水電站的自動化系統(tǒng)
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民群眾物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，社會對電力的需求日益增強(qiáng)，對電能質(zhì)量的要求也越來越高。我國電力行業(yè)長期存在自動化水平低下，難以滿足社會對高質(zhì)量電能的要求，為了提高電能質(zhì)量和發(fā)電效率，需對老式水電站中以常規(guī)控制、人工操作為主的控制模式進(jìn)行以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的綜合自動化改造；對新建水電站應(yīng)按綜合自動化要求進(jìn)行設(shè)計(jì)并實(shí)施，使水電站逐步實(shí)現(xiàn)少人值班，最終達(dá)到無人值班(或少人值守)的目標(biāo)。
水電站大多地處偏僻山區(qū)，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，職工長期生活在較差的環(huán)境之中。對水電站進(jìn)行綜合自動化改造的另一個目的就是為了改善廣大水電職工的工作和生活環(huán)境，用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來代替人工操作及定時巡回檢查、記錄等繁雜勞動，實(shí)現(xiàn)無人值班(或少人值守)。
根據(jù)國家電力體制改革的要求，實(shí)現(xiàn)“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”后，水電站如果沒有綜合自動化系統(tǒng)，而是依靠傳統(tǒng)的人工操作控制，將難以滿足市場競爭的需要。不了解實(shí)時行情，參與競價(jià)將非常困難。即使?fàn)幦〉搅税l(fā)電上網(wǎng)的機(jī)會，又因設(shè)備陳舊落后而不能可靠運(yùn)行，既影響電網(wǎng)供電，又使自身效益受損，最終也失去了好不容易才爭取到的發(fā)電機(jī)遇。所以，電力體制改革也促使我們要實(shí)現(xiàn)綜合自動化。
令人欣慰的是，近年來隨著我國電力科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)監(jiān)控水平的不斷提高，許多新建水電站都設(shè)計(jì)了以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為主的高性能的綜合自動化系統(tǒng)，一些老式水電站也逐步進(jìn)行了以實(shí)現(xiàn)綜合自動化為目標(biāo)的改造，并都取得了很好的效果。
2.自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介
水電站的綜合自動化是建立在以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)之上的，對整個電站(甚至梯級電站或整個流域)從水文測報(bào)；機(jī)組啟、停控制，工況監(jiān)視；輔助、公用設(shè)備的啟、?？刂?，工況監(jiān)視；負(fù)荷的分配，直到輸電線路運(yùn)行全過程的自動控制，并能準(zhǔn)確地與上一級調(diào)度部門進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)通信等全方位自動監(jiān)測的控制系統(tǒng)。一般包括5個子系統(tǒng)。
2.1計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
2.1.1概述
這部分是綜合自動化系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。根據(jù)計(jì)算機(jī)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用及其與常規(guī)監(jiān)控設(shè)備的關(guān)系，一般有以下三種模式：
?。?） 以常規(guī)控制設(shè)備為主，計(jì)算機(jī)為輔；
?。?） 以計(jì)算機(jī)為主，常規(guī)控制設(shè)備為輔；
（3） 取消常規(guī)控制設(shè)備的全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
根據(jù)水電站的裝機(jī)容量大小、在電網(wǎng)中的作用和各自的具體情況可分別選用不同模式的監(jiān)控系統(tǒng)。一般新建電站和具備條件(資金、技術(shù)和發(fā)電許可等條件)的電站適合選擇第三種模式，以便達(dá)到一步到位的目的。對于受其它條件限制的老式水電站的改造，可分別考慮第一、第二兩種模式作為過渡。這其中各種模式針對各自電站的具體情況，在設(shè)計(jì)時也略有不同。
2.1.2實(shí)例
值得說明的是，隨著多媒體技術(shù)在水電站的應(yīng)用，語音、動畫、可視化、視像功能也用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)多媒體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，解決好與監(jiān)控系統(tǒng)的連接問題。
2.1.3計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能
梯級電站中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備遙測、遙控、遙信、遙調(diào)(即“四遙”)的功能。
2.2工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)
工業(yè)電視系統(tǒng)是現(xiàn)代化管理、監(jiān)視的重要手段，它的主要用途是及時而真實(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)被監(jiān)控對象的實(shí)際信息，從而為決策提供依據(jù)。
水電站的監(jiān)控人員借助于工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的輔助監(jiān)視作用，親眼見到了實(shí)況，就能放心地對設(shè)備進(jìn)行控制操作，能大大提高設(shè)備遠(yuǎn)方操作的安全性及生產(chǎn)管理效率和自動化水平。并在一定程度上起到安全保衛(wèi)的作用。
一般水電站工業(yè)電視系統(tǒng)不與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)前端設(shè)備獲取的信息經(jīng)本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳送到主控室或分控室主機(jī)；在梯級水電站，各站的信息經(jīng)獨(dú)立于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信通道分別由各水電站傳送到梯調(diào)中心。若工業(yè)電視系統(tǒng)結(jié)合于實(shí)時計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并由實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)傳送信息到梯調(diào)中心，有可能對監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生影響或干擾，不利于安全運(yùn)行。另一方面是由于傳輸速率不同，工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)要求的傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，為達(dá)到傳輸要求必將大大增加投資。
