水电厂自动化系统技术分析

水电厂自动化系统技术分析

覃祚英

大唐广源水力发电有限公司金秀分公司545807

摘要：随着计算机信息技术的不断发展，智能电网逐渐建立起来，作为电网的重要组成部分的水电厂也向智能化方向发展，形成了当下的水电厂自动化系统。本文简要介绍了目前水电厂自动化系统的总体框架及其具有的特征，分析了水电厂自动化系统的现状，通过对IEC61850标准，水电厂体系结构，自动化系统三个方面的阐述探讨了水电厂自动化系统技术，简要分析了水电厂自动化系统技术的发展趋势，以期和同行互相交流借鉴。

关键词：水电厂自动化系统；技术；现状；发展趋势

经济社会的不断发展，生活水平的逐渐提高，人们对电能的需求也日益加大。智能电网可以对电量精确控制，具有安全高效，经济可靠的特点，能够充分稳定地提供电能。水电厂自动化是智能电网的重要组成部分，水电厂自动化系统技术的发展具有十分重要的意义。

本文简要介绍了当下水电厂自动化系统的总体框架，以及该系统具有的特征，分析了水电厂自动化系统的现状，通过对IEC61850标准，水电厂体系结构，自动化系统等三个方面的阐述探讨了水电厂自动化系统技术，简要分析了水电厂自动化系统技术的发展趋势，希望和相关工作人员进行探讨交流。

一、水电厂自动化系统框架与特征

水电厂自动化系统是由很多分散体系组成的一个复杂的系统，每个子系统单独承担相应任务，并且相互配合完成共同任务，主要有以下几个部分组成。技术体系和运营模式，自动化体系结合到传统的水电厂需要全新的管理模式。自动化管控平台，综合管控水电厂数据、基础服务和相关设备应用。报警设备，全面掌控水情水汛，适时发出警报。测控设备，可以方便对水情水汛进行了解，同时上传至管控中心。经济调控，研究水库水力与电力运行的调节控制装置，使得水电厂水力发电更加经济化[1]。状态监测与检修，系统自动进行状态监测，以及数据收集，诊断分析和方便后期维修。防汛决策支持，分析处理大量数据信息，专业科学的防汛决策。安全防护系统，包含大坝的安全防护和水电厂内各项设施装置的运转安全。

水电厂是智能电网的主要电源端，具有以下特征。全厂信息数字化，水电控制处理更加精确可靠。通信平台网络化，数字信息便于安全传输。信息集成标准化，可以方便统一管理。运行管理一体化，可以支持水电厂各项业务。经济运行最优化，水电厂自动化解决了员工值班问题，运行经济化。资源利用最大化，充分利用水电资源，提高效率。业务运用互动化，提高信息互动，数据共享。决策支持智能化，大数据让决策有更多的选择，提高决策水平。

二、水电厂自动化系统技术现状

当下水电厂的继电保护装置在结构、功能、接口等方面和变电站的保护装置基本相同，不同之处只是在于保护的对象不同，仍然采取传统微机保护装置，所以可以继续采用智能变电站的保护装置的相关技术。水电站LCU采取集中采集并控制的模式，可编程逻辑控制器（PLC）为其主要的控制核心，PLC采集、分析、处理所有数据信息，并通过局域网或互联网传输到后台管控平台。这种数据信息通常以开关量、模拟量的形式存在，而IEC61850标准解决了数据接口和通信协议不统一而带来的交换困难，需要多次采集的问题。通常情况下，水电厂采取的是一台机组一套水轮机调速器系统，调速器具有速度、功率、开度、频率控制等功能。微机调节器是发电厂励磁装置发展的重点，通常具有安全可靠、自控较好、操作简单的优点。励磁系统中的功率、灭磁、过压保护单元逐渐模块化，具有独立智能的数字监控接口，提高了可靠性。水情测报系统小型化和智能化持续提高，形成了微功耗，多信道接口等核心技术，可以方便对水情进行了解，同时上传至管控中心。设备状态监测技术，自动化水电厂的运转可能出现异常或差错，需要系统自动化进行状态监测和故障收集，以及数据收集，诊断分析设备现状和以方便后期维修。很多关键设备都纳入了时时监测的范围，可以进行自动化状态检修[2]。

