摘要：水电站是一个比较复杂的工程，其系统繁多，使用传统系统时通常需要较多的运行及管理人员，但是使用综合自动化系统后，运行及管理人员不仅得到有效减少，而且还能使电力系统的工作效率得到一定程度的提高，此外，电力系统自动化还具有减少人为失误，提高设备完好率的优点。因此，它能在一定程度上使系统的运行安全及电能质量得到有效保证，从而使电力企业的经济效益得到有效提高。鉴于此，本文主要分析水电站综合自动化系统设计及应用。
关键词：水电站；综合自动化；设计
1、水电站综合自动化监控系统的现状
20世纪20年代，美国等欧美国家的水电站建设中就已经出现了水电自动化。发展到了40年代就开始在水电运行方面增加中控室和机组旁边值班的方式；到50年代，无人值班开始实现，开始由上级调度遥控。计算机技术的发展也使得水电站自动化监控系统进入发展阶段。自动化监控将是今后水电自动化发展的方向。
我国的水电站自动化监控系统的发展跟欧美国家比还是有很大的差距。但是随着国家电力改革的推进，水资源作为清洁的可再生的能源开始被重视，水电行业开始发挥重要作用。“无人值班，少人值守”也成为了我国新时期的水电站发展目标。我国的水电站自动化监控系统也开始进入快速发展时期。在“十五”规划期间，我国进行了小型水电站的现代化建设，完成超过一半的电网功能升级改造。拥有高度自动化程度的、安全可靠的性能的自动化监控系统成为发展趋势。
水电站自动化监控系统有很大的优势，对于小水电运行可以有效地提高水电站和现场设备的可靠性，准确性的运作效率，提高电能质量，减少工作岗位上工作人员的工作量。
2、水电站综合自动化系统设计
1)水电站综合自动化系统提供全面冗余机制。①主处理器（CPU）装置互为冗余。CPU上电后自动检测是否有主机存在，如果有则切为备机，建立与主机的同步。当同步建立后，如果主机失电或故障则自动将控制权移交从机，原从机升级为主机，继续原主机切换前的工作状态。故障控制器恢复时，不再主从切换，除非出现主机故障。②可编程控制器（PLC）之间同步网络冗余。同步A网故障时，会自动切换到B网。故障网络恢复时不切换。当A/B同步网络同时失去时,简报窗口报网络故障。③HMI监控网络冗余。每个控制器自身集成两个上位机百兆网口，监控后台自动侦测控制器监控A网和B网的状态，如果当前网络存在故障，则自动切换到另外一条网络。故障网络恢复时不切换。④人机接口冗余。主机可设置为多节点互为备用，值班节点故障，备用节点自动切换为值班状态。⑤电源冗余。下位机除了配置交直流双供电，CPU和IO单元均为双电源配置。
⑥ 对时冗余。对时装置配置两台主时钟，互为备用，两套主时钟同时接收GPS和北斗卫星时间信号，当主时钟同时正常接收GPS和北斗卫星信号时，以北斗卫星时间为基准，GPS时间信号作为后备，北斗卫星出现故障时，自动切换GPS时间。
2)IO卡件支持热插拔。任何一块卡件故障，现场需要更换卡件时，支持带电热插拔，无需设置卡件地址，CPU会自动识别。更换过程无需断电，全部在线完成，简单、快捷、安全。
3)专业的上位机高级应用软件。上位机采用高性能服务器和安全可靠的UNIX系统，依托面向对象的设计思路，以现地控制单元为单位进行数据建模组态，包括系统配置、I/O组态、对象组态、流程组态、历史库组态。系统拥有丰富的图形界面，强大的应用功能，智能的报警处理和直观的图形操作，支持进程诊断、历史一览表查询、历史报表查询、曲线查询、数据库编辑、画面编辑、实时数据监视、控制操作与负荷调节、AGC/AVC控制、语音报警、Web浏览。拥有安全、稳定、包容性强的特点，支持各种国际标准接口进行数据交互，如JDBC、ODBC、TCP/IP等，有效数据交流；为保安全支持防火墙配置，满足二次安防要求；采取多用户访问权限，建立用户权限管理，根据不同的用户，配置不同的权限，同时对象操作时要求二次确认和口令确认，从而减少值班人员的误操作。
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3、水电站综合自动化系统应用
3.1水电站自动监控系统
（1）中心控制台
打印机、显示器以及磁盘驱动器是控制台常见的外围设备，而通信设备及电子计算机等则是其设备中的重要组成部分。其主要作用是对全厂主要机电设备进行控制，对所有机电设备进行全面监视，对电站生产管理的数据采集、处理、归档、历史数据的形成、网络数据拷贝。中心控制台具有功能多、控制灵活、兼容性强等优势，根据实际需要，与当地调度或者集控中心建立104连接，接到上级操作指令时对对象进行操作。
（2）现地控制单元（LCU）
现地控制单元由PLC包括（CPU、IO模块）、触摸屏、继电器等设备组成，实现接收机组、断路器和闸门的各项数据进行有效监测以及对对象的控制开出。电站各发电机组配置一套LCU，LCU直接监控被监控设备，即可以作为中控台控制的现地终端，也可以作为独立装置运行，其优先级高于上位机。
（3）信息传输通道
通过信息传输通道，可把中心控制台和LCU间、LCU和LCU间进行有效连接。采用100M的以太网光纤，确保数据的有效传输；中心控制台与地方调度和集控中心的通讯、LCU与其它设备如励磁装置、保护装置等通讯采用有确定性规约的远程通讯，确保在远程数据和本地数据同步更新。监控系统实时监控中，其工作状况、通信状态等都要保证可以正常运行。而且微机综合自动化还具备故障报警记录功能，通过其周期性的故障信号扫描，如果有故障发生系统就会产生响应并进行处理。其中故障的发生时间、动作设备器件名称、事故内容等都会被系统记录下来，并对故障报警语句进行显示，发出声光报警信号，排列故障发生的先后顺序，在数据库中直接将形成的故障记录存入。
3.2水力机组自我保护系统
（1）紧急事故保护
机组在日常运行中，速度大于140％n（出现于甩全负载飞车）或在事故停机过程中出现剪断销被剪现象时，紧急事故停机电磁阀操作接力器就会及时把导叶关闭，以使机组在停机后处于静止状态，把事故处理后，才会再次开机。
（2）一般事故保护
机组在运行过程中，出现以下现象时，出于自我保护，也会进行事故停机，把事故处理后，才能再次开机。1）发电机差动保护动作，横联差动保护是对定子绕组一相匝间进行短路保护，而纵联差动保护则是对定子绕组及其引出线的相间进行短路保护，二者均是对发电机内部短路故障的反映。2）调相解列保护。为了有效避免在调相在运行过程中因解列而导致机组在出现断电现象后运行速度在80％n以下，而推力瓦出现烧坏、推力油膜变薄现象，则需要进行事故停机。3）当机组运行速度在110％n以上时，过速限制器就会产生动作。
总之，近十几年来，随着社会的不断发展与进步，先进的计算机网络技术和人们的生产生活有着越来越密切的联系，把其应用在水电站的综合自动化系统中，不仅可使运行管理人员得到一定程度的减少，而且还能在很大程度上为电力企业节约经营成本。因此，本文的研究也就显得势必分的有意义。
参考文献
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论文作者:王珍珍,刘美琴
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：水电站论文; 故障论文; 自动化系统论文; 监控系统论文; 冗余论文; 机组论文; 组态论文; 《基层建设》2018年第28期论文;