摘要：由于我国电力系统生产多元化的作业模式不断发展，传统机组系统不能满足需求，因此对电气自动化在水电站中的应用提出了更高要求。以小型水电站综合自动化装置为例，对现阶段综合自动化在最新技术进行分析，并研究了综合自动化系统在小型水电站中应用的发展前景进行预测，并提出一系列行之有效的综合自动化改造方案，以提高小型水电站的发电效率。
关键词：小型水电站；综合自动化；系统改造
目前综合自动化装置为多数小型水电站的平稳运行做出了突出贡献，并大大提高了水电站的发电效率，生产力的发展对水电站的自动化装置提出了更智能、更高效的要求。因此水电站的生产应与科技发展紧密结合，积极通过通信技术、计算机远程监控技术以及PLC技术等实现综合自动化的技术改造。本文对现阶段小型水电站中自动化装置的主要技术及发展方向进行探索，并以此为依据提出相关改革方案，使自动化装置的远程调控机组运行、实时监控、装置停开机以及电网调度等功能更完善。
一、当前小型水电站综合自动化系统的先进技术
1.1水电站监控技术的通信方式
目前水电站计算机监控系统的通信方式主要有三大类：一是串行通信方式，这种通信方式一般用RS-485和RS-232C两种；二是现场总线控制系统的通信方式，一般也称为FCS控制系统；三是工业以太网的通讯方式，这种通信方式与以太网比较相近，以下将对折三种通信方式进行进一步分析。
1.1.1串行通信方式
这种通信方式是以比特为单位进行数据收发的，与一次性可接受或发出多个比特单位信息的并行通信有所不同，每次收发只能是一个比特，也就是人们常说的USB方式，一般分RS-485和RS-232C两种，两者之间的主要区别通过表1.1.1-1表示。
表1.1.1-1：
由上表可知，两者在通信方式上有着巨大差别，因此在水电站计算机监控中应用时应注意到两种通信方式的区别，根据不同特点选择最合适的方式。由于RS-232C只能进行一对一的接口方式，而在上位工控机中有两个通讯接口，也就是说直接使用RS-232C这种通信方式不能满足对单元的控制。因此，相关人员要注意在上位工控机上增加一个RS-232C借口，只有这样才能与单元对应起来，更好地实现对单元的控制需要。而仅仅由以上两种构成的通信设备是单一的、不能进行交流的，要想构成一个互相连通的设备网络还需要PC中转并通过RS-458做介质，才能使RS-458互通网络，应用在小型水电站中可以极大降低生产成本，使通信网络更稳定、可靠。[1]
1.1.2 工业以太网通信方式
与以太网的区别是在技术上增加了工业特点，使以太网更能适应工业用的需要，一般应用在水电站计算机监控设备的间隔层和站控层。这种通信设备最大的优点是当其中一个设备出现问题时不会影响到其他设备的正常运行，更不会出现子设备故障导致整个网络瘫痪的现象。原因是在兼容的老设备由非以太网接口按照相关规定转化为以太网接口的过程中，原来设备中的任务会分布到其他各个子设备中，由子设备各自完成，因此通过工业以太网的通信方式能使水电站的通信更安全、稳定。
1.1.3现场总线控制的通信方式
这种通信方式是将自动化系统与现场智能设备连接起来的重要媒介，其主要特点是：双向传播、有多个借口分支和数字式。只有通过现场总线控制的通信方式才能将通过自动化系统的传感器和遥控器与现场设备连接起来，从而实现自动化系统对水电厂设备的监控和智能控制。
1.2可编程序控制器（PLC）
PLC的优点是体积小、编程简单、可靠性强、维修方便且适用性强，因此被广泛应用于小型水电站的综合自动化系统中。但同时小型水电站在应用此项技术时也该注意以下几点：一是为保证系统的通用性，同一个水电站应尽量保证使用同一个可编程序控制器，尤其是小型水电站更应如此；二是选择最合适的PLC的输出单元和输入单元，并保证每个单元都有一定的余量；三是注意无论是硬件系统还是软件系统，都应设置抗干扰器；四是注意控制器内的电池电量，防止因电量不足导致通信过程被干扰。
二、小型水电站综合自动化系统的改造方向
一是向专用型方向发展，从目前情况看多数小型水电站的自动化模式为集成型，这种模式对设备接口的要求较高，在实际使用过程中有些设备的功能重复，不仅造成了设备投资的浪费，还将低了通信设备的运行效率，无论是监控过程还是维修过程都无比复杂。目前我国一部分小型水电站已注意到这一点，部分水电站已经完成或正在处于由集成型箱专用型模式的转变过程。
二是大量使用现场总线通信技术，通过以上分析不难发现，现场总线技术的优点多，能够将自动化监控设备与现场设备相连，不仅能够大量减少硬件设施的成本，还会使调试和安装过程更简单方便。通过减少故障停机的时间，使通信系统更安全可靠。如果这种通信技术能够在小型水电站中广泛应用，将会使综合自动化系统走上更高的台阶。[2]
三、小型水电站综合自动化系统的改造计划
3.1以监控职能为主，控制智能为辅
对水电站的综合自动化系统进行改造要考虑到小型水电站的实际发展状况，根据目前先进计算机及通讯技术综合考虑改造方案。由于安全、实用且性价比高是小型水电站的运行原则，因此，在改造方案的选择上应综合考虑到自动化系统的安全性、可靠性和实用性。在功能选择上用突出系统的监控功能，选择性的对控制功能进行改造，并在改造过程中重视监控和控制功能的互相协调，最终实现减少值班人员数量、提高自动化系统运行效率的目的。
3.2使监控系统更加可靠
一是保证监控系统的可靠性，通过应用分层式和分布式的自动化系统，尤其是上文提出的工业以太网的通信模式，通过子设备对任务进行分散完成。上位机工控机对现场控制单元进行调控，当设备出现故障时，这种独立运行的模式不会使故障影响到整个系统的运行。二是保证系统硬件的可靠性，在选择设备时要注重选择高品质的硬件设备，在系统硬件中采用先进的吸收电路和隔离技术，并做好防雷措施，防止因自然灾害造成的风险。三是提高系统软件的可靠性，要在系统软件中加入容错设计和自动检测设备，当出现故障是能够通过软件系统中的自动检测设备及时发现并修复。[3]
小型水电站的综合自动化系统虽处于高速发展阶段，但仍需通过改造对其进行进一步完善，本文给出了部分改造方案，以期通过本文的分析对我国小型水电站的发展起到推动作用。
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]许珍玲.小水电站机组综合自动化系统改造[J].山东工业技术,2016(09):292.
[3]李雄武.小型水电站综合自动化系统的设计与实现[J].工业控制计算机,2013,26(12):76-77+82.
论文作者:郑松
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/7
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