水电站综合自动化系统设计

水电站综合自动化系统设计[摘要]为了适应自动化发展和电力体制改革的需要，水电站综合自动化系统具有越来越重要的作用。建立以计算机监控系统为基础，包括水文测报、工业电视监视、消防计算机监控系统等的全方位自动监测控制系统，即为水电站综合自动化系统。[关键词]水电站综合自动化计算机监控工业电视监视消防监控水文自动测报1.水电站综合自动化系统的意义及应用随着我国国民经济的快速发展和人民群众物质文化生活水平的不断提高，社会对电力的需求日益增强，对电能质量的要求也越来越高。我国电力行业长期存在自动化水平低下，难以满足社会对高质量电能的要求，为了提高电能质量和发电效率，需对老式水电站中以常规控制、人工操作为主的控制模式进行以计算机监控系统为基础的综合自动化改造；对新建水电站应按综合自动化要求进行设计并实施，使水电站逐步实现少人值班，最终达到无人值班(或少人值守)的目标。水电站大多地处偏僻山区，远离城镇，职工长期生活在较差的环境之中。对水电站进行综合自动化改造的另一个目的就是为了改善广大水电职工的工作和生活环境，用计算机监控系统来代替人工操作及定时巡回检查、记录等繁杂劳动，实现无人值班(或少人值守)。根据国家电力体制改革的要求，实现“厂网分开，竞价上网”后，水电站如果没有综合自动化系统，而是依靠传统的人工操作控制，将难以满足市场竞争的需要。不了解实时行情，参与竞价将非常困难。即使争取到了发电上网的机会，又因设备陈旧落后而不能可靠运行，既影响电网供电，又使自身效益受损，最终也失去了好不容易才争取到的发电机遇。所以，电力体制改革也促使我们要实现综合自动化。令人欣慰的是，近年来随着我国电力科学技术的不断发展和计算机监控水平的不断提高，许多新建水电站都设计了以计算机监控系统为主的高性能的综合自动化系统，一些老式水电站也逐步进行了以实现综合自动化为目标的改造，并都取得了很好的效果。2.综合自动化系统设计简介水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上的，对整个电站(甚至梯级电站或整个流域)从水文测报；机组启、停控制，工况监视；辅助、公用设备的启、停控制，工况监视；负荷的分配，直到输电线路运行全过程的自动控制，并能准确地与上一级调度部门进行实时数据通信等全方位自动监测的控制系统。一般包括5个子系统。2.1计算机监控系统2.1.1概述这部分是综合自动化系统的核心和基础。根据计算机在水电站监控系统中的作用及其与常规监控设备的关系，一般有以下三种模式：（1）以常规控制设备为主，计算机为辅；（2）以计算机为主，常规控制设备为辅；（3）取消常规控制设备的全计算机监控系统。根据水电站的装机容量大小、在电网中的作用和各自的具体情况可分别选用不同模式的监控系统。一般新建电站和具备条件(资金、技术和发电许可等条件)的电站适合选择第三种模式，以便达到一步到位的目的。对于受其它条件限制的老式水电站的改造，可分别考虑第一、第二两种模式作为过渡。这其中各种模式针对各自电站的具体情况，在设计时也略有不同。2.1.2实例值得说明的是，随着多媒体技术在水电站的应用，语音、动画、可视化、视像功能也用于计算机监控系统。设计时应根据多媒体系统的结构，解决好与监控系统的连接问题。2.1.3计算机监控系统的主要功能梯级电站中心计算机监控系统应具备遥测、遥控、遥信、遥调(即“四遥”)的功能。2.2工业电视监视系统工业电视系统是现代化管理、监视的重要手段，它的主要用途是及时而真实准确地反应被监控对象的实际信息，从而为决策提供依据。水电站的监控人员借助于工业电视监控系统的辅助监视作用，亲眼见到了实况，就能放心地对设备进行控制操作，能大大提高设备远方操作的安全性及生产管理效率和自动化水平。并在一定程度上起到安全保卫的作用。一般水电站工业电视系统不与计算机监控系统结合，工业电视监视系统前端设备获取的信息经本系统网络传送到主控室或分控室主机；在梯级水电站，各站的信息经独立于计算机监控系统的通信通道分别由各水电站传送到梯调中心。若工业电视系统结合于实时计算机监控系统，并由实时监控系统传送信息到梯调中心，有可能对监控系统产生影响或干扰，不利于安全运行。