【導(dǎo)讀】效益，進而影響小水電站建設(shè)成本的回收。隨著計算機及電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，技。等學(xué)科，并能對水電站進行實時監(jiān)控和管理的重要技術(shù)。論文依據(jù)自動發(fā)電的控制要求，對典型的二級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行了結(jié)構(gòu)的配置和方案的設(shè)計。系統(tǒng)采用分層分布式的結(jié)構(gòu)體系將整個監(jiān)控系統(tǒng)分成電站層、現(xiàn)地控制層兩層。的通信均采用RS485/RS232網(wǎng)絡(luò)。心，并輔之于各種自動化儀表，來完成對本地機組的控制和調(diào)節(jié)。上位機的監(jiān)控畫面的。的各種監(jiān)控界面設(shè)計等功能。

　　

【正文】 控于電站控制級；置于“現(xiàn)地”時，由運行人員通過機組 LCU 對機組進行控制，機組以“自動”或“分步”方式進行，各操作完成后，現(xiàn)地控制單元均有返回信息。 數(shù)據(jù)通信 （ 1）完成與電站控制級的數(shù)據(jù)交換，實時上送電站控制級所需的過程信息，接收電站控制級的控制和調(diào)節(jié)命令。 （ 2）接收電站的衛(wèi)星同步時鐘系統(tǒng) (GPS)的信息，以保持與電站控制級同步。 （ 3）與調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)、機組保護設(shè)備，及與微機溫度巡測裝置、微機自動準同期裝置之間留有串行通信接口。 23 事故停機處理功能 由 LCU 的智能 I/O 模件直接對采集到的事故信息進行響應(yīng)和處理，執(zhí)行相應(yīng)的事故停機流程。 自診斷功能 計算機監(jiān)控部件 和模件，所有 I／ O 模板都是智能模板，板上帶有處理器，做到了智能分散，功能分散，危險分散的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，單一處理器失效只能導(dǎo)致單一功能失效，不會影響系統(tǒng)其他功能，從而提升整體系統(tǒng)可靠性與可用性的目的。大大提高了系統(tǒng)的可靠性，可用性，縮短了平均檢修時間。 機組 LCU 的主要控制設(shè)備 PLC 地址分配 在對機組 LCU 監(jiān)控點數(shù)及需監(jiān)控點性質(zhì)的確定時，一般可將它們分成開入量、開出量及模擬量三類。在本監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計過程中，由于考慮到小型水電站的特殊性，對這些模擬量的處理不采用 PLC 直 接處理，而是將各模擬量信號送入綜合自動化裝置，由綜合自動化裝置直接采集和控制；溫度變量通過掛在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的溫度巡檢儀進行采集和控制。因此在監(jiān)控系統(tǒng)中我們只通過 PLC 處理開關(guān)量，機組 PLC 開關(guān)量輸入輸出點分配如下表 和表 所示： 表 開關(guān)量輸入點定義表 Table of inputs definition 開關(guān)輸入量 編號 開關(guān)輸入量 編號 手動開機 X0 折合器關(guān)閉 X20 手動停機 X1 主閥全開 X21 緊急停機 X2 主閥全關(guān) X22 緊急復(fù)歸 X3 調(diào)速器油壓過高 X23 機組電氣事故 X4 調(diào)速器油壓過低 X24 調(diào)速器電氣故障 X5 轉(zhuǎn)速小于 Ne5% X25 控制故障 X6 轉(zhuǎn)速大于 Ne25% X26 交流電源消失 X7 轉(zhuǎn)速大于 Ne75% X27 直流電源消失 X10 轉(zhuǎn)速大于 Ne95% X30 剪斷銷信號 X11 轉(zhuǎn)速大于 Ne115% X31 機組運行近控 X12 轉(zhuǎn)速大于 Ne140% X32 起動 X13 巡檢裝置 WDY 高限 X33 斷路器分位 X14 巡檢裝置 WDY高高限 X34 24 勵磁 調(diào)節(jié)器滅磁開關(guān)合 X15 備用 X35 勵磁調(diào)節(jié)器滅磁開關(guān)分 X16 備用 X36 折合器開啟 X17 備用 X37 表 開關(guān)量輸出點定義表 Table3． 