浅议水电站综合自动化系统在红旗水力发电厂的应用

摘要：为了提高红旗水力发电厂的自动化水平，对电厂的保护和控制系统进行了技术改造。介绍了改造后自动化系统和主要功能及特点、运行情况和效益。

关键词：水电站 自动化系统 技术改造 运行效果 红旗水力发电厂位于黔东南州镇远县涌溪乡境内的舞阳河上，属州内舞阳河流域梯级开发的6级电厂，于1981年投产发电，总装机容量4×3600KW。电厂采用的电磁继电器保护系统由于投运年限长、技术落后、设备老化、已严重影响电厂及电网的安全稳定运行。电厂于2002年进行技术改造，以湖南紫光测控有限公司研制的DCAP—3500型水电站自动化系统取代老系统。技改工程历时30天，经过现场调试后，通过了72小时连续试运行，系统的各项功能符合设计要求，系统正式投入运行。2003年12月，通过了省水利厅的验收。现将综合自动化系统简介如下。

一、系统结构 综合自动化系统采用基于现场总线的分层分布、开放式可配置结构，整个电厂在物理上分为两层：电厂控制层和现地控制保护层。 电厂控制层计算机监控系统（或称为上位机系统）由一台工业控制计算机、一台打印机构成。上位机系统主要用于电厂综合自动化系统的组态、维护，电厂运行的监视、操作、信息管理、优化控制，全厂的事件事故记录，事故报警，画面显示，报表打印及机组、开关站和公用辅助设备的远方操作控制。 现地控制保护层由紫光公司自主开发的DCAP—3500系列数字式保护测控单元及装置、德国西门子S7—300可编程控制器（PLC）和一体化工作站等智能微机装置组成。电厂控制层与现地控制保护层采用网络通讯。DCAP—3500系列保护测控单元可根据对象分散或集中组屏布置（本方案为集中组屏方案），它们可完成对各自对象的数据采集、继电保护和自动控制的功能。水轮发电机组的顺序控制由所配备的PLC完成。 为实现“无人值班（少人值守）”的要求，全厂各公用辅机（如高、低压气机、集水井）采用PLC进行控制，各单元信号以接点方式送至公用PLC，实现全厂设备计算机远方监控。

二、设备配置 1、电站控制层设备配置 电站控制层设备有系统主机兼操作员工作站、厂长工作站、工程师兼培训工作站、通信工作站、 语音报警工作站、打印机和UPS电源等，其软件配置有系统软件、基本软件、应用软件及工具软件。 2、机组现地控制单元（LCU）设备配置 机组现地控制器（LCU）的设备有一体化工作站、可编程程序逻辑控制器（PLC）、温度测量装置、同期装置、转速测量装置等。 3、此外还有其他设备配置，如保护测控单元设备、调速器装置设备、励磁调节控制装置设备、公用辅机控制单元设备等。

四、系统的主要功能 DCAP—3500水电站综合自动化系统功能多且全面，现在仅介绍电站控制层的主要功能。 1、数据采集与处理 数据分电气模拟量（如电流、电压、功率等），非电气模拟量（如温度、压力等）、脉冲量（如有功、无功电度）、一般开关量（如开关位置、导叶位置）和中断开关量（如机组过速、温度过高、保护动作等）五种。其中电气量和非电气量、开关量采集时间≤1S ，温度量≤10S ，脉冲量采集连续无延迟，事件顺序分辨率≤10MS，控制响应时间≤1S。对采集的数据作必要的预处理后，存于实时数据库，供给计算机系统实现画面显示，制表打印和完成各种计算、控制等特定功能使用。 2、电厂安全运行监视 安全运行监视包括状态变化监视、越限监视、趋势分析和监控系统异常监视。 安全运行监视是综合自动化系统的重要功能之一，综合自动化系统实时监视电站各类设备的运行状态和参数，当它们发生异常、运行状态发生变更或参数超越设定值等时计算机系统即时报告值班人员进行处理，同时进行实时记录，以便分析查验。值班运行人员可通过设在中控室的监控系统人机接口设备，监视全厂的生产过程和设备运行情况，显示和打印各种运行参数。 系统安全监视功能包括如下部分：事件顺序记录、故障报警记录、参数越限报警与记录、电气主设备操作记录、事故追忆、计算机系统综合信息记录 、实时监视、语音报警、远方诊断维护功能、模拟光字牌。

3、电站设备的操作与控制调节 （1）、运行人员可以通过操作控制菜单，选择控制对象然后选择操作性质，系统提示确认。当运行人员确认后，自动弹出过程监控画面，供运行人员了解过程的执行情况。通过计算机监控系统操作控制的设备有： ①、机组的操作控制 ②、断路器、隔离开关投切操作 ③、励磁系统的操作控制 ④、直流系统的操作控制 ⑤、辅助设备的操作控制 （2）发电机组的控制调节 监控系统根据预定的原则或运行人员实时输入的命令进行机组正常启动与停机，断路器跳合、隔离开关分合等顺序操作。同时监控系统可由运行人员或远方调度的给定值或增减命令进行机组出力的手动或自动调节。具体分为以下几个方面： ①自动发电控制（AGC） ②、自动电压控制（AVC） ③、运行人员操作台控制 4、综合参数统计、计算、分析 计算机系统可根据实时采集的各类数据进行周期、定时或召唤计算分析，形成各种计算机数据库与历史数据库，帮助运行人员和管理人员对电厂设备的运行进行全面监视与综合管理。 5、打印记录 系统打印功能分为随机打印、定时自动打印和召唤打印三种。 6、屏幕显示 彩色屏幕实时显示厂内主系统的运行状态，主设备的操作变化过程，事故和故障以及有关参数。显示的主要画面有以下几类：单线图类、曲线图类、棒图类、报警画面类、操作指导画面类、表格类。 7、事故处理指导和恢复操作指导 在设备出现故障或事故时，监控系统能及时提供事故处理和恢复正常运行的指导性意见，运行人员可按指导性意见操作，使设备尽快恢复正常。 五、系统运行情况及效益 红旗水力发电厂综合自动化系统的投运，使运行管理、安全监测、自动控制实现了计算机化。 1、实现了电厂运行“无人值班”（少人值守），提高了电厂运行的自动化管理水平，减轻了运行人员的劳动强度。 2、系统对运行设备的每一项操作均实行严格的安全条件检查和安全分析判断，在操作控制流程中严密把关，从而防止了由于各种因素引起的误操作，增强了运行设备操作的安全可靠性。 3、人机接口功能强，操作控制简洁、方便、灵活。 4、系统与上级调度中心计算机系统进行通讯，实现遥信、遥测、遥控、遥调功能。 5、系统中AGC、AVC经济运行功能的投运，对电厂的节能增发、电厂的经济效益和电网电能质量的提高起到了积极作用。例如，现在机组同期是又快又准，在发出开机命令之后，只在一分钟，机组就能带上预定负荷。 6、事故处理安全可靠、快速准确。 综上所述红旗电厂进行综合自动化改造后，全面提高其自动化运行水平和管理水平，提高劳动生产率和经济效益，促进节能增发，也有助于提高地方电网的自动化水平和经济运行水平。