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小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)實施現(xiàn)狀與分析

   在小型水電站實行計算機監(jiān)控系統(tǒng)，可以提高電站的自動化程度和經(jīng)濟效益，增加其運行的可靠性與穩(wěn)定性。通過對一些小型水電站的考察和調(diào)研，分析了小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)實施現(xiàn)狀和普遍存在的問題。  
    我國小水電的蘊藏量很大，分布很廣，已成為我國很多地區(qū)水利資源的重要組成部分。目前國內(nèi)1/3以上地區(qū)電力資源由小型水電站提供，其中有800多個縣主要依靠小型水電站供電。開發(fā)小型水電站已成為我國推進農(nóng)村電氣化的重要途徑。但是20世紀90年代以前所建的小型水電站都存在著設(shè)備和管理運行方式落后、陳舊、技術(shù)水平低下，**性能較差，事故發(fā)生率高，電能質(zhì)量差，經(jīng)濟效益低等弊端。隨著計算機監(jiān)控系統(tǒng)在大型水電站中的成功應(yīng)用，一批小型水電站自20世紀90年代重汽開始，也陸續(xù)實施計算機監(jiān)控和自動化改造，在已實施計算機監(jiān)控和自動化改造的小型水電站中，絕大多數(shù)電站的改造是成功的，特別是近幾年新改造或新投入的小型水電站。但是，在一些小型電站的計算機監(jiān)控和自動化系統(tǒng)中仍不同程度地存在一些缺陷，少數(shù)小型水電所存在的問題比較嚴重，影響了電站的正常運行。研究和分析這些問題，總結(jié)經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)，對今后小型水電站的計算機監(jiān)控系的實行和自動化改造，都是有益的。

    1  小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)實施的情況
    在所考察和調(diào)演的小型水電站中，電站容量一般為800-9600KW，單機容量為400-3200KW，這些電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的基本情況如下。

    1.1  計算機監(jiān)控系統(tǒng)的類型
    目前小型水電站計算機監(jiān)控方式有4種基本形式：1  以常規(guī)控制裝置為主，簡稱（CASC）方式；2  簡單的計算機監(jiān)控與常規(guī)控制裝置雙重設(shè)置方式，簡稱CCSC方式。3  以計算機監(jiān)控為主、常規(guī)設(shè)備為輔方式，建成CBSC方式；4  全計算機方式。
    已實施了計算機監(jiān)控和自動化改造的小型水電站中，大部分采用以計算機監(jiān)控為主、常規(guī)設(shè)備為輔方式即CBSC方式或全計算機監(jiān)控方式。應(yīng)該說，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的水平較高，屬于20世紀末至21世紀初的水平。如河南省的馬路灣水電站，裝機容量2500kw，裝有3臺機組，該電站于1996年進行自動化改造并投入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。是河南省*早實行計算機監(jiān)控的電站，電站的自動化系統(tǒng)采用計算機監(jiān)控與常規(guī)控制雙重配制方式。兩種控制系統(tǒng)均可獨立運行。這種控制方式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但其有點是兩套系統(tǒng)可能切換，互位備用，可靠性高。經(jīng)過一段時間的運行，該電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)及自動化元件出現(xiàn)了一些問題，這樣計算機監(jiān)控系統(tǒng)只能進行監(jiān)視，不奪口直，整個電站由常規(guī)系統(tǒng)來控制，并沒有因為計算機監(jiān)控系統(tǒng)的鼓掌而影響正常發(fā)電。隨著計算機水平和自動化元件可靠性的提高，實施了計算機監(jiān)控系統(tǒng)的水電站大都能可靠運行。特別是*近二三年新建的一些小型電站采用以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為主，配置簡易手動操作盤的模式，即在計算機監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可用手動操作按紐、常規(guī)繼電器構(gòu)成的簡易自動化開停機回路，進行開停機與增減負荷、無調(diào)節(jié)的操作，增加了系統(tǒng)的可靠性。且前這種配制模式已被許多小型水電站所采用，一方面增加了水電運行的可靠性，另一方面也為習(xí)慣常規(guī)控制操作系統(tǒng)的運行人員提供了一定的方便。