2 Table of outputs definition 開關(guān)輸出量 編號 開關(guān)輸出量 編號 調(diào)速器自動控制 Y0 停機滅磁 Y20 調(diào)速器手動控制 Y1 機組運行近控 Y21 調(diào)速器開機令 Y2 機組同期指示 Y22 調(diào)速器停機令 Y3 合滅磁開關(guān) Y23 開機準備信號燈 Y4 分滅磁開關(guān) Y24 開機完成 Y5 開主閥 Y25 機組事故信號 Y6 關(guān)主閥 Y26 機組故障信號 Y7 投入技術(shù)供水 Y27 事故停機報警 Y10 切除技術(shù)供水 Y30 勵磁正常停機 Y11 投入反噴制動 Y31 機組解列 Y12 切除反噴制動 Y32 緊急停機 Y13 增功 Y33 緊急復(fù)歸 Y14 減功 Y34 增磁控制 Y15 備用 Y35 減磁控制 Y16 備用 Y36 起勵控制 Y17 備用 Y37 PLC 的選型 可編程控制器（ Programmable Controller） 是計 算機中的一種，是專門為工業(yè)控制的應(yīng)用而所設(shè)計制造出來的。早期，可編程控制器成為 Programmable Logic Controller,簡稱為 PLC，主要用來取代常規(guī)繼電器以實現(xiàn)邏輯控制的功能。伴隨技術(shù)的迅猛發(fā)展，其的功能已經(jīng)在很大程度上超出了邏輯控制的范圍，因而，現(xiàn)在這種裝置稱為可編程控制器，簡稱 PC。 PLC 能夠就較好地解決工業(yè)領(lǐng)域所普遍關(guān)心的可靠性、安全性、靈活性、方便性、經(jīng)濟性等問題?？偟膩碚f， PLC 具有高可靠性；功能完善；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強；使用方便，編程簡單；設(shè)計、 施工、調(diào)試周期短，維護方便等25 優(yōu)點。 由于本水電站中只有三臺小型水輪發(fā)電機組，通過對單臺機組的的中斷及非中斷開入量、開出量等監(jiān)控點的計算和分配，即可得出單臺機組要監(jiān)控點總和為：開關(guān)輸入量為 29 點（不算入備用點）；開關(guān)輸出兩為 29 點（不算入備用點）。按照 PLC 的機型充分滿足要求，并在實際中對所需總點數(shù)預(yù)留 15%～ 20%冗余量的選型原則，通過查詢有關(guān) PLC 型號的手冊，德國西門子的 S7 系列，美國通用電氣（ GEFANUC） 的 9030 或 9070 系列，三菱的 FX3U（ FX2N 已停產(chǎn) ） 等均可滿足要求。 經(jīng)比較論證以及結(jié)合小型水電站的實際需求，考慮到經(jīng)濟投資問題，在選擇機組現(xiàn)地控制單元（ LCU） 的主控制器時 ,決定采用 FX3U64MR 系列 PLC。 三菱 FX3U系列小型可編程邏輯控制器是三菱公司第三代微型可編程控制器，該可編程控制器具有抗干擾能力強，電壓范圍寬，平均無故障運行時間長，接線簡單，支持指令豐富的特點。其 FX3U64MR 最大輸入輸出點數(shù)可達 384 點，輸入輸出的擴展設(shè)備可理解 FX2N 系列輸入輸出擴展單元模塊，內(nèi)置 64K 步的 RAM 內(nèi)存與 RUN/STOP 開關(guān)，時鐘功能等，此外，還支持 程序遠程調(diào)試，具有高速計數(shù)，輸入中斷功能。 現(xiàn)地觸控屏的選擇 由于考慮到小型水電站的運行操作人員的技術(shù)力量薄弱、資金投入不富余。小水電站不可能像大中型水電站那樣有計劃地進行設(shè)備的完善和更新，以及引進較多高素質(zhì)的人才。因此，在小水電站的設(shè)計上，我們沒有在現(xiàn)地設(shè)置觸摸屏，而是直接使用自動化綜合裝置上自帶的觸摸屏和相關(guān)操作鍵，即上文設(shè)計中提出的 EDCS7340 綜合自動化裝置。 測速裝置的選擇 對于測速裝置的選擇，采用了新世紀電氣有限公司的 EDCS7030 智能轉(zhuǎn)速測控裝置，它是以微控制器為核心，具有精度高、功能強、易操作的特點。首先，輸入頻源通過硬件電路進行整形、濾波、隔離；然后，進入微控制器通過軟件進行計算、比較；最后，驅(qū)動繼電器作出相應(yīng)動作，驅(qū)動顯示部分進行顯示，提供通訊口進行通訊。 26 測溫裝置的選擇 采用重慶新世紀電氣有限公司的 EDCS7040 智能溫度表，此裝置為智能溫度巡檢裝置，可允許接入的二、三線制測溫電阻最多可達 40 路。同時支持多種測溫電阻接入、自動調(diào)校零點及增益，而且免調(diào)校。 同期裝置的選 擇 由于本設(shè)計中采用的綜合自動化裝置 —— 重慶新世紀有限公司的 EDCS7340系列綜合自動化裝置具有保護測控與自動準同期的功能，因此無需再選擇額外裝置完成該功能。 EDCS7340 綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能配置 EDCS7340 中小型發(fā)電機組綜合自動化裝置適用于單機容量 100MW 以下的小型機組的水力發(fā)電站、火力發(fā)電站，用以完成發(fā)電機及機組相關(guān)設(shè)備的保護、測量、控制及信息遠傳等功能，能實現(xiàn)電站的“四遙”功能，從而實現(xiàn)無人值班。 