【摘要】现如今，水电站发展迅速，随着科学技术的发展，以计算机监控为基础的综合自动化系统被逐渐应用于水电站建设中。对此，本文首先介绍了小型水电站自动化系统设计原则，然后以袁家坝水电站为研究对象，对袁家坝水电站自动化系统结构及其设计方案进行了详细探究，以期为类似工程提供借鉴。
【关键词】袁家坝水电站；综合自动化系统；应用
1、引言
在小型水电站工程建设中采用先进的综合自动化监控系统，不仅有利于节约水电站工程运行成本，而且还能够有效减少工人劳动量，是水电站自身生产和发展的需要。因此，对水电站综合自动化系统结构以及具体的设计方案进行深入研究意义重大。
2、综合自动化监控系统设计概述
2.1 小型水电站特点
与大型以及中型水电站系统设计不同的是，在进行小型水电站监控系统设计过程中，需要充分考虑小型水电站实际情况，设计符合实际需要的监控系统。小型水电站的特点主要体现在以下五个方面：投资建设成本低、电压变化较大、实际运行方式变化较大、技术水平较低、日常维护以及技术更新费用少。
2.2 小型水电站自动化系统设计原则
综合考虑上文所提小型水电站特点，在进行小型水电站自动化系统设计过程中，应该注意性价比高、技术水平高、可靠性高、自动化水平高等。在小型水电站设计建设过程中，资金因素至关重要，因此，在小型水电站自动化监控系统的设计过程中，首先需要考虑经济因素，以最少的资金投入达到最高的设计水平。另外，要求小型水电站自动化系统的技术水平比较高，小型水电站工程是民生工程，其实际运行效果与人们的日常生活密切相关，因此，小型水电站设计建设必须符合农村发展需要，尽量采用先进的自动化智能化设备，提升小型水电站的运行可靠性。除此以外，要求小型水电站自动化系统能够具备完整的控制功能，对此，必须增加资金投入，在有限的资金投入的基础上，尽量采用先进的、完善的系统控制功能。
3、袁家坝水电站概况
袁家坝水电站地处毕节地区纳雍县境内，乌江干流北源六冲河右岸一级支流鼠仲河河上，为鼠仲河上已建的一座小型水电站。
袁家坝水电站坝址以上集雨面积162.0km2，多年平均流量3.47m3/s，前池正常水位1265.5m，装机容量5.0MW。
原袁家坝水电站渠道承担着袁家坝、胡家坝300亩的灌溉任务。所以，本次改扩建后的袁家坝水电站渠道也考虑原灌面的灌溉，袁家坝水电站的开发任务为灌溉发电。
袁家坝水电站位于纳雍县寨乐乡境内，是毕节地区水力资源复查报告中推荐的梯级开发中的第一个梯级，在六冲河右岸一级支流鼠仲河上。坝址以上流域面积1162km2，多年平均流量3.47m3/s。电站装机5.0MW，可提供电量2450万kw·h。本工程项目静态总投资2280万元，单位千瓦投资6334元/kw，单位电度投资1.44元/kw·h，技术经济指标较优，开发条件较好。
袁家坝水电站建成后并入纳雍地方电网，主要供电区为纳雍县，袁家坝水电站电站的改扩建，不仅有利于促进鼠仲河的水能开发，也是鼠仲河水能资源开发的必然选择，而且对于实现纳雍县确定的总体目标：围绕资源优势，依托科技进步和体制创新做大做强煤电产业起到重要的促进作用，对该区人民尽快脱贫致富奔小康，发展地方经济，提高该区生产力水平有较大的作用。因此，袁家坝水电站的改扩建地方经济发展的需要。
4、贵州袁家坝水电站自动化系统技术配置方案
4.1 系统结构功能及设计方案简述
该水电站自动化系统采用分层分布全开放式微机自动化控制系统，整个系统由站级控制层和现地控制层（LCU层）构成，电站控制级包括一台操作员工作站，实现全站的监测、控制和人机对话以及数据远方传送处理。现地控制级包括2套机组LCU（现地控制单元）系统、1套公用LCU系统以及微机保护系统等，实现对各生产对象的监控。
机组部分由机组电气保护装置、机组控制装置（可编程控制器PLC）、电量和非电量测控装置（包括机组温度、转速、油压、气压、水压）、同期装置及其他附件组成。
公用系统由公用设备保护装置（主变保护装置、线路保护装置）、公用设备控制装置（PLC）、公用设备电量和的非电量测控装置、同期装置及其他附件组成。同期系统采用微机自动准同期装置，具有可靠性高、并网速度快等优点。励磁装置和调速器可通过通信接口直接与相应的LCU系统进行通信，接入水电站综合自动化系统。
微机保护系统包括发电机保护、变压器保护、线路保护及厂用变保护等，各保护装置与操作员工作站进行通讯，完成对于整个系统的微机继电保护。
4.2 水电站综合自动化系统结构
袁家坝水电站采用全分布开放式网络控制系统。系统分两层：站级控制层以及现地控制单元层。继电保护系统采用RS485串行通讯方式，直接与站控层连接通讯。两层之间监控系统采用光纤通信，实现较高的传输速率和良好的抗电磁干扰能力。
4.3 水電站硬件配置
站控层配置一台操作员工作站、网络设备、语音报警装置、中文打印机、UPS电源等配套设备。
4.4 水电站控制级功能
4.4.1 数据采集与处理
