【摘要】随着大数据、网络信息化技术的快速发展，在水电站运行管理中，也实现了综合自动化监控管理。在水电站中应用综合自动化监控系统，使现场的网络架构更为合理清晰，配套软件的使用方便快捷，便于调试，运行稳定，降低了设计、运行及维护成本，提高整体自动化水平。基于此，本文针对水电站综合自动化监控系统的应用进行简要论述，为相关工作者提供参考借鉴。
【关键词】水电站；综合自动化系统; 应用
电力资源作为人们日常生活离不开的重要能源，其重要性日渐突出。为了确保电力资源的有效供应，我国兴建了很多水电设施。目前水库防洪与发电的客观条件良好，但是电站控制、保护、计量等自动化设备陈旧，数据采集通信不畅，与控制系统不配套， 维护代价过高，所以机组自动化在运行中，频繁出现故障，效率下降，电能质量下降，无法产生最佳的经济效益和社会效益。针对电站存在的问题，按照安全可靠，技术先进，经济运行的原则对电站进行综合自动化系统改造与应用，不仅确保了电力系统的安全运行，提高了电力的质量，而且提升了电力企业的经济效益。
1、水电站综合自动化监控系统
利用水流的作用，推动水力机械水轮机进行转动，从而将水流产生的机械能转化为电能，这就是水力发电的过程。作为一项综合系统工程，水电站的最大作用就是实现水能转换成电能，实现为用电客户供应电力。在水电站中设置综合自动化监控系统，借助计算机监控系统，以及一些相关的辅助监控设备、水文自动测报系统以及电气监控设备等，可以实现对整个水电站的水文测报、工程监视、负荷的合理分配，以及在输电线路运行全过程的自动监控，帮助水电站的工作人员对水电站的运行情况有全面的了解，提高其工作效率，确保水电站的正常运行，满足用电客户的用电需求。
2、水电站综合自动化系统设计实例分析
某水电站的主要工作是发电，发电站总装机容量为６０ ＭＷ，年平均发电量为２．４７亿ｋＷ·ｈ。工程整体规模为中型，水电站的３台２０ ＭＷ 的发电机组采用立轴混流式。为了实现水电站的“无人值守”，需要对其设置综合自动化监控系统。
2.1总体结构
采用开放式的分层结构进行该项目水电站的综合自动化系统的设计（如图１所示）。提升系统的操作性和扩展性能。综合自动化系统主要由主控和 ＬＣＵ 构成，分为以下基层结构：
（１）站级网：采用光纤以太网对主控级和 ＬＣＵ 进行连接，并通过高性能的网络交换机实现双方的网络通信。对于 ＬＣＵ 和 网 络 交 换 机 之 间，为 了 提 升 抗 电 磁 干 扰 能力，选用屏蔽双绞线作为网络介质。
（２）现地控制级网：通过现场总线，实现 ＬＣＵ 的各控制模块与 ＣＰＵ 的连接。 （３）兼 容 性 网 络：借 助 现 场 控 制 单 元 提 供 的 串 口（ＲＳ４８５／ＲＳ２３２），并采用 Ｍｏｄｂｕｓ通信规约，实现现场控制单元与其他装置的系统连接，包括微机调速装置、微机保护装置、机组油压装置等。
2.2 硬件设计
2.2.1上位机子系统硬件设计在主控级计算机处，配备两台 ＨＰ Ｚ８２０工作。其中一台用于电站定值管理的工程师工作站，另外一台作为为相关人员提供培训管理的培训工作站。通过通信服务器（１６串行口），实现了调度中心、监控系统以及电力系统调度计算机之间的通信。并且通信服务器还实现了和水电站的 ＭＩＳ管理系统、打印机以及其他设备的联结。
2.2.2 现地控制单元硬件设计
（１）监控单元：通过现地控制单元，实现了对水电站所有设备的自动化监控。在进行本水电站综合自动化监控系统设计过程中，设计现地控制单元共计包含 ３ 个机组现地控制单元、１个升压站现地控制单元、１个公用现地控制单元以及１个枢纽现地控制单元。
（２）保护单元：在对水电站的发电机组进行保护时，主要采用的 保 护 原 则 是 “双 主 单 后，主 后 备 保 护 分 开”。相关的保护设备运行方式为双电源和双 ＣＰＵ。通过保护装置的一个 ＣＰＵ 对水电站的发电机组起到主要的保护功能，另外一个 ＣＰＵ 则起到后备保护的作用。两者相互独立，且电源分开供电，可以实现独立工作，从而确保一组 ＣＰＵ 发生故障时，另外一组也能对发电机组起到保护作用，达到了双重保护的目的。对于主变压器，在设置保护单元时，主要采用 ＷＢＨ－８１５型微机保护器作为主变压器的主要保护装置，ＷＢＨ－８２２型微机变压器作为其非电量保护装置。采用跳闸矩阵的方式设计保护出口，这样可以实现对１５路非电量进行保护，如图２所示。
通过设置微机线路保护测控装置实现对１０ｋＶ 线路保护作用，它可以有效地对中低压线路进行保护和测控。其中含有两段过流保护功能的综合保护测控是 ＷＸＸＨ－８２１，三段过流保护功能的综合保护测控是 ＷＸＸＨ－８２２。
2.3 软件设计
基于计算机的操作系统对水电站的监控系统应用软件进行设计，主要是采用智能扩展卡实现相关数据的采集功能，提升系统的可扩展性，方便后期的维护和检修工作。相关技术人员通过工作站，就可以实现相关参数的０１１设置、操作控制以及打印指标等功能。水电站的运行人员则可以借助计算机软件的画面显示功能，对计算机进行控制。其主要实现的功能体现在以下几个方面：
（1）可以实现水电站综合自动化监控系统运行过程中，所需要的基本应用功能。
（2）实 现 对 水 电 站 相 关 设 备 的 监 控，相 关 数 据 的 采集、数据库更新、报警显示以及报警系统的运行等功能。
（3）借助现场控制单元对水电站的相关事件进行记录，如果事件的状态或者输入模拟量发生变化时，可以借助软件系统发出相关的数字字母事件报告。
（4）如果出现了模拟量超过限定数值或者报警状态产生变化 时，可 以 通 过 现 场 控 制 单 元 发 出 相 关 的 报 警信息。
（5））可以为相关工作者提供趋势分析的功能，对水电站运行过程中出现的变量变化提供数据分析依据。
（6）具有自动发电控制功能，可以通过软件系统实现对发电机组的控制。此外，还具备自动电压控制功能，可以对１１０ｋＶ 的母线电压进行系统的调整。
（7）通过软件系统，实现了综 合 自 动 化 监 控 系 统 相关设备之间的通信功能。实现了监控系统、励磁系统及调速器系统之间的数据和信息交换。软件系统的配置如图３所示。
3、结语
综上所述，水电站是一个复杂的系统工程，在运行过程中，引入综合自动化系统，可以有效提升水电站的运行效率，降低相关工作人员的工作量，避免一些人为失误的出现，确保了水电站的正常运行。因此，相关企业和个人应当加强对水电站综合自动化监控系统的了解，加强水电站的自动化和智能化建设，推动我国电力事业的可持续发展。
【参考文献】
[1]董海. 小型水电站综合自动化系统设计[D].河北科技大学,2017.
[2]饶志波. 基于网络的小型水电站计算机监控系统设计与研究[D].重庆大学,2012.
[3]杨兵. 九甸峡水电站综合自动化系统设计[D].西安理工大学,2008.
论文作者:宁红兵
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第04期
论文发表时间:2019/7/9
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