好，但运行过程中或多或少还存在一定的问题。如目前现地控制单元，机组LCU通信程序仅完成转发功能，数据的解析由上位机驱动程序完成。运行维护中存在以下问题：数据处理过于集中，分层分布程度低，单套LCU自动化元器件技改或运行参数变化，比如开接点、闭接点引用变化需要大量的日常维护工作，都需要更改上位机数据库参数，重新编译整套数据库，同步重启10余台各种功能服务器，操作复杂，小部分改动影响全厂的运行设备，安全风险高，维护人员心理压力大。现地使用触摸屏具有独立内部时钟，掉电靠电池保持，但存在长时间运行误差较大，给相关事件分析造成很大困恼的问题[1]，当前处理时间误差的方法是靠人工每月定期手动对时，时间设置需进入触摸屏工程模式，费时费力且精度不高。传统0.4kV系统信号采用硬接点接入监控系统的公用LCU[2]，尽管该方案可靠性高和施工维护成本高，并且占用公用LCU宝贵的内部存储有限资源，只能按照实际需要接入少量部分“重要信号”，不利于所有信号的采集。

1 机组LCU通信数据结构优化

随着电子技术的快速发展，LCU控制核心PLC技术也得到快速发展，数据处理能力发生根本改变。通信速率从标准串口9600bps发展到10Mbps、100Mbps的快速以太网，目前1Gbps高速以太网也开始应用，数据存储从早期以字节（Byte）为单位精打细算使用，到以kB为单位到MB为单位。以目前LCU数据处理能力，完全可独立完成数据解析和重组，因此提出将机组LCU通信数据结构进行优化的改革。

优化机组LCU通信数据结构主要思想，通过修改上位机通信驱动程序、PLC通信程序，将数据解析、预处理部分下放到LCU中完成，各种数据由原始码值通过相应算法转换成实际工程值，完成品质判断和告警信号处理。优化后的机组LCU通信数据结构可实现智能化、高度自治，上位机、触摸屏仅需完成人机界面功能，一般的日常维护只需修改相应LCU程序，不需修改上位机程序，有效减少上位机系统修改、停机、重启次数，减少检修维护人员劳动强度，减低维护风险，有效提高整套系统可用率。

2 现地LCU自动对时功能的实现

水电厂计算机监控系统（SCADA）采用分层分布式结构，现地层控制单元LCU以可编程控制器PLC为核心，配置触摸屏作为现地人机界面，然而使用的施耐德触摸屏本身并不具备对时功能，机组在长时间运行时如时钟不对，当出现事故信号将给维护人员分析现场情况造成很大的不便，但触摸屏通过串口与PLC通信，且现地控制单元LCU可编程控制器PLC 配有ERT模块已实现电站GPS授时系统对时，因此提出通过串口通信读取PLC时间和编写触摸屏脚本程序，改写触摸屏内部时钟实现触摸屏的自动校时功能。

该实施方案三大步骤：PLC时钟处理，读取ERT模块时钟；编写触摸屏脚本，定义时钟接收变量并链接至PLC；定义脚本执行触发事件，为提高效率脚本类型1仅在触摸屏启动时执行一次，脚本类型2为每小时执行一次。通过触摸屏脚本编程实现自动校时，无需更改接线、增加硬件，不会产生附加的设备维护工作和故障风险。并且随着电子技术发展触摸屏价格不断降低，越来越多的设备采用触摸屏作为人机界面提高智能化水平，采用本方案实现触摸屏自动校时简单、直接，容易实施，具有很好应用前景。

3 坝顶0.4kV坝用电系统信息采集改进

该水电站的坝顶0.4kV系统母线由3路电源自动切换选择1路供电，由一套西门子PLC控制，其中第三电源为柴油发电机，柴油发电机的启停由该发电机控制器（科迈AMF-25）控制。正由于坝顶现场装设的交流采表、西门子PLC、柴油发电机控制器均为智能设备，具备串口通信功能，提出利用计算机监控系统的通信机开发相关通信协议程序，按规约解析出来数据直接通过工业以太网送到上位机主机，实现坝顶用电系统信息的采集改进。

改进的基本思路：构造系统功能结构，将坝顶0.4kV系统3个交流采表、西门子PLC、柴油发电机控制器，均采用RS485转光纤方式经光纤接入计算机监控系统的厂内通信机。上位机监控软件设计，利用计算机监控系统NC2000具有良好的人机界面和网络功能。在组态环境下，设计人员对计算机监控系统的厂内通讯服务器的串口进行驱动配置，编写对应串口智能设备的通讯程序，运行环境以图形画面形式的人机界面监控坝顶0.4kV系统信息、故障报警，对有关数据存储历史库，生成报表。

该采集方案简单合理，由于传输通道采用了光纤，克服了传统串口传输距离的困难，避免了传统电气连接的雷电干扰问题，又利用了串口传输的成熟性，减少了传统电缆敷设，降低了施工难度。利用计算机监控系统的通信机开发相关通信协议程序，充分发挥了计算机监控系统的灵活扩展性，将该电站坝顶0.4kV系统的信息增采到一个计算机监控系统中，提高了水电站的自动化程度和集控程度。

4 结语

为进一步推进水电站实现“无人值守”及“零维护量”目标，本文作者根据所属电站的实际运行状况，对现地控制单元存在的缺点进行改革与创新，旨在提高水电站运行的自动化水平，减少了运行人员工作量，并对其它电站类似工程改进提供一定的参考。

参考文献：

[1]陈之栋.关于水利发电设备运行状态检修的研究[J].城市建设理论研究，2013（29）.

[2]王聪，张毅，文正国.水电站监控系统中MMS通信协议的应用[J].水电站机电技术，2013，36（3）.