小型水电站微机监控保护系统改造

小型水电站微机监控保护系统改造
随着我国经济的飞速发展，国家建设的口益痊勃，对能源的需求与日俱增，尤其近年来。

电力缺口不断扩大，加快电站开发的呼声日益高涨电站运行模式也面临变革。

在当前电站的监控领域，传统的常规继电保护监控装置，已越来越不能满足电力工业发展的需要，而以微型计算机为基础的自动化监控设备，以其技木先进、功能强、实时性高等优点迅速得到广泛应用，是当前技术条件下电站安全运行的可靠保证。

标签：小型水电站；常规监控；微机监控改造
1常规监控保护的小型水电站的系统设置
常规监控保护的小型水电站一般配置有：电液型调速器；分离式电路的励磁调节装置；机组及全厂公用设备采用电磁式逻辑顺序自动控制加手动控制；电磁式的继电保护；分离式的磁电系、电磁系、整流系测量表计；手动或者半自动准同期装置；直流系统也配磁电式的
充电装置。

常规监控保护的缺点是反应速度慢，灵敏度低，结构形式复杂，二次部分采用的元件多，接线复杂，运行、维护、检修困难，故障率高，可靠性低。

一般小型水电站电气二次部分运行维护困难，尤其是有关保护、调速器、励磁装置、同期系统、机组自动控制系统出现问题均感到非常棘手。

2小型水电站微机监控系统
2.1现地控制单元—LCU
现地控制单元一般采用可编程控制器（PLC或PCC）作为核心元件。

以发电机组、主变、线路、厂用电、机组辅助及公用设备、坝区闸门设备为监控保护对象配置现地控制单元，分别称为机组LCU、升压站LCU、全厂公用LCU、坝区LCU。

目前微机监控装置生产厂家众多，技术水平比前几年有很大提高。

各厂家产品外形、细部功能、输入输出接口不尽相同，但基本功能大致相当。

2.1.1微机保护简介
微机保护装置常以单片机或数字信号处理器DSP为核心元件。

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T14285-2006）规定，对主要的被保护设备需配置主保护和后备保护两套装置，对一般被保护设备配含主保护和后备保护的一套装置。

保护装置的内部基本结构为：
三块电路板及面板：
输入板：电压、电流输入及模/数（A/D）转换。

主板：各种存储器、处理器CPU、时钟电路等。

输出板：输出及显示电路。

面板：含显示器、人机对话键盘、按键。

保护装置的软件：厂家已经直接开发并预装于保护单元中。

2.1.2监控简介
目前国内有两大类产品，一是将保护、监控、同期、调速、励磁装置集成到一套微机装置中（简称“五合一”），此方式简单易行造价低，适用于微型水电站（单机500kW以下）。

另一种方式是保护与监控装置独立，监控采用PLC，保护装置采用单片机或数字信号处理器DSP，通过保护出口硬接点与PLC相连，通过通信接口与通信管理机或网络交换机相连，此方法造价较前方法高，但可靠性高，适用小型水电站。

2.2可编程PLC控制器
一般选择国际知名品牌或国内具有研发能力的几个大公司产品，要根据控制对象的要求统计DI、DO、AI的点数并考虑20%的裕量选择PLC的容量，要求PLC的DI/DO回路都自带光隔，电源模块、通信模块为基本配置，并考察PLC 的MTBF（平均故障间隔时间）、
MTTR（平均故障修复时间）、EMC（电磁相容性）、EMI（电磁干扰）、各种实时响应性指标。

将PLC及配套的触摸屏、开出继电器以及其它的智能设备集中组屏为机组LCU屏，安装于机旁；集中组屏为公用LCU屏，安装于中控室；集中组屏为坝区LCU屏，安装于坝区值班室，通过光纤与站控层相连。

可编程控制器PLC的编程一般由微机监控生产厂家根据电厂的控制对象、控制要求、外围设备等情况完成，将程序输入可编程控制器PLC中。

对机组LCU 负责对主机实施监控，同时机组的辅助设备如主阀（前池快速闸门）、顶盖排水控制、调速器油压控制、发电机冷却风机控制纳入机组控制范围由机组PLC统一进行；公用LCU负责对全站公用设备：技术供水系统、集水井排水系统、空压机系统及升压站设备进行监控（也可升压站设备单独配置LCU）；坝区LCU 负责对坝区水位监测、坝区各闸门的监控。

2.3几个主要系统改造
2.3.1励磁装置系统改造
改造方案有二：可选用整套新的可控硅静止励磁装置加微机型调节器；也可对原可控硅静止励磁装置的控制部分进行微机改造。

近年来在励磁系统开发了几项新技术：
功率元件更新：二极管+绝缘栅型场效应晶体管（IGBT）技术取代可控硅（SCR）。

大功率的场效应管的应用，使发电机励磁系统除具有可控硅管整流的优点外，IGBT将整流功能和控制功能分开，IGBT励磁装置控制部分只对一只IGBT管子进行控制，不需同步电路、不需脉冲分配电路等使得电路大大简化，元件大大减少，可靠性大大增加。

热管散热技术：即在可控硅或IGBT的散热器上设置能够自循环的冷却管，减少了由于轴流风机运行带来的粉尘；在该系统内也考虑设置冷却风机，正常運行时可不开风机。

灭磁方式：当采用可控硅全控桥时，正常停机采用逆变灭磁加氧化锌非线性电阻灭磁，不跳灭磁开关，加快了灭磁速度，延长灭磁开关的使用寿命；事故停机时采用非线性电阻灭磁，其灭磁速度比线性电阻快。

2.3.2调速器系统的改造
改造方案有二：可选用全新的高油压可编程微机型调速器；也可对原机械液压或者电气液压型调速器控制部分进行微机控制改造（经费较省）。

近年开发有16MPa高油压PCC可编程计算机控制的微机型调速器，可取消原常规油压机械液压调速器补气操作，从而取消相应高压空气系统；还可将调速器接力器布置于机墩调速环处，提高传动效率；还可将调速器电气部分（电柜）与液压部分（机柜）分开布置。

2.3.3操作电源系统改造
淘汰原直流系统设备，选用微机型直流电源系统。

微机型直流系统由以下部分组成：交流进线及进线防雷模块，智能充电模块（每个独立模块均可单独承担充电和带直流负荷），监控保护模块，蓄电池组、合闸馈电回路，控制及信号馈电回路。

3结语
上文对计算机监控保护系统的全部内容做描述，主要根据近几年在小水电站监控保护系统改造中的经验，并结合生产实际介绍小型水电站微机监控改造中介绍，并讨论如何搞好小型水电站微机监控改造，供同行们分享，以利“十三.五”
改造中走少的弯路，达到更好的能效指标。

参考文献：
[1]徐锦才.小型水电站计算机监控技术[M].河海大学出版社.。