清远市粤能水电发展有限公司 广东清远 511800
摘要：文章介绍水电站微机自动化的基本功能及设计原则，详细分析微机综合自动化设计在水电中的应用，提出微机自动化设计方案，以供大家探讨。
关键词：水电站；自动化；监控；设备管理
引言
信息技术不断发展，为建立高效的监控系统提供了有利条件。在泵站建设中运用微机自动化监控系统不但能够提高设备的运行率，还能提高管理效率，因此，相关人员要认识到微机自动化监控系统的重要性，在大中型泵站中对其进行广泛应用，从而确保整个工程顺利进行。
1 水电站微机自动化的基本功能
水电站的综合自动化是以微机处理系统为平台，对整个电站（或流域内梯级电站）从水文测报、机组启停、工况监视、辅助和公用设备控制、负荷分配、运行调度等全过程的自动控制。自动化系统还集成了数据采集预处理、机组监测和记录、操作与保护及功率调节等功能，并通过遥信技术与上一级调度部门进行实时数据通信。
与传统的继电保护相比，水电站的综合自动化有如下优势：
1）减少运行人员，提高劳动效率，降低电站的年运行成本和经营成本，从而提高了电站的经济效益。
2）采用微机自动准同期装置，并网速度快，减少机电设备磨损。
3）微机自动化系统能实现更复杂的逻辑控制，增强操作安全性和智能性，提高事故处理能力，提高控制效率。
4）改变二次设备模式，减少控制室面积，降低工程造价。
5）实现数据信号的远距离传输。微机自动化控制系统所有的状态和物理量经过模数转换，信息量数字化，保证数据的不失真、高精度、抗干扰特性，便于远距离传输。
6）组成水电站阶梯调度系统，发挥水电站群联合优化调度优势。
2 设计原则
设计原则共有 8 项：
1）本自动化系统以可靠性、开放性、经济性、先进性为原则。
2）检测仪表选用国内外同类的主流产品；现场控制采用 PLC 及操作员终端；中央监控管理级采用工控机及控制操作界面。所有设备选择均应符合环境及使用要求，并符合规定的电气、工业标准。
3）主要水利设备的控制分遥控、现场、手动 3 种控制模式。
4）本系统配备摄像监视系统，进行图像监视和传送，直观安全地管理及运行。
5）先进性：在方案设计与设备选型上，选择技术先进、可靠、成熟的产品，使本系统达到国内先进，行业一流的水平。系统运行管理和操作简单、高效，设计切合实际需求。
6）扩展性：自动化系统应具有良好的上下兼容性，各接口均配用标准性、通用性强的设备。当更新更先进的产品时，应具有兼容性和成套性。
7）安全性：设置多级操作密码和软件安全功能，确保本系统安全可靠地通过网络与上级各系统相联。
8）互连性：本系统应能接受并执行上层管理中心的调度指令，选型产品应具有良好的上下兼容性。
2 检测仪表
主要包括 4 个方面的内容：
2.1 电量监测
3#泵闸电量监测采用微电脑智能型监测仪，并通过通讯接口经现场总线将数据及信息传输到公用设备 PLC 站。
在10 kV总开关柜、联络柜、主电机柜及变压器柜上设置微机型一体化智能装置，在低压进线柜内设置多功能电力测量仪表，用于实时采集高、低压配电系统的电气监测数据信息。
主水泵运行工作电压、三相工作电流等参数由配套控制柜经现场总线送至各水泵 PLC 分站。
2.2 液位检测
1）2#节制闸采用超声波液位计检测水闸两侧河道内的液位。
2）3#泵闸采用超声波液位计检测泵闸各工艺节点的液位。
在泵站的内、外河侧集水井各设 1 套超声波液位仪，检测内、外河的水位高度。液位检测值（4 ～20mA 信号）送至公用设备 PLC 分站。在闸站的上、下游各设一套超声波液位仪，液位检测值（4 ～ 20mA 信号）送至公用设备 PLC 分站。在闸门开启过程中可根据闸门上、下游所测的水位来控制节制闸的开启过程。
2.3 开度检测
节制闸设 2 套闸门开度仪，用于检测闸门开度，检测信号送至公用设备 PLC 分站，参与节制闸门的启闭控制。每台水泵前后的快速闸门均设置闸门开度仪，检测闸门开度，与主水泵联动运行。
