【正文】 所示。小型水電站所具有的特點(diǎn)決定了其結(jié)構(gòu)不能照搬大中型水電站的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和配置，而應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件設(shè)計(jì)出符合小水電站本身特點(diǎn)和要求的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)又分為全分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)構(gòu)和分層9 分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 （ 2）小型水電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 ，根據(jù)小型水電站的特點(diǎn)，自動(dòng)化裝置首先要有良好的經(jīng)濟(jì)性，包括投資的經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性； ，小水電站由于技術(shù) 力量薄弱，技術(shù)支持不強(qiáng)，要求采用的自動(dòng)化裝置具有高可靠性、維護(hù)工作量小、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)； ，水電站的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能地采用高可靠性、易維護(hù)的智能裝置； ，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求主要功能完整，具有較高的自動(dòng)化程度，個(gè)自動(dòng)化裝置應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)； ，簡(jiǎn)化設(shè)備以減少投資，向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展以完善設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，為小水電站的綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件； f． 集中監(jiān)控，并逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，通過(guò)對(duì)小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制，并嘗試由少人值守向無(wú)人 值守，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低運(yùn)行費(fèi)用和電能成本。 7 圖 系統(tǒng)主接線(xiàn)圖 Main chart of the system 小型水電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 由于小型水電站在建設(shè)和管理上具有與中大型水電站不同的特點(diǎn)，因此必須根據(jù)小型水電站自身的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，而不能照搬大中型水電站的設(shè)計(jì)。 (注：由于受到畫(huà)圖軟件限制，系統(tǒng)主接線(xiàn)圖可進(jìn)一步查看論文附帶原圖 ) 圖中一號(hào)和三號(hào)機(jī)組即 1F 和 3F 的型號(hào)參數(shù)為： SFW100016/2150 1000kW kVVe ? cos ?? ，勵(lì)磁電機(jī)型號(hào)為： S945kVA 6300/90V △ /Y1；二號(hào)機(jī)組即 2F的型號(hào)參數(shù)為： SFW8006/1180 800kW kVVe ? cos ?? ，勵(lì)磁電機(jī)型號(hào)為： S930kVA 6300/50V △ /Y1。近區(qū)變壓器（ 2B） 的容量為 20xxkVA。 6 2 小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的概述 某二級(jí)小水電站的基本情況 該水電站為 2 臺(tái) 1000kW 和 1 臺(tái) 800kW 的發(fā)電機(jī)組?？偟膩?lái)說(shuō)，論文立足于工程實(shí)際，主要完成如下幾方面工作： （ 1） 從水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控模式和監(jiān)控任務(wù)出發(fā)，具體分析了小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)的特殊性以及監(jiān)控設(shè)計(jì)的必要性； （ 2） 針對(duì)小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊性，在比較和分析大型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)給的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模式的基礎(chǔ)上確定了適用于中小型電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模式，并完成了對(duì)目標(biāo)水電站總體架構(gòu)的配置以及上位機(jī)監(jiān)控軟件的選擇； （ 3） 討論了機(jī)組 LCU 的各種結(jié)構(gòu)模式，確定了本設(shè)計(jì)中機(jī)組 LCU 采用 PLC+綜合自動(dòng)化裝置的結(jié)構(gòu)模式，并完成了對(duì) LCU 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件配置和應(yīng)用程序流程的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了 LCU 的手動(dòng)和自動(dòng)程序控制功能； （ 4） 基于組態(tài)王 中文通用版作出了基本的上位機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)開(kāi)關(guān)站相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，電站相關(guān)參數(shù)歷史報(bào)表等功能作了一定了解。 本課題是基于典型的某二級(jí)小型水電站建設(shè)的要求而設(shè)計(jì)的。因此對(duì)小水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的設(shè)計(jì)與研究就有別于大中型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。