工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)獨(dú)立于實(shí)時計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還有利于電站分期實(shí)施，水電站可先實(shí)施計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以后再做工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)。
2.3消防監(jiān)控系統(tǒng)
通過設(shè)置在主、副廠房、主變區(qū)、各主要機(jī)電設(shè)備的重要部位、油庫、主要建筑設(shè)施等場所的探測器，消防系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對水電站主要場所進(jìn)行24h不間斷的火情監(jiān)測。當(dāng)探測器(感煙、感溫、紅外火焰、紫外、纜式感溫探測器)檢測到有火情時，通過系統(tǒng)總線，自動向中央控制室的集中報(bào)警控制器報(bào)警。集中報(bào)警控制器在接收到報(bào)警后，經(jīng)過信息處理，在報(bào)警控制器上以數(shù)碼顯示方式顯示出火災(zāi)的部位，并通過串行通信接口，在水電站消防計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)的crt上，自動顯示出火災(zāi)的部位編號及該層的平面布置圖，提示出火災(zāi)的處理措施，同時根據(jù)火情發(fā)生的部位，經(jīng)確認(rèn)及延時后，自動或手動對該部位及相關(guān)部位的防火排煙設(shè)備、滅火設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制，實(shí)施滅火等措施。所有的火情信息由水電站消防計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)經(jīng)信息處理后送至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用異步通信方式實(shí)現(xiàn)通信。系統(tǒng)的構(gòu)成如此所示。
另外還要求消防系統(tǒng)同時能實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)、防火排煙設(shè)備、二氧化碳滅火系統(tǒng)以及水噴霧滅火系統(tǒng)的控制。
2.4基礎(chǔ)自動化元件及自動裝置
2.4.1自動裝置
自動裝置是獨(dú)立于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之外，能單獨(dú)發(fā)揮作用，對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行自動控制和調(diào)節(jié)的裝置或回路的邏輯組合。在水電站綜合自動化系統(tǒng)中，必須要有快速、靈敏、安全、穩(wěn)定、可靠的自動控制設(shè)備與計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備相配套，才能取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)與水機(jī)調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)型繼電保護(hù)裝置及其它自動裝置接口。
2.4.2基礎(chǔ)自動化元件
基礎(chǔ)自動化元件是監(jiān)視水電站主、輔設(shè)備運(yùn)行工況、判斷和處理異常狀態(tài)、執(zhí)行控制操作的耳目和手腳，其運(yùn)行狀況直接影響著機(jī)組及輔助設(shè)備的自動控制和安全保護(hù)性能。一般應(yīng)以國產(chǎn)為主，進(jìn)口為輔的原則進(jìn)行配置、選型。
2.5水文自動測報(bào)系統(tǒng)
我國多數(shù)水電站兼有防洪、灌溉等任務(wù)，在水庫調(diào)度工作中，不僅要搞好水庫的發(fā)電經(jīng)濟(jì)調(diào)度，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，同時還要及時、正確地掌握水情、汛情，搞好防洪渡汛工作。水文自動測報(bào)系統(tǒng)一方面要及時、準(zhǔn)確、快捷地采集水情，另一方面還要通過計(jì)算機(jī)在較短的時間內(nèi)作出洪水預(yù)報(bào)。該系統(tǒng)對水電站的防洪、排沙、發(fā)電、調(diào)峰、調(diào)頻、灌溉、航運(yùn)、漂木等均有十分重要的意義。
水文自動測報(bào)系統(tǒng)按規(guī)模和性質(zhì)的不同可分為水文自動測報(bào)基本系統(tǒng)和水文自動測報(bào)網(wǎng)。水文自動測報(bào)基本系統(tǒng)由中心站(包括監(jiān)測站)、遙測站、信道(包括中繼站)組成。水文自動測報(bào)網(wǎng)是通過計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口和各種信道，把若干個基本系統(tǒng)聯(lián)接起來，組成進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的自動測報(bào)網(wǎng)絡(luò)。
水文自動測報(bào)基本系統(tǒng)的功能框圖如此所示。
其通信方式一般有超短波通信、短波通信、衛(wèi)星通信等，可根據(jù)電站規(guī)模及當(dāng)?shù)貤l件選擇不同的通信方式。
3.結(jié)束語
我國具有得天獨(dú)厚的水能資源，其理論蘊(yùn)藏量為6.76億kw，年發(fā)電量59200億kw.h，技術(shù)可開發(fā)量為3.78億kw,居世界首位。逐漸加大開發(fā)力度，利用好豐富的水能資源，對于我國的現(xiàn)代化建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，具有十分重大的意義。
水電站實(shí)施綜合自動化系統(tǒng)，以達(dá)到“無人值班”(少人值守)的目標(biāo)，是水電站現(xiàn)代化管理的發(fā)展方向，是科技進(jìn)步的標(biāo)志，是我國電力管理部門對水電站現(xiàn)代化提出的要求，在電力體制改革后也是水電站自身生存和發(fā)展的需要。
在綜合自動化系統(tǒng)實(shí)施改造時，應(yīng)先從基礎(chǔ)自動化元件、自動裝置著手，先使手腳變得靈活，再對大腦進(jìn)行手術(shù)。一旦大腦改變，便形成一套完整的綜合自動化系統(tǒng)。即使在近期內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控，也能很好地實(shí)現(xiàn)
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