中小型水電站的控制系統(tǒng)設(shè)計

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摘要:自動控制系統(tǒng)能提高水電站運行管理的自動化水平以及改善系統(tǒng)維護人員的工作條件和環(huán)境，使水電站有人值班變成“無人值班”。本文就水電站的特點和水電站控制的目的過渡到自動控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，為以后水電站自動控制系統(tǒng)研究提供參考經(jīng)驗.

關(guān)鍵詞:中小型水電站;自動控制系統(tǒng);特點目的;設(shè)計思路

水電站的主要動力來源是水輪機組，不僅結(jié)構(gòu)簡單，所需輔助設(shè)備也不多，容易實現(xiàn)少人管理和自動化。另外，水輪機組開停便捷迅速，調(diào)整方便。水輪機組從靜止狀態(tài)過渡到滿負荷運行一般只需要1-2分鐘，能靈活調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)峰，發(fā)生事故時還能備用。水電站的耗電量僅占同期發(fā)電量的百分之一，既降低了控制系統(tǒng)的發(fā)電成本、耗煤量，又提高了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

1水電站特點

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，水力發(fā)電的程度也越來越高，因為水利發(fā)電既無環(huán)境污染，對洪水的防治也有一定作用。水電站在運行的時候不消耗任何燃料，所以不會產(chǎn)生粉塵、廢渣等有害物體，因此對環(huán)境無任何污染。水力發(fā)電受徑流影響較大，而徑流在年際間或年內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)變化較大的現(xiàn)象，盡管多數(shù)水電站能借助水庫的調(diào)節(jié)能力減小這種現(xiàn)象的影響程度，但是無法完全平衡徑流的變化。水電站在豐水期發(fā)電量大，但是在枯水期由于缺乏水力而達不到相應(yīng)的發(fā)電量，正是這種自然條件的制約，形成了水電站發(fā)電量變化大的特點。

2水電站控制目的

2.1提高水電站設(shè)備運行的安全性和可靠性

水電站設(shè)備在運行的時候經(jīng)常會出現(xiàn)不正常或事故的現(xiàn)象，如果運行人員在處理事故的時候誤操作，很有可能使事故產(chǎn)生其他危害。如果在水電站運行中加入自動控制裝置，則可有效避免事故的發(fā)生。當設(shè)備運行不正常的時候，自動控制系統(tǒng)就會發(fā)出警報，以引起設(shè)備運行人員的注意：當水電站設(shè)備發(fā)生故障的時候，自動控制系統(tǒng)能及時停機，避免事故擴大化，為水電站設(shè)備運行的安全性和可靠性提供保障。

2.2減少勞動人員，降低水電站運行成本

水電站自動控系統(tǒng)幾乎取代了設(shè)備操作人員對水電站設(shè)備的調(diào)節(jié)控制，使得設(shè)備運行人員對設(shè)備操作的工作量大大減少，真正讓水電站從有人值班變?yōu)樯偃酥蛋嗷驘o人值班，實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的作用。由于操作人員的減少，水電站的很多基礎(chǔ)設(shè)施都會相應(yīng)減少，在操作人員減少的同時，水電站的發(fā)電成本和運行費用也有所降低。

3中小型水電站自動控制系統(tǒng)設(shè)計思路

早期水電站計算機控制系統(tǒng)因為技術(shù)和價格的影響而以集中式為主，水輪發(fā)電機組的監(jiān)測、輔助設(shè)備的監(jiān)測，線路監(jiān)測等都僅由一套計算機來完成。由于計算機性能的限制，集中式水電站控制系統(tǒng)還無法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的自動控制系統(tǒng)，例如：輔助設(shè)備的控制、機組的停開機控制等都是由傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)來完成。而集中式計算機控制系統(tǒng)主要監(jiān)測的也僅僅是線路電流、機組、電壓功率等參數(shù)，由于需要完成的項目太多，導(dǎo)致計算機控制的速度、實時性比較差。此外，因為只有一臺計算機，如果出現(xiàn)硬件或軟件故障，所有的自動控制系統(tǒng)都將崩潰，可靠性比較低。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機應(yīng)用已經(jīng)非常普及，相對的，價格也比較低。特別是小型可編程控制器PLC的發(fā)展，真正實現(xiàn)了小型水電站從傳統(tǒng)的控制方法轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C控制系統(tǒng)。為了保證水電站的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟比較，在設(shè)計的時候通常采用分層分布式結(jié)構(gòu)。所謂分層分布結(jié)構(gòu)即分為上下兩層，上一層為上位機，主要由工控機來擔當，所用軟件為國內(nèi)較為常見的組態(tài)王6.0或者是6.5；而下一層是當?shù)乜刂茊卧?，下位機一般選擇小型可編程序控制器SIMATICS7-200的PLC來擔當，這主要是因為現(xiàn)階段的PLC對中小型水電站的改造技術(shù)完全適應(yīng)，下一層軟件采用的是SIMATICSTEP7-Micro/Win32。此外，系統(tǒng)的主機為水輪發(fā)電機組，還輔以其他監(jiān)測設(shè)備。當?shù)乜刂茊卧c上位機之間的通訊主要由SIMATICS7-200內(nèi)部集成的PPI借口來完成，該軟件完全遵守西門子S7-200PLC專用的PPI通訊協(xié)議，其物理特征為RS485，連接材料采用的是一般性兩芯屏蔽雙絞電纜，連接后通訊的波特率最高可達187.5kbit/s，不過平常狀態(tài)下波特率為9.6kbit/s。PPI通訊聯(lián)網(wǎng)的接口與S7-200系列CPU上集成的編程口是同一個。PPI通訊協(xié)議在該系統(tǒng)的應(yīng)用使得通訊變得異常簡單，只需使用NEYW和NETR兩條語句就可傳遞數(shù)據(jù)信息，不需要再配置額外的軟件或模塊。PPI通訊是一種令牌式的傳遞網(wǎng)，在不加入中繼器的時候，最多能容納31個S7-200系列PLC，以O(shè)P/TP或TD200（插MPI卡）的上位機為站點，由站點和PLC共同構(gòu)成適應(yīng)中小型水電站自動控制系統(tǒng)要求的PPI網(wǎng)絡(luò)。在整體的結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)場的采集量分為電氣量和非電氣量兩種，這兩種采集量都是中小型水電站所必須具備的監(jiān)測量。同時，在結(jié)構(gòu)中一般選擇中小型水電站，水輪發(fā)電機組為兩臺，其中一臺的主變壓器以供電系統(tǒng)形式作為控制系統(tǒng)的監(jiān)測對象。

4結(jié)束語

該自動控制系統(tǒng)在黔南州羅甸縣石門坎水電站已運行五年多，系統(tǒng)各方面運行也良好，為其他水電站自動控制系統(tǒng)運行提供寶貴的實踐經(jīng)驗。

參考文獻

[1]何玉雄.綜述水電站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].大科技,2012(02):167-168.

[2]周榮富.中小型水電站自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機械與電子,2010(s1):182-184.

作者:馮犇 單位:貴州省黔南州水利水電勘測設(shè)計院