EDCS7340 綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)分為三層：變電站層、通訊層、間隔層，其具體每層的結(jié)構(gòu)特點和實現(xiàn)的功能如下： （ 1） 變電站層：變電站層主要提供遠動通訊的接口，其配備了兩個獨立的通訊接口，既可用于雙通道通訊，亦可經(jīng)由不同的規(guī)約實現(xiàn)向兩個調(diào)度端進行信息的互傳。同時由于變電站層后臺的就地監(jiān)控，使得操作更加的方便。系統(tǒng)具有功能強大、界面友好等特點，并能極大地滿足值班、繼電保護人員的操作要求。 （ 2） 通訊層：提供標準的通訊口，通過 CANBUS、 RS232/RS48以太網(wǎng)、打印等接口與其它廠家的設(shè)備方 便地實現(xiàn)互連。 CANBUS 采用雙網(wǎng)設(shè)計方式，具有無瓶頸、通訊可靠、抗干擾能力強等特點，系統(tǒng)采用多管理機配方式、多機互為熱備用。 （ 3） 間隔層：由于 EDCS7340 是一種集保護、監(jiān)控等為一體的智能綜合自動化裝置，因此它可直接安裝在惡劣的工業(yè)環(huán)境下。采用 EDCS7340來設(shè)計水電站監(jiān)控裝置能不依賴與通訊層及變電站層的情況下獨立完成計量、測量和控制功能。 EDCS7340 綜合自動化系統(tǒng)的功能配置 27 （ 1） 保護及配置功能：主要包括差動保護、方向電流速斷保護（帶正、反方向閉鎖）、低電壓保護（帶電流閉鎖）、復(fù)合 電壓啟動的過流保護、過負荷保護 (帶定時限過負荷和反時限過負荷 )、復(fù)序過流保護、頻率保護、過電壓保護、失磁保護、轉(zhuǎn)子一點接地保護、定子接地保護、零序過流保護、非電氣量保護、 TV/TA 斷線、濾波功能、開 /停機控制、控制限制及方式、給定負荷控制（根據(jù)各時段給定的有功、無功參數(shù)控制）、自動準同期等功能。 （ 2） 測控功能： EDCS7340 提供 20 路開入；一組斷路器遙控分 /合；以及 P、 Q、cos ? 、 I、 U、 f 等模擬量的遙測、直流信號（ 4～ 20mA 或 0～ 5V）勵磁電壓、勵磁電流；事件的 SOE 記錄等。 機組控制流程 大部分水電站大致是按以下四個階段生產(chǎn)發(fā)電： （ 1） 集中水能階段：利用水壩將上游河流所流過來的水不斷聚集起來，從而形成不斷升高的水勢能； （ 2） 輸入誰能階段 :通過大壩中的渠道或者壓力管道，在盡可能減少能量損失的情況下將水排出大壩； （ 3） 轉(zhuǎn)換誰能的階段：不斷優(yōu)化和調(diào)整發(fā)電機組的運行狀態(tài)，從而提高水能轉(zhuǎn)換成電能的效率； （ 4） 輸出電能階段：經(jīng)過變壓線路、輸電線路、配電線路將發(fā)電機組所發(fā)出的電能，供給用戶使用。 水輪機自動化裝置采用以 EDCS7340 和 PLC 為核心，再加以各種自動化儀表、輸入隔離繼電器、輸出驅(qū)動繼電器及手動操作等設(shè)備構(gòu)成。裝置通過自動化儀表、輸入隔離繼電器以及本身的采樣系統(tǒng)讀入各種信號，在對各種信號運算處理后由EDCS7340 和 PLC 配合控制輸出完成相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié)。 在 EDCS7340 和 PLC 配合下完成以下的機組控制功能。 機組開機流程 水輪發(fā)電機組的開機過程由發(fā)開機命令開閘門、檢查開機條件、開機升速、合滅磁開關(guān) (MK)、啟勵建壓、同期并網(wǎng)等步驟組成，其中開閘門、檢 查開機條件，開機升速等步驟由 PLC 完成，其余步驟由 EDCS7340 裝置完成。開機過程的步驟如下圖 所示。 28 N N Y N Y N 滿足開機條件？ （水位、設(shè)定時間） 開機開始 EDCS7340 裝置向PLC 發(fā)開機命令 主閥全開？ Y N 開主閥 EDCS7340 向 PLC發(fā)開機升速命令 n95%Ne？ Y N 延時報警 合滅磁開關(guān) MK 滅磁開關(guān)合？ 延時報警 啟勵建壓 U60V 不再上升釋放？ 延時報警 自動準同期？ 手動準同期 Y 投入自動準同期 自動同期并網(wǎng)？ Y 投入自動同期并網(wǎng) N 手動同期并網(wǎng) 斷路器 合位？ Y 啟勵建壓彈出并網(wǎng)畫面 開機結(jié)束 切除 準同期 取消本次開機 N 圖 開機流程圖 The flow chart of starting 29 機組停機流程 水輪發(fā)電機的停機過程由減負荷解列、滅磁、分滅磁開關(guān)和停機操作等步驟構(gòu)成，其中減負荷 、解列、滅磁等操作由 EDCS7340 裝置完成，停機操作（包括減速、投入制動、制動復(fù)歸等操作）由 PLC 完成。停機過程的步驟如下圖 所示： N 接收停機條件？ （自動 /手動） N 停機開始 合上減負荷分閘 減負荷 分閘合？ 減負荷 分閘合？ Y Y N N