編者按：根據(jù)杭汽科字[2018]第014號(hào)《關(guān)于開展2018年全國(guó)科普日暨杭州市第32屆科普宣傳周活動(dòng)的通知》精神，為進(jìn)一步提高員工科學(xué)素質(zhì)、傳播新時(shí)代新發(fā)展理念、弘揚(yáng)科學(xué)思想和科學(xué)精神以及普及科技助力美好生活的愿景。公司科協(xié)積極倡議各學(xué)組，以科普周為契機(jī)，結(jié)合公司實(shí)際，積極開展科普活動(dòng)。公司科協(xié)分會(huì)以《杭發(fā)報(bào)》、公司網(wǎng)站為載體，精選優(yōu)秀科普論文，結(jié)合企業(yè)實(shí)際和產(chǎn)品特點(diǎn)，進(jìn)行科普宣傳。

對(duì)水電站自動(dòng)化系統(tǒng)的淺析

我國(guó)電力行業(yè)長(zhǎng)期存在自動(dòng)化水平低下，難以滿足社會(huì)對(duì)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(duì)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(dòng)化改造；對(duì)新建水電站應(yīng)按綜合自動(dòng)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(wú)人值班(或少人值守)的目標(biāo)。

一、 概述

根據(jù)國(guó)家電力體制改革的要求，實(shí)現(xiàn)“廠網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”后，水電站如果沒(méi)有綜合自動(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。不了解實(shí)時(shí)行情，參與競(jìng)價(jià)將非常困難。即使?fàn)幦〉搅税l(fā)電上網(wǎng)的機(jī)會(huì)，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(zhēng)取到的發(fā)電機(jī)遇。同時(shí)水電站大多地處偏僻山區(qū)，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，職工長(zhǎng)期生活在較差的環(huán)境之中。所以，從電力體制改革和改善水電職工的工作和生活環(huán)境兩方面來(lái)講，都促使我們要實(shí)現(xiàn)水電站綜合自動(dòng)化。

近年來(lái)，隨著我國(guó)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(dòng)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(dòng)化為目標(biāo)的改造，并都取得了很好的效果。

二、簡(jiǎn)介

水電站的綜合自動(dòng)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(duì)整個(gè)電站(甚至梯級(jí)電站或整個(gè)流域)從水文測(cè)報(bào)；機(jī)組啟、?？刂?，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(guò)程的自動(dòng)控制，并能準(zhǔn)確地與上一級(jí)調(diào)度部門進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信等全方位自動(dòng)監(jiān)測(cè)的控制系統(tǒng)。一般包括5個(gè)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(dòng)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：

（1） 以常規(guī)控制設(shè)備為主，計(jì)算機(jī)為輔；

（2） 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(duì)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(guò)渡。這其中各種模式針對(duì)各自電站的具體情況，在設(shè)計(jì)時(shí)也略有不同。

2.1.2實(shí)例

值得說(shuō)明的是，隨著多媒體技術(shù)在水電站的應(yīng)用，語(yǔ)音、動(dòng)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(shí)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(wèn)題。

2.1.3計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

梯級(jí)電站中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備遙測(cè)、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(shí)而真實(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)被監(jiān)控對(duì)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(jiàn)到了實(shí)況，就能放心地對(duì)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(dòng)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(jí)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(shí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并由實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)傳送信息到梯調(diào)中心，有可能對(duì)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(shí)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(guò)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(kù)、主要建筑設(shè)施等場(chǎng)所的探測(cè)器，消防系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站主要場(chǎng)所進(jìn)行24h不間斷的火情監(jiān)測(cè)。當(dāng)探測(cè)器(感煙、感溫、紅外火焰、紫外、纜式感溫探測(cè)器)檢測(cè)到有火情時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)總線，自動(dòng)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(guò)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(guò)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(dòng)顯示出火災(zāi)的部位編號(hào)及該層的平面布置圖，提示出火災(zāi)的處理措施，同時(shí)根據(jù)火情發(fā)生的部位，經(jīng)確認(rèn)及延時(shí)后，自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)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(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)化元件及自動(dòng)裝置

2.4.1自動(dòng)裝置

自動(dòng)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(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)中，必須要有快速、靈敏、安全、穩(wěn)定、可靠的自動(dòng)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(lì)磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)型繼電保護(hù)裝置及其它自動(dòng)裝置接口。

2.4.2基礎(chǔ)自動(dòng)化元件

基礎(chǔ)自動(dòng)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(dòng)控制和安全保護(hù)性能。一般應(yīng)以國(guó)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(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

我國(guó)多數(shù)水電站兼有防洪、灌溉等任務(wù)，在水庫(kù)調(diào)度工作中，不僅要搞好水庫(kù)的發(fā)電經(jīng)濟(jì)調(diào)度，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還要及時(shí)、正確地掌握水情、汛情，搞好防洪渡汛工作。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)一方面要及時(shí)、準(zhǔn)確、快捷地采集水情，另一方面還要通過(guò)計(jì)算機(jī)在較短的時(shí)間內(nèi)作出洪水預(yù)報(bào)。該系統(tǒng)對(duì)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(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)按規(guī)模和性質(zhì)的不同可分為水文自動(dòng)測(cè)報(bào)基本系統(tǒng)和水文自動(dòng)測(cè)報(bào)網(wǎng)。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)基本系統(tǒng)由中心站(包括監(jiān)測(cè)站)、遙測(cè)站、信道(包括中繼站)組成。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)網(wǎng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口和各種信道，把若干個(gè)基本系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)，組成進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的自動(dòng)測(cè)報(bào)網(wǎng)絡(luò)。

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。

三、結(jié)束語(yǔ)

水電站實(shí)施綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是水電站現(xiàn)代化管理的發(fā)展方向。在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施改造時(shí)，應(yīng)先從基礎(chǔ)自動(dòng)化元件、自動(dòng)裝置著手，先使手腳變得靈活，再對(duì)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(dòng)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)小系統(tǒng)或常規(guī)方式的自動(dòng)控制。