浅议水电站自动化系统
摘要：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。

为了提高电能质量和发电效率，需实现水电站系统的自动化。

本文阐明了水电站自动化系统的意义，探讨了综合自动化系统的设计。

关键词：水电站自动化系统设计
水电站自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人（或少人）直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。

水电站自动化程度是水电站现代化水平的重要标志，同时，自动化技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。

一、水电站自动化系统的意义
（一）提高工作的可靠性
水电站实现自动化后，一方面可通过各种自动装置快速、准确、及时地进行检测、记录和报警，既可防止不正常工作状态发展成事故，又可使发生事故的设备免遭更严重的损坏，从而提高了供电的可靠性。

另一方面，通过各种自动装置来完成水电站的各项操作和控制（如开停机操作和并列），不仅可以大大减少运行人员误操作的可能，从而也减少了发生事故的机会；而且还可大大加快操作或控制的过程，尤其在发生事故的紧急情况下，保证系统的安全运行和对用户的正常供电，具有非常重大的意义。

（二）提高劳动生产率、改善劳动条件
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)。

（三）电力体制改革的必然要求
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。

二、综合自动化系统设计
（一）设备选型及自动化设计
1.plc在轴流桨式水轮机调速器中的应用
轴流转浆式水轮机被广泛使用于中低水头电站。

由于它的水轮机叶片随水不同可与导叶协联动作而使用水轮机的动行水头范围
增大。

这样可为电厂创造更多经济效益。

但是由于实际电站运行时，水轮机水头的变化及上下游水位的变化，与厂家提供参数相差甚
运，故按协联曲线运行时机组运行性能差不能达到最佳状态。

因此对于此类机组的调整器须采用可改变程序的plc可编程控制器的调速器。

在机组试运转过程中和今后的运行中可先针对不同水头及上、下游水位及手动协联导叶、浆叶，取得最佳协联曲线而后修改原协联曲线输入plc而使机组处实际最佳状态。

2.plc在调节水库式电站调速器中的应用
水库式电站的运行水头变化范围大：此类电站的调速器和起动开度一般按水轮机设计水头设计，但当电站水头降低，水轮机处于低水头下运行时，电液调整器往往不能使机组达到额定转速（自动状态）为使调整器的起动开度增大，往往需更换芯片或在开度指示仪中串接电阻而使调节器输出值与开度指示产生差值开机组。

当电站水头小于设计水头时，为使机组开机不致过速，而又必须换回芯片或撤除串接电阻，若采用plc可编程控制器，则可根据电站水头高低，修改其程序来改变起动开度即可。

（二）继电保护
电力系统继电保护和安全自动装置是当电力系统本身发生了故障或发生危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号或直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止故障或事件的发展的一种自动化措施和设备。

用于保护电力元件的成套设备，一般称为继电保护装置；用于保护电力系统的一般称为安全自动装置。

继电保护是保证电力系统中电力元件安全运行的基本装备，任
何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。

当发电机、变压器、输电线路、母线及用电设备等发生故障时，要求继电保护装置用可能最短的时限和在可能最小的范围内，按预先设定的方式，自动把故障设备从运行系统中断开，以减轻故障设备的损坏程度和对临近地区供电的影响。

安全自动装置是为了防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电事故的自动保护装置。

如输电线路自动重合闸、电力系统稳定控制、电力系统自动解列、按频率自动减负荷和按电压降低自动减负荷装置等。

（三）同期并列
发电机在没有并网前都是不同步的，而电力生产的一大特点是生产与消费同步完成，电力负荷是随时间的变化而变化的，这就要求发电机所发出的电能要与其所带负载实行一种动态平衡，以满足安全和经济运行的要求。

电力系统根据负荷的需要，经常将发电机投入或退出运行。

把一台待并的空载发电机经过必要的调节，在满足并列运行的条件下，经断路器操作与系统并列，这个过程叫做并列操作。

把两个个已解列的系统并联运行也同样要经过并列操作才能实行，在电力系统中以发电机与系统的并列操作最为常见。

如果操作不当将引起极大的冲击电流，轻则损坏发电机，重则引起系统振荡，继电保护动作，造成大面积停电。

因此，同期必须满足并列瞬间，发电机冲击电流不应超过规定的允许数值；并列后，发电机就能迅速进入同步运行。

（三）励磁系统
励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。

励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。

励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。

尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。

同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。

励磁系统根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；控制并列运行各发电机间无功功率分配；提高发电机并列运行的静态稳定性；提高发电机并列运行的稳定性；在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。

（四）遥视监控系统
遥视监控系统的设计目的是为了保障梯级水电站现场运行环境的重要安防信息及重要设备运行的实时监测，遇到重要设备运行不正常，如机房停电、电源故障、环境温度过高、火灾、空调停运、盗窃等紧急意外情况，能够及时记录和自动快速报警。

系统主要利用当前投运的数据通信网实现各级水电站运行情况“四遥”功能，构成一个完整的远程监测系统，及时了解监测点的信息，提高水电站的可靠运行能力，提高运维效率，降低维护成本和劳动强度，以
满足梯级电站实施无人值班集中监控技术的要求。

此设计监控系统方案相对于目前应用的tcp/ip网络技术来说，最大的优势是利用梯级水电站已有的自动化系统完成基本的、主要的信号采集与处理实现下级电站的重要运行安防信息的远程集中监控，共享了自动化系统的主站资源和通道资源，达到了最好的性价比。

本系统由以下几个主要子系统构成：动力及设备监控子系统、环境监控子系统、门禁安防子系统、图像监控子系统、监控中心。

（五）火灾自动报警系统
火灾自动报警系统的设计要点是：根据被保护对象发生火灾时燃烧的特点确定火灾类型；根据所需防护面积、位置；按照火灾探测器的总数和其他报警装置（如手报）数量确定火灾报警控制器的总容量；根据消防设备确定联动控制方式；按防火灭火要求确定报警和联动的逻辑关系。

火灾自动报警系统分三种形式设计：区域火灾自动报警系统，集中火灾自动报警系统和控制中心报警系统。

根据其火灾危险性类别和耐火等级和社会重要性确定为一级保护对象，采用控制中心报警系统。

包括一台集中火灾报警控制器和两台机组报警控制器及相应的探测器、声光报警器、报警按钮以及联动装置等。

火灾自动报警系统是由触发器件、火灾警报装置，以及具有其他辅助功能的装置组成。

它是人们为了早期发现和通报火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾，报警系统结构模块化，具有智能报警及系统自我
诊断，调试方便。

三、结束语
随着电站计算机监控系统技术的不断完善，越来越多的中小型水电站已开始采用计算机监控系统来替代原有的常规控制系统。

计算机监控系统在中小型水电站的使用，对减轻电站值班人员的劳动强度，提高电站的自动化水平，提高电站运行的经济效益有很大帮助。

同时，也为电站向“无人值班”运行方式过渡打下了基础。