    1.2  計算機監(jiān)控系統(tǒng)的功能
    對已經(jīng)實行了計算機監(jiān)控系統(tǒng)的小型水電站進行調(diào)查，并對其監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計功能與目前所實現(xiàn)的功能進行分析。
    這些電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計都是按“無人值班”或“少人但手”設(shè)計的，其功能主要包括數(shù)據(jù)的采集預(yù)處理、機組的運行狀態(tài)檢測和運行參數(shù)的自動記錄與打印、機組的正常自動化操作、機組的機械保護與電氣保護、有功和無功的自動調(diào)節(jié)、自動發(fā)電控制（AGC）、自動電壓控制（AVC）與輔助設(shè)備的自動口之功能。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，不同電站的控制系統(tǒng)設(shè)計功能實現(xiàn)的程度是不同的。有些電站基本實現(xiàn)了設(shè)計的功能，而有的電站只能實現(xiàn)設(shè)計的部分功能，但普通可以實現(xiàn)的功能有：機組的正常自動化操作，如正常開、停機；機組的機械保護和電氣保護，如溫度過高、油壓過低、軸承油位過低、機組過速、過電流、過電壓、過負荷等保護；機組的運行狀況檢測和運行參數(shù)的自動記錄與打印、有功和無功的調(diào)節(jié)、事故報警與記錄。普通沒有實現(xiàn)的功能有：自動發(fā)電控制（AGC）、自動電壓控制（AVC）、上級調(diào)度部門的通訊等。目前還沒有能夠完成實現(xiàn)“無人值班”的小型水電站。  
  
      1.3  計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    計算機監(jiān)控膝頭的結(jié)構(gòu)優(yōu)集中監(jiān)控系統(tǒng)、功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)與分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)。目前機組臺數(shù)較少、控制功能簡單的總?cè)萘繛?000kw的小型電站多采用集中監(jiān)控系統(tǒng)，總裝機容量大于2000kw的小型水電站多采用分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，整個監(jiān)控系統(tǒng)分兩層，即廠級層與機組層（現(xiàn)地層LCU），兩層之間采用局域網(wǎng)（LAN）聯(lián)接。由于電站容量較小，廠級層配置都相對比較簡單，一般由1臺或2臺計算機兼作操作員工工作站，并實施打印與報警等功能，保存歷史數(shù)據(jù)。
    隨著計算機水平的發(fā)展，廠級層主要采用功能集中式的結(jié)構(gòu)形式，即電廠控制的功能全部集中于1臺或2臺操作員工作站?？紤]機組運行的可靠性和穩(wěn)定性，現(xiàn)地單元（LCU）主要包括機組LCU、公共設(shè)備LCU和變電站LCU?，F(xiàn)地單元的結(jié)構(gòu)普遍采用工業(yè)控制級（IPC）+可編程控制器（PLC）+自動化裝置的形式或可編程控制器（PLC）+自動化裝置的形式。通常采用的自動化裝置包括：微機調(diào)速器、微機同期裝置、溫度巡測裝置、微機勵磁掉節(jié)裝置和微機側(cè)測速裝置。這些自動化裝置可以獨立運行，也可與機組現(xiàn)地單元工控機通信、接收指令、反饋信息。而PLC主要擔(dān)負機組順序操作、數(shù)據(jù)采集等功能；工業(yè)控制機主要擔(dān)負數(shù)據(jù)處理、口直操作、歷史事件記錄、報警、人機聯(lián)系、與廠級計算機通信以及與自動化設(shè)備聯(lián)系的功能。功用LCU主要完成輔助設(shè)備運行狀態(tài)的檢測以及控制操作。變電站LCU主要對單臺設(shè)備、斷路器通斷進行操作與電器設(shè)備保護。

    2  實施中存在的問題
    通過對已實施計算機間系統(tǒng)和自動化改造的小型水電站的現(xiàn)狀進行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，在小型水電站的自動化改造或?qū)嵤┯嬎銠C監(jiān)控中存在著一些共性的問題。