三、水电厂自动化技术和发展趋势

当下水电厂自动化系统是一个由混乱、孤立向设备互联，信息共享的方向发展，由半自动化向高度自动化的方向进行的系统，不断地解决现存不利安全稳定生产电能或不易操作的问题，优化设备中不相适应的连接。

第一，标准总线和IEC61850通信标准。不同的水电厂具有不同的自动化系统，各个自动化系统结构复杂，数据信息各不相同，传输混乱，信号收集重复，而且常受到电磁干扰，只能实现单个系统内的数据信息传输和管理。同时，因为缺少统一的标准接口和数据模型，不同厂家生产的设备无法连接一起，各个设备互不兼容孤立存在，常常让系统处于瘫痪状态，严重影响了水电厂自动化技术的进一步发展。因此国际电工委员会制定了关于自动化系统实时通信的IEC61850通信标准，规范了数据接口和数据模型，完成了各个设备之间的连接，使得系统正常运转，很好地完成系统内的数据收集处理。同时制定了标准总线，实现了数据的互联，信息的共享[3]。

第二，水电厂体系结构。水电厂的自动化体系结构设计可结合智能变电站的体系，同时鉴别并充分考虑两者的不同特点。水电厂中自动化设备主要有保护装置、调速器励磁调节器以及电力五防系统，而其核心则是LCU，通过硬接点和通信的方式来达到对其他设备装置的控制。传统的水电厂自动化设备之间的连接很弱，基本上是单独自动运转的子系统，主要强调的是提高一次设备的运转性能，所以需要大量的工作人员对局部进行管理控制，各个设备之间的相互协调运效果也较差，导致了生产效率不高且不够稳定。

第三，水电厂自动化系统。水电厂的一次设备需要有较好的自动化，二次设备要有较好的数字化、信息化和网络化，需要在传统水电厂的自动化系统上综合提升相关性能。调速器系统，应该可以进行运行调试，自动预警，和故障分析的功能，同时支持高可靠性的网络通信功能。励磁系统，可以改变参数，解决电网扰动方面出现的问题，保证功率柜安全运行，改善散热效果。状态监测系统，状态监测系统可以监测水情水汛以及水电厂相关设备的运转，然后上传至管控平台进行决策，也可以对后期设备维修提供数据支持。可以记录水电厂自动化运行的全部过程，在水电厂工作过程中发生的异常或出现的故障及时上传至自动处理系统和相关管控平台上，便于工作人员得知，可以大大的减少安全隐患，保障水电厂的任何财产的安全。监测各机组温度、液位，振动以及电量等，对设备状态有所掌控。监测变压器综合状态，使其安全稳定运行，延长使用寿命[4]。

水电厂自动化系统是一个集计算机、控制、通信、网络电子电气的综合系统，其日后会朝着更加高度智能、更加稳定安全，且经济化的方向发展，使系统更加开放，设备连接信息共享更加方便，逐渐形成“少人值守”，甚至无人值守的完全自动化水电厂。

四、总结

综上所述，自动化方向是水电厂未来发展的重要趋势，对于国家智能电网建设，安全、稳定、经济地生产电能具有十分重要的意义。我们应该更加认真探究，不断地实现计算机、通信、电子电气技术的突破，把自动化系统更好地结合到传统水电厂中，不断优化水电厂自动化系统，推动水电厂自动化再上一个台阶。

参考文献：

[1]芮钧，徐洁，王梅枝，马军建，郑健兵，刘成俊.智能水电厂技术标准体系研究及标准现状[J].水电与抽水蓄能，2017，（03）：21-23+41.

[2]郭项男.建筑项目施工阶段工程造价影响因素及控制措施分析[J].科技创新与应用，2017，（10）：279.

[3]于美丽.建筑工程造价全过程控制中存在的问题及有效措施[J].城市建设理论研究（电子版），2017，（09）：139-140.

[4]杨正晖.水电厂电气自动化控制设备稳定性技术探析[J].河南水利与南水北调，2017，（01）：72-73+77.