“无人值班、少人值守”

“无人值班、少人值守”

综合自动化设备及控制在响水铺

水电站的应用

吴玉斌（张家口江河水电开发有限公司河北张家口075300）

谷志明（张家口江河水电开发有限公司河北张家口075300）

［文摘］响水铺水电站采用目前较先进的自动化控制设备以及计算机监控系统，提高了电站综合自动化水平。主要介绍了该电站计算机监控系统的结构、性能、功能及特点，并针对该电站的实际和设想做了进一步的探讨。

［主题词］水电站自动化系统计算机监控信息系统

概述

响水铺水电站是张家口洋河水库一座引水式电站，装机容量4×500kw，引水流量4×2.63m3/s，设计水头23.0 m，电站主接线采用四机一变单母线接线方式，以10kv电压等级一回线路送入电网系统，机组控制单元采用从加拿大引进的适用于小型水电站无人值班的水轮机/发电机自动控制保护系统。计算机监控系统采用分层分布式结构，一次性投入。该电站于1999年8月建成投产，已安全稳定运行4年多，运行实践表明，采用自动化控制设备和计算机监控系统具有安全、可靠、经济等多种优点，能产生良好的经济效益。

一、新的认识，促使观念的更新

当今正处在一个科学技术迅速发展的时代，在日新月异的众多现代科学技术中，尤以计算机的发展最快、影响最大、渗透力也最强，同样也以惊人的速度和规模进入了水利水电建设及管理中，在这样的影响下建成了我市第一个综合自动化较强的水电站，它标志着我市小水电事业步入了现代设备、现代技术、现代管理、现代企业时期。同时也是我市水电建设事业上的一场革命。

二、系统特性

1、电站系统为全微机监控方式，不设常规监控；

2、系统为分层分布结构，硬、软件模块化、结构化；

3、系统可靠性高、实时性好、抗干扰能力强；

4、人机接口方便、操作简便。

三、系统的组成

采用分层分布结构，由后位机、现地控制单元（LCU）联结网络组成。

1、上位机：承担全站的运行自动化及其管理以及全站的经济运行管理、数据管理、历史数据存档、归档、检索和管理、运行报表的生成和打印、与外系统及LCU间的通讯，作为运行人员与系统的人机接口，完成实时的监控与控制。

2、现地控制单元（LCU）：机组的LCU完成机组运行、状态和数据的采集处理、实现机组运行状态的控制调节和同期。

升压变LCU完成主变、线路、母线设备的运行状态和数据采集处理，实现断路器的分合闸控制。

四、水电站自动监控系统

（一）主变压器的保护及控制系统

电站采用华电自动化设备公司研制的WKT-F2型变压器微机保护远动装置。设计将各单元箱集中安装于机房控制柜内，设现地控制和微机远动控制二层结构，二层之间通过网络互联，现地控制、保护、测量相互独立。

电站主变系统继电保护独立设置，差动保护、后备保护、监控管理及开关量保护分别由三个CPU承担，三部分之间彻底与电气隔离，从而保证装置有很高的可靠性。

由CT、PT输入电气量，实时监控电气设备的运行情况，发现异常，保护动作，而且可将保护动作情况由通讯接口送至后位机，并记录储存于后位机中。

主变控制的投入与解列分为现地与远方控制，现地控制由微机型单元箱体上的按钮进行断路器的分、合闸。远方则按照后位机彩显屏反映系统状态，按

程序进行断路器的分、合闸操作。彩显屏上的主接线以不同颜色反应表示断路器的分合闸位置。

（二）水轮发电机组自动监控系统

电站自动监控系统采用分层布置结构形式，分为后位机和现地控制单元LCU 两层。

1、后位机

后位机是电站工作人员操作的对象之一，其操作简便、人机界面友好、指示清楚、功能详尽、可靠性高。主要完成电站运行自动化及其管理。

①人机接口

后位机的人机接口是通过显示器、键盘、鼠标操作来实现的，系统具有比较完善的汉化用户界面。通过显示器可以反映：电站主接线图、实时显示电量和非电量参数、开关状态及各种运行状态；提供事故、故障定值越限的指示信息及其记录等。

②数据应用及管理

系统后位机定时从各现地单元（LCU）采集全站机组公用设备、开关、母线等生产设备的运行参数和运行状态；模拟量、数字量、开关量、脉冲量、温度量等，并通过LCU对机组、主变运行进行远方控制。定时对画面的动态数据实时更新，可在设定的时刻将接收的数据存入硬盘保存。使运行人员可清晰监视全厂生产过程和运行状态。

③后位机可按设定的操作程序对机组等设备实现遥控操作。

④事故报警显示及记录

电站事故、故障时，后位机可直接提示信息，显示事故发生原因，值班人员可快速、准确地处理。系统能自动将事故、故障发生时间等有关信息储存，

以供事故、故障原因分析使用。

⑤打印记录

系统可定时打印，召唤打印、事故打印等。

2、现地控制单元LCU（控制、测量、保护）

各单元LCU均为微机系统，各自均有控制、监测、保护功能，均能独立地对监控对象实施监控，而后位机或其他LCU出现故障，不影响本LCU的正常运行。

各机组LCU可接受并执行后位机传来的各种命令，亦能独立进行机组的开、停机和并列、解列等控制操作以及紧急停机操作，同时现地也具有对各种电气量和非电气量的采集与处理功能；现地人机接口设置有显示操作面板，可显示时间，操作过程、控制过程信息；现地也可进行各参数的设定以及限值修改。另外在机组开机过程中，如遇事故或故障，系统能立即转入停机流程。

五、电站监控设置网络

1、电站监测系统设置

电站监测系统设置由各类传感元件、数字采集系统（传感器、模拟、数字输入通道、A/D转换）等模块与计算机一起构成。其组成硬件为适配器、软盘驱动器、串行口、并行口、中央处理器（CPU）、键盘、显示器等组成。见下图。

2、电站监控系统设置

监控系统是由加拿大引进的高性能微机型可编程控制器（PC机）与后位机构成。在硬件上，所有的输入/输出接点都是通过隔离处理进入微机，可靠性高，具有在线编辑、监视、调试等诸多优点。见下图。

（响水铺水电站微机监控系统图）

3、机组自控系统组成

机组自控系统包括水轮机控制器、发电机测量保护装置3720ACM、DECS数字式励磁调节器、JCR－200温度自动巡检仪、WKT-F2主变保护控制装置。

电站主要自控设备系加拿大引进的水轮机/发电机自动控制保护系统，是一种较理想的小型水电站无人值班的新型控制及保护系统。具备适用水轮机/发电机系统的接口。控制与开、关设备整装在一起，维护简单，具有自动控制、保护监视、数据采集和联网通讯功能。SCADA功能可用于一对一控制或多台机组联合控制。操作控制分为从保护控制到后备保护，每个模块包括一个高速的微处理器（CPU）和容错安全回路，带有必要的操作软件以控制某一操作功能。

4、系统的连接与操作

①系统的连接

机组控制系统所用的C218plus是一种高效能的智能型八串口卡，适用于远程通讯、工控机和办公自动化系统。一个C218plus提供了8个RS－232或RS