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水电站综合自动化系统设计及应用探讨

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【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。

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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６０ＭＷ，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２０ＭＷ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：

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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。

图1水电站综合自动化结构示意图

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ＨＰＺ８２０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。

图２主变压器保护配置示意图

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ＷＸＸ