他的實(shí)現(xiàn)對(duì)電站的安全運(yùn)行，具有不可估量的總要意義。在設(shè)置了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后，計(jì)算機(jī)便對(duì)水電站的設(shè)備進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)視，對(duì)運(yùn)行設(shè)備的各種參數(shù)進(jìn)行記錄和存貯，一旦發(fā)生事故，計(jì)算機(jī)便對(duì)事故進(jìn)行分析，然后再執(zhí)行有關(guān)的事故處理程序，使事故得到及時(shí)的處理，同時(shí)還記錄了事故的性質(zhì)、發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)。 (4)自動(dòng)事故處理 水電站出現(xiàn)的事故往往是突然的，時(shí)間很短促，運(yùn)行人員很難對(duì)事故的性質(zhì)作出準(zhǔn)確的分析判斷。 保證水電站的電壓質(zhì)量及無(wú)功功率的合理分配。當(dāng)水電站接受上一級(jí)調(diào)度下達(dá)的發(fā)電任務(wù)之后，水電站運(yùn)行人員必須根據(jù)本電站的機(jī)組數(shù)、各機(jī)組的技術(shù)性能，進(jìn)行合 理的組合，使各機(jī)組發(fā)揮最高的效率，使整個(gè)電站以最小的耗水量發(fā)出最多的電能?？刂频闹饕康娜缦拢? 根據(jù)電力系統(tǒng)對(duì)水電站有功功率的需要，調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)葉的開(kāi)度，輸入所4 需的水量。 (2)LCU 自動(dòng)控制 水電站通過(guò)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)機(jī)組在各種運(yùn)行工況間的轉(zhuǎn)變，如空載轉(zhuǎn)停機(jī)，發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相等；可完成機(jī)組的自動(dòng)同期并網(wǎng)；可實(shí)現(xiàn)機(jī)組的 AGC（頻率和有功功率的控制）；可完成機(jī)組的 AVC（電壓和無(wú)功功率的控制 ） ；即在系統(tǒng)電壓或無(wú)功發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠迅速 自動(dòng)地調(diào)整各臺(tái)機(jī)組的勵(lì)磁和所帶負(fù)荷，并調(diào)整變壓器的變壓比，以達(dá)到使電站高壓母線(xiàn)電壓處于規(guī)定的范圍內(nèi)的要求，同時(shí)在機(jī)組間合理的分配無(wú)功負(fù)荷；還可以根據(jù)壩區(qū)的水位的情況來(lái)實(shí)現(xiàn)溢洪閘的自動(dòng)開(kāi)閉控制。當(dāng)某個(gè)或某些參數(shù)越限時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并作好記錄，按一定時(shí)間間隔生成 報(bào)表；亦可對(duì)水電站的正常運(yùn)行、事故和故障信息的實(shí)時(shí)或隨時(shí)記錄；對(duì)影響關(guān)鍵設(shè)備的主要參數(shù)做趨勢(shì)的分析，一旦有異常趨勢(shì)發(fā)生時(shí)便以報(bào)警信號(hào)的形式提醒運(yùn)行人員及時(shí)采取措施。 令人欣慰的是，近年來(lái)隨著我國(guó)電力 科學(xué) 技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)監(jiān)控水平的不斷提高，許多新建水電站都設(shè)計(jì)了以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為主的高性能的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，一些老式水電站也逐步進(jìn)行了以實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化為目標(biāo)的改造，并都取得了很好的效果。即使?fàn)幦〉搅税l(fā)電上網(wǎng)的機(jī)會(huì)，又因設(shè)備陳舊落后而不能可靠運(yùn)行，既影響電網(wǎng)供電，又使自身效益受損，最終也失去了好3 不容易才爭(zhēng)取到的發(fā)電機(jī)遇。 根據(jù)國(guó)家電力體制改革的要求，實(shí)現(xiàn)“廠網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”后，水電站如果沒(méi)有綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，而是依靠傳統(tǒng)的人工操作控制，將難以滿(mǎn)足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。 水電站大多地處偏僻山區(qū)，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，職工長(zhǎng)期生活在較差的環(huán)境之中。 水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的意義及應(yīng)用 隨著我國(guó)國(guó)民 經(jīng)濟(jì) 的快速發(fā)展和人民群眾物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，社會(huì)對(duì)電力的需求日益增強(qiáng)，對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。但到了90 年代后期，我國(guó)的水電計(jì)算機(jī)監(jiān)控水平發(fā)展進(jìn)步明顯，已經(jīng)出現(xiàn)研發(fā)及生產(chǎn)如變壓器、發(fā)電機(jī)綜合自動(dòng)化裝置，線(xiàn)路保護(hù)裝置，自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置等以微機(jī)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化廠家，為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了設(shè)備保障。如加拿大的邱吉爾瀑布，總裝機(jī)容量 5225MW；美國(guó)的大古力水電站，總裝機(jī)容量 6150MW；日本的玉原抽水蓄能電站等都是非常有代表性的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，而且都在設(shè)計(jì)和研究方面做了非常大的嘗試。 