    2.1  選型中未充分考慮電站容量與單機容量
    所考察的小型水電站中，其裝機容量從1000kw至9600kw不等，單機容量從500kw至3200kw不等，而計算機監(jiān)控系統(tǒng)都采用了分層次分布式結(jié)構(gòu)，機組單元大都采用IPC十PLC+自動化裝置的模式。主要原因是受當時產(chǎn)品較單一、資料不足、職工素質(zhì)較差等因素的影響，片面追求設(shè)備的可靠性、沒有重新考慮電站和機組的具體要求及監(jiān)控系統(tǒng)的功能，這就不不可避免地造成設(shè)備資源與資金方面的浪費。

    2.2  自動化裝置和元件的選擇與系統(tǒng)不匹配
    調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有些電站所選擇的調(diào)速器、同期裝置和勵磁裝置沒有與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的通訊接口或接口協(xié)議矛盾，致使這些自動化設(shè)備不能正常接入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。還有一些電站在進行自動化改造與事實計算機監(jiān)控過程中，沒有認真對原油設(shè)備進行分析，未按監(jiān)控系統(tǒng)的自動化要求配備必須的傳感器、儀表；對一些傳統(tǒng)的手動操作設(shè)備，也沒有及時配備電動及氣動、液壓等自動化操作機構(gòu)，致使底層設(shè)備必要的信號不能送入計算機監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)下達的操作指令也不能自動執(zhí)行，特別是設(shè)置了公用LCU，卻???能實現(xiàn)對輔助系統(tǒng)的自動鍵控；有個別水電站在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備選擇時，同一系統(tǒng)選用了數(shù)家的自動化設(shè)備，各種設(shè)備之間的參數(shù)不匹配，通訊協(xié)議不一致或數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，為設(shè)備之間的通訊帶來很大困難，也不易調(diào)試，有的電站設(shè)備安裝多年，也無法實現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。同時，當某些設(shè)備出現(xiàn)問題后，需找不同的廠家維修，造成責(zé)任不分明，相互推委，一個小的問題或局部故障，往往數(shù)月得不到維修，嚴重影響電站的正常運行。

    以上這些問題都導(dǎo)致了計算機監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一控制的水平難以實現(xiàn)。因此，也難以實現(xiàn)少人值守和無人值班的技術(shù)要求。

    3  電站運行人員的技術(shù)力量嚴重不足
    計算機監(jiān)控系統(tǒng)及自動化設(shè)備的運行、維修需要具有一定專業(yè)和計算機水平的技術(shù)人員。而在對已實施計算機監(jiān)控系統(tǒng)的小型水電站調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，許多電站的運行人員文化素質(zhì)和計算機水平較差，對計算機監(jiān)控系統(tǒng)及自動化設(shè)備等技術(shù)要求理解不足，沒有經(jīng)過足夠的專業(yè)培訓(xùn)，使運行人員不能充分理解所裝置的軟、硬件的基本原理與操作方法，由此造成使用上的一些錯誤。當某些設(shè)備及軟件系統(tǒng)出現(xiàn)簡單故障時，更談不上二次開發(fā)，從而嚴重影響電站的正常運行。

    4  結(jié)語
    根據(jù)中華人民共和國電力工業(yè)部1996年以來發(fā)布的《水利發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定》（DL/TS065-1996）、《小型水電站改造規(guī)程》（SL193-97）、《水力發(fā)電廠自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)范》（DL-TS081-1997（以及國標《小型水力發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》（GB50071-2002）的規(guī)定，我國已建和新建的小型水電站將*終實現(xiàn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)。所以總結(jié)已實現(xiàn)計算機監(jiān)控和自動化改造的電站在實施過程中的經(jīng)驗、吸取其中的教訓(xùn)，做到精心設(shè)計、周密計算施工過程、認真考察和選擇設(shè)備及生產(chǎn)廠家，可能使新建或即將改造的電站在實施計算機監(jiān)控系統(tǒng)和自動化改造中少走彎路，節(jié)約資金，使系統(tǒng)更加科學(xué)、合理。