2.4 水泵机组综合监测
3#泵闸每台水泵各设 7 套温度传感器（一套两只），分别用于监测水泵导轴承温度、推力轴承温度、电机前后轴承温度、电机三相绕组温度等；设一套转速传感器，用于监测电机转速。各泵检测信号送送至水泵 PLC 分站，实现温升等故障报警及断电保护。潜水电机监测装置（包括：温度、泄露、绝缘等）随水泵配套提供。
3 控制系统
1）2#节制闸控制系统由一套 PLC 控制。
2）3#泵闸控制系统由一个中央监控主站和 3 个现场控制站（3 台主水泵 1 个，公用设备 1 个，变电所1 个）组成。中央监控主站和电力监控分站均设于管理用房，水泵 PLC 控制分站、公用 PLC 设于泵房。泵站微机综合自动化系统由主控级（泵站级）和现地控制级组成分布系统，主控级和现地控制级采用交换式以太网通信。局域网按 IEEE802． 3 设计，
通信规约采用 TCP/IP，网络的传输速率≥100Mbps，通信介质为屏蔽双绞线。
3.1 现场控制站
1#现场控制站（水泵控制分站）设于水泵房，对应负责主水泵的监测和控制以及各水泵前后快速闸门的联动启闭控制。
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2#现场控制站（公用设备控制分站）设于水泵房内，负责技术排水系统的监测和控制。
3#现场控制站（电力监测控制分站）设于低压配电间内，实现10 kV、0.4 kV开关柜开关位置以及变压器的温度监测，直流屏运行状况监测，采集各开关柜中测量装置检测信号。
每个现场控制站设置一套具有逻辑控制功能、故障自诊断和自切换功能的小型 PLC 控制器、操作员终端及辅助设备，能按要求或提供的参数进行调节，提供所属设备运行的联动、联锁和控制，提供设备的闭环运行控制，运行（遥控/现场/手动）模式的切换。通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往中央监控主站，并接受上位计算机下载的数据，作为调节和控制的依据。上级计算机可以实时监测现场站的全部运行信息，通过管理员权限设定控制现场主要设备的起动和停止。各现场控制站均配置彩色触摸屏操作员终端，通过 ＲS—485 接口实现与 PLC的信息交换，操作人员在现场可通过触摸屏上的按钮、指示器等，直观地进行控制操作。各现场控制站电源进线处设置过电压保护装置，能抑制和吸收电力网络中的暂态浪涌电压和能量，保障 PLC 屏及其它主要设备免受过电压的冲击，确保电气设备的安全正常运行。
3.2 中央监控主站
3#泵闸中央控制主站各设 2 套主机兼操作员工作站，互为备用，负责协调和管理主控级和现地控制单元的工作、收集有关信息并作相应处理和存储。系统自动化系统采用 UPS 供电，满足监控系统供电。当 UPS 交流输入电压下降或超过规定的输入电压 ±50%时，UPS 不应发生任何损坏，为防止感应雷对通信网络的袭击，设置信号避雷器确保控制系统安全。
3.3 监控系统软件
监控软件采用国际上成熟的组态软件平台进行系统设计，提供丰富的人机界面。数据库软件为过程数据服务的实时关系型数据库管理系统，可用它便利地生成和修改数据库文件，并制作成报表。
4 设备控制
本工程主要电气设备控制分为 3 级，现场手动控制、PLC 控制、监控中心遥控 3 种模式，其优先顺序为手动、PLC、遥控。
4.1 节制闸控制
节制闸的人工手动操作通过液压系统现场控制柜上操作按钮实现，现场控制柜面板上设自动/手动转换开关。一般情况下由 PLC 配合摄像监视系统实现对节制闸门的启闭操作，并进行监测及保护操作过程。在必要情况下可实现 PLC 根据闸门上、下游水位或依据水力模型试验成果预设的程序自动调整水闸的启闭与开关度。
4.2 水泵控制
水泵配套控制柜操作面板上设自动/手动转换开关。手动状态下，操作人员通过控制柜面板上的按钮控制水泵运行；自动状态下，由各相应的水泵PLC 控制分站接受上级调度命令，控制水泵的开、停。