國(guó)外研究發(fā)展?fàn)顩r方面講，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)普遍實(shí)現(xiàn)水電站的全自動(dòng)，而且由于水電站監(jiān)控技術(shù)發(fā)展較快，各國(guó)的發(fā)展也不平衡。 水電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展 水電站自動(dòng)化技術(shù)是 20 世紀(jì)初才發(fā)展起來(lái)的，此前的水電站控制是采用人工手動(dòng)操作的方式控制的，到四十 年代，幾乎所有水電站都采用了主機(jī)和控制一體化的直接控制方式；五十年代引入了遠(yuǎn)方控制技術(shù)，可以從遠(yuǎn)方對(duì)主機(jī)進(jìn)行檢測(cè)、控制、保護(hù)；六十年代，由于采用了半導(dǎo)體技術(shù)，控制回路向電子化、小型化、無(wú)觸點(diǎn)化方向發(fā)展。 本課題是針對(duì)常見(jiàn)的小型水電站的建設(shè)而研究的。由于該技術(shù)需要一定的資金與技術(shù)支持，目前我國(guó)大型水電站已普遍采用該技術(shù)，但在小型水電站中還有待進(jìn)一步普及。 關(guān)鍵詞 ： 小型水電站，計(jì)算機(jī)監(jiān)控， 現(xiàn)地控制單元 ,可編程邏輯控制器 2 Abstract The water resource of China is very rich, the development of hydropower is also paratively rapid. However, there are some problems in many small hydroelectric power stations, such as the running time is long, the design is conservative, the installation is backward. All of these problems made serious impact on economic efficiency. Besides, with the rapid development of puter and electronic information technology, advanced and reliable synthetical automation system has been applied widely. Therefore, design and research a suit of puter monitoring and control system which can meet the demand of small and mediumsized hydropower to improve the technology and management level has an important practical significance. The hydropower station puter monitoring and control system is such a kind of technology which involves automatic control theory, puter work, digital image processing etc, and which can also realize the realtime monitoring and management of hydropower station. According to the automatic generation control requirement of hydropower station, the paper finished puter supervisory control system design of a secondly small typical hydropower station . Through adopting the hierarchical and distributed control system structure, the hydropower station control system can be divided into centralize control layer and local control unit layer. According to the characteristic of small hydropower station, we adopt CAN bus work in the design of the munication between the power station control layer master equipment and the local master control unit, and in the measurement and control devices with the local control unit. While in other intelligent devices we adopt the traditional RS485/RS232 work. In the design of local control unit, we adopt EDCS7340 and PLC, plemented by a variety of automated instrumentation to realize the local control unit control and adjusting. In the design of the supervisory puter section, we adopts the powerful industrial control configuration universal edition to plete hydropower station monitoring system monitoring interface design and other functions. 3 Keywords: Small Hydropower Station, Computer Supervisory Control System, Local Control Unit, Programmable Logic Controller 4 目錄 1 緒論 ......................................................................................................................................... 1 水電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展 ...................................................................