系统应对电站主要设备的运行状态和运行参数自动定时进行采集，并作必要的预处理，存于实时数据库，供计算机系统实现画面显示、制表打印及完成各种计算、控制等功能时使用。
4.4.2 安全运行监视
安全运行监视包括状态变化监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。安全监视是计算机监控系统的重要功能之一，计算机系统实时监视电站各类设备的运行状态和参数，当它们发生异常、运行状态发生变更或参数超越设定限值时，计算机系统及时报告值班运行人员进行处理，同时进行实时记录，以便分析查验。值班运行人员可通过设在中控室的监控系统人机接口设备，监视全厂各站的生产过程和设备运行情况，显示和打印各种运行参数及记录区。
4.4.3 控制调节
监控系统根据预定的原则及运行人员实时输入的命令进行机组正常启动与停机、断路器跳合、隔离开关分合等顺序控制操作。同时，监控系统可由运行人员或远方调度的给定值或增减命令进行机组出力的手动或自动调节。
4.4.4 自动发电控制（AGC）
本系统能完成各台机组运行工况转换时的协调工作，确保电力系统和机组所受干扰最少。如：机组手动/自动运行的无干扰切换。机组成组/单机运行时无干扰切换，机组故障需转换负荷停机的自动处理及机组事故停机的紧急处理等。
另外，监控系统还能实现电站的自动发电控制和经济运行，且有按频率启动机组等功能。
4.4.5 自动电压控制（AVC）
按照电力系统要求，维护母线电压实时定值，实现各台机组间无功功率按比例分配，开环运行时只提出指导性的数据显示于CRT上，供运行人员操作参考，闭环运行时，信号直接作用于机组励磁。
4.4.6 运行人员操作台控制
运行人员通过监控系统的人机接口，进行机组工况转换控制，有功功率和无功功率调整，断路器分合操作，报警手动复归，机组负荷、各轴承温度、变压器油温、定子线圈温度等限值的实时设定等。通过运行人员操作台完成上述控制调节，监控系统根据被控设备的工作条件，对整个过程提供安全保护措施和完善的闭锁。监控系统具有的硬件、软件保证了处理某一控制级控制下其他控制的命令无效。机旁控制盘上的紧急停机操作、机械和电气保护和自动装置发出的停机命令具有更高的优先权，不因监控系统控制权的设置而被闭锁。
4.4.7 综合参数统计、计算与分析
计算机监控系统根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算分析，形成各种计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对电厂设备的运行进行全面监视与综合管理。
4.4.8 打印记录
定时与召唤打印记录：分别按时、日、月时间段和召唤要求，打印运行记录报表。打印记录是计算机监控系统的一项基本功能。计算机系统根据要求，将数据由数据库取出，存入相应的报表数据区。
4.4.9 屏幕显示
中央控制室工作站可实时操作、实时显示厂内主系统的运行狀态、主设备的操作变化过程、事故和故障以及有关参数。事故画面具有事故自动推出和最高的优先权（采用多窗口技术）。
4.4.10 事故处理指导和恢复操作指导
监控系统在设备出现故障征兆或发生故障时，提供事故处理和恢复正常运行的指导性意见，对象包括发变组、计算机监控系统、厂用电、35kV出线系统等。
4.4.11 数据通信
（1）监控系统通过通信工作站与上级调度实现实时数据通信。监控系统还能与水情测报系统、电力系统继电保护及安全自动装置实现实时数据通信。
（2）监控系统与微机五防系统间的通信
（3）监控系统与现地各辅助智能设备间的通信。
（4）监控系统设备间信息交换采用以太网网络结构的数据高速公路。
4.4.12 监控系统时钟同步
监控系统具有时钟同步能力，使系统时钟与卫星时钟同步。
4.5 袁家坝水电站系统软件配置
计算机监控系统软件包括四大部分，即计算机系统软件、基本软件、应用软件以及工具软件。系统软件用以提供监控系统其它软件运行的环境，用户软件的开发手段，如用户程序的编辑、编译、连接、任务的插入、运行、退出等。基本软件是实现监控系统基本监控功能所必须的软件，如数据采集，数据处理，数据库管理，图形显示，报表生成，语音报警等软件。应用软件是实现生产过程操作或控制功能的软件，本系统配置的应用软件为北海银河高科技产业股份有限公司自主研发设计的YH-5000水电站监控管理系统，包含数据库管理，图形工具等工具软件。
5、结语
综上所述，水电站综合自动化系统是一种机组一体化结构，在水电站综合自动化系统的设计过程中，必须综合考虑水电站的技术特征，结合实际情况，坚持经济性、技术性原则，选择符合水电站自身发展需要的综合自动化系统，这样才能够有效提高生产效率，减少劳动成本，提高电能质量。
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作者简介：刘琼 男 1965 汉 工程师 中专 贵州盘县 主要从事机电方面工作。