4.3 闸门控制
进水闸门、检修闸门的手动操作均通过液压系统现场控制柜上操作按钮实现，控制柜面板上设手动/自动转换开关。自动状态下，则由各相应的水泵PLC 控制分站与水泵的运行联动控制闸门开闭，并监测闸门的状态。
5 摄像监视系统
1）2#节制闸视频监视系统含 4 个视频监视点，即在节制闸内/外河侧、节制闸闸门处各设置一套全数字视频监控系统，各个摄像机的视频和控制信号利用电缆传输至泵站中控室（嵌入式数字硬盘录像机），中控室内设置视频控制主机兼作硬盘录像机。
2）3#泵闸摄像部分采用目前流行的新技术———
数码摄像系统，它含 7 个摄像巡视点，即在泵房、节制闸内/外河侧、节制闸闸首、控制室、管理区等处各设置一套一体化彩色 24 倍变焦高速球机；控制室内设置二套视频控制主机兼硬盘录像机。视频控制系统可切换各个摄像机画面，一套主要用于监视泵房内水泵运行，另一用于监视各闸门及其他辅助设备。根据职责授予不同的权限和控制优先级，可以在图
像监控工作站上显示所调看的图像。预防因各种可能引起的故障，保证泵闸的安全运行。该系统采用先进的音视频采集、压缩与数字网络传输技术，集计算机与通信、音视频与多媒体技术于一体，在需要时可通过服务器接口，将本系统视频信号送至上级监控中心。
6 电话通讯系统
为便于对外联系工作，2#节制闸管理区和 3#泵闸管理区内各设置一套 20 门数字程控电话交换机，共有对外四对中继线。总机间设在管理楼内，包括电源、后备电池、整流装置、话务机及传真机。3#泵闸管理区中央监控主站控制室内设置 2 门电话，其余电话将按需分配到管理楼各楼层。配置一套对讲系统，供运行操作人员使用。
7 防雷接地系统
图像监视系系统应满足防止感应雷击的要求，为彻底消除雷电引起的系统毁坏，应对系统的电源引入、户外摄像机及其线缆等方面采取有效的防雷措施，保证雷电对系统的破坏降到最低极限。本工程配置避雷过电压保护装置，以防雷电引起雷电波的反击或侵入直接威胁电气系统安全。电源、视频数据、控制信号等接口部分，均应该配置相应的避雷器。应结合网络结构及设备配置，配套提供完整的防雷设备。本工程采用联合接地，保护接地、工作接
地与防雷接地、电气接地采用共用接地装置，接地电阻≤1Ω；自控、摄像、广播系统设独立屏蔽接地系统，接地电阻≤1Ω，并与保护接地分开。
8 设备选型
1）现场仪表的选型应考虑可靠、稳定、重现性好、维修量小的原则，以适合水利系统的工作环境；所有现场仪表控制装置、摄像系统均考虑防雷保护及接地措施，确保设备及人身安全。
2）计算机管理系统、控制系统、摄像监视系统以及相应设备等均选用目前国内外同类的主流产品。
9、结束语
在科学技术迅速发展的今天，相关人员要改变传统的观念，加强对微机自动化监控系统的重视，在大中型泵站中广泛应用微机自动化监控系统，能够有效解决泵站监控工作中存在的问题，这就需要提高管理人员专业水平，进而提升泵站监控工作水平
参考文献
［1］丁毓山 南俊星． 微机保护与综合自动化系统［M］.北京：中国水利水电出版社，2002：11 －15.
［2］崔明． 变电站与水电站综合自动化：21 世纪农村电气化小水电实用技术丛书［M］.北京：中国水利水电出版社，2005：66 － 70.
［3］潘卫锋.微机监控系统在大型泵站中的应用［J］.排灌机械，2014，01（30）.
［4］廖志凌，王瑞雪.微机监控及保护在泵站综合自动化系统中的应用［J］.排灌机械，2014，05（30）.
论文作者:罗志华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/5/31
标签：水泵论文; 闸门论文; 微机论文; 设备论文; 泵站论文; 现场论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;