另一方面是由于传输速率不同，工业电视监视系统要求的传输速率远远高于计算机监控系统，为达到传输要求必将大大增加投资。工业电视监视系统独立于实时计算机监控系统还有利于电站分期实施，水电站可先实施计算机监控系统，以后再做工业电视监视系统。2.3消防监控系统通过设置在主、副厂房、主变区、各主要机电设备的重要部位、油库、主要建筑设施等场所的探测器，消防系统能实现对水电站主要场所进行24h不间断的火情监测。当探测器(感烟、感温、红外火焰、紫外、缆式感温探测器)检测到有火情时，通过系统总线，自动向中央控制室的集中报警控制器报警。集中报警控制器在接收到报警后，经过信息处理，在报警控制器上以数码显示方式显示出火灾的部位，并通过串行通信接口，在水电站消防计算机监视系统的CRT上，自动显示出火灾的部位编号及该层的平面布置图，提示出火灾的处理措施，同时根据火情发生的部位，经确认及延时后，自动或手动对该部位及相关部位的防火排烟设备、灭火设备进行相应的控制，实施灭火等措施。所有的火情信息由水电站消防计算机监控系统主机经信息处理后送至计算机监控系统。该系统与计算机监控系统采用异步通信方式实现通信。系统的构成如图5所示。另外还要求消防系统同时能实现对通风、防火排烟设备、二氧化碳灭火系统以及水喷雾灭火系统的控制。2.4基础自动化元件及自动装置2.4.1自动装置自动装置是独立于计算机监控系统之外，能单独发挥作用，对相应设备进行自动控制和调节的装置或回路的逻辑组合。在水电站综合自动化系统中，必须要有快速、灵敏、安全、稳定、可靠的自动控制设备与计算机监控设备相配套，才能取得很好的经济效益。计算机监控系统应与水机调速器、励磁调节器、微机型继电保护装置及其它自动装置接口。2.4.2基础自动化元件基础自动化元件是监视水电站主、辅设备运行工况、判断和处理异常状态、执行控制操作的耳目和手脚，其运行状况直接影响着机组及辅助设备的自动控制和安全保护性能。一般应以国产为主，进口为辅的原则进行配置、选型。2.5水文自动测报系统我国多数水电站兼有防洪、灌溉等任务，在水库调度工作中，不仅要搞好水库的发电经济调度，创造经济效益，同时还要及时、正确地掌握水情、汛情，搞好防洪渡汛工作。水文自动测报系统一方面要及时、准确、快捷地采集水情，另一方面还要通过计算机在较短的时间内作出洪水预报。该系统对水电站的防洪、排沙、发电、调峰、调频、灌溉、航运、漂木等均有十分重要的意义。水文自动测报系统按规模和性质的不同可分为水文自动测报基本系统和水文自动测报网。水文自动测报基本系统由中心站(包括监测站)、遥测站、信道(包括中继站)组成。水文自动测报网是通过计算机的标准接口和各种信道，把若干个基本系统联接起来，组成进行数据交换的自动测报网络。水文自动测报基本系统的功能框图如图6示。其通信方式一般有超短波通信、短波通信、卫星通信等，可根据电站规模及当地条件选择不同的通信方式。3.结束语我国具有得天独厚的水能资源，其理论蕴藏量为6.76亿kW，年发电量59200亿kW.h，技术可开发量为3.78亿kW,居世界首位。逐渐加大开发力度，利用好丰富的水能资源，对于我国的现代化建设和可持续发展战略的实施，具有十分重大的意义。水电站实施综合自动化系统，以达到“无人值班”(少人值守)的目标，是水电站现代化管理的发展方向，是科技进步的标志，是我国电力管理部门对水电站现代化提出的要求，在电力体制改革后也是水电站自身生存和发展的需要。在综合自动化系统实施改造时，应先从基础自动化元件、自动装置着手，先使手脚变得灵活，再对大脑进行手术。一旦大脑改变，便形成一套完整的综合自动化系统。即使在近期内不能实现计算机监控，也能很好地实现小系统或常规方式的自动控制。对新建水电站，应以一步到位的方式设计并实施综合自动化系统，因水电站一般投资较大，这部分增加的投资在电站总投资中所占比例不大，但所起的作用和发挥的效益却是巨大的。水电站在考虑综合自动化系统时，应加强与其他水电站和科研单位间的信息交流，吸取国内外的先进经验，结合自身实际，因地制宜，力求实用，避免少走弯路，以提高水电站综合自动化系统的经济效益。同时应积极采用新技术、新工艺、新产品，为其可靠运行及其功能的正常发挥创造条件，进一步提高水电站的安全运行水平。