水電站的自動(dòng)化系統(tǒng)
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。我國(guó)電力行業(yè)長(zhǎng)期存在自動(dòng)化水平低下,難以滿足社會(huì)對(duì)高質(zhì)量電能的要求,為了提高電能質(zhì)量和發(fā)電效率,需對(duì)老式水電站中以常規(guī)控制、人工操作為主的控制模式進(jìn)行以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的綜合自動(dòng)化改造;對(duì)新建水電站應(yīng)按綜合自動(dòng)化要求進(jìn)行設(shè)計(jì)并實(shí)施,使水電站逐步實(shí)現(xiàn)少人值班,最終達(dá)到無(wú)人值班(或少人值守)的目標(biāo)。
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。對(duì)水電站進(jìn)行綜合自動(dòng)化改造的另一個(gè)目的就是為了改善廣大水電職工的工作和生活環(huán)境,用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)代替人工操作及定時(shí)巡回檢查、記錄等繁雜勞動(dòng),實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班(或少人值守)。
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,將難以滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。不了解實(shí)時(shí)行情,參與競(jìng)價(jià)將非常困難。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,最終也失去了好不容易才爭(zhēng)取到的發(fā)電機(jī)遇。所以,電力體制改革也促使我們要實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化。
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。
2.自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
水電站的綜合自動(dòng)化是建立在以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)之上的,對(duì)整個(gè)電站(甚至梯級(jí)電站或整個(gè)流域)從水文測(cè)報(bào);機(jī)組啟、??刂?,工況監(jiān)視;輔助、公用設(shè)備的啟、停控制,工況監(jiān)視;負(fù)荷的分配,直到輸電線路運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)控制,并能準(zhǔn)確地與上一級(jí)調(diào)度部門進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信等全方位自動(dòng)監(jiān)測(cè)的控制系統(tǒng)。一般包括5個(gè)子系統(tǒng)。
2.1計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
2.1.1概述
這部分是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。根據(jù)計(jì)算機(jī)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用及其與常規(guī)監(jiān)控設(shè)備的關(guān)系,一般有以下三種模式:
?。?) 以常規(guī)控制設(shè)備為主,計(jì)算機(jī)為輔;
?。?) 以計(jì)算機(jī)為主,常規(guī)控制設(shè)備為輔;
?。?) 取消常規(guī)控制設(shè)備的全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
根據(jù)水電站的裝機(jī)容量大小、在電網(wǎng)中的作用和各自的具體情況可分別選用不同模式的監(jiān)控系統(tǒng)。一般新建電站和具備條件(資金、技術(shù)和發(fā)電許可等條件)的電站適合選擇第三種模式,以便達(dá)到一步到位的目的。對(duì)于受其它條件限制的老式水電站的改造,可分別考慮第一、第二兩種模式作為過(guò)渡。這其中各種模式針對(duì)各自電站的具體情況,在設(shè)計(jì)時(shí)也略有不同。
2.1.2實(shí)例
值得說(shuō)明的是,隨著多媒體技術(shù)在水電站的應(yīng)用,語(yǔ)音、動(dòng)畫(huà)、可視化、視像功能也用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)多媒體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),解決好與監(jiān)控系統(tǒng)的連接問(wèn)題。
2.1.3計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能
梯級(jí)電站中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)(即“四遙”)的功能。
2.2工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)
工業(yè)電視系統(tǒng)是現(xiàn)代化管理、監(jiān)視的重要手段,它的主要用途是及時(shí)而真實(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)被監(jiān)控對(duì)象的實(shí)際信息,從而為決策提供依據(jù)。
水電站的監(jiān)控人員借助于工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的輔助監(jiān)視作用,親眼見(jiàn)到了實(shí)況,就能放心地對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制操作,能大大提高設(shè)備遠(yuǎn)方操作的安全性及生產(chǎn)管理效率和自動(dòng)化水平。并在一定程度上起到安全保衛(wèi)的作用。
一般水電站工業(yè)電視系統(tǒng)不與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合,工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)前端設(shè)備獲取的信息經(jīng)本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳送到主控室或分控室主機(jī);在梯級(jí)水電站,各站的信息經(jīng)獨(dú)立于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信通道分別由各水電站傳送到梯調(diào)中心。若工業(yè)電視系統(tǒng)結(jié)合于實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),并由實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)傳送信息到梯調(diào)中心,有可能對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生影響或干擾,不利于安全運(yùn)行。另一方面是由于傳輸速率不同,工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)要求的傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),為達(dá)到傳輸要求必將大大增加投資。
工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)獨(dú)立于實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還有利于電站分期實(shí)施,水電站可先實(shí)施計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),以后再做工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)。
2.3消防監(jiān)控系統(tǒng)
通過(guò)設(shè)置在主、副廠房、主變區(qū)、各主要機(jī)電設(shè)備的重要部位、油庫(kù)、主要建筑設(shè)施等場(chǎng)所的探測(cè)器,消防系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站主要場(chǎng)所進(jìn)行24h不間斷的火情監(jiān)測(cè)。當(dāng)探測(cè)器(感煙、感溫、紅外火焰、紫外、纜式感溫探測(cè)器)檢測(cè)到有火情時(shí),通過(guò)系統(tǒng)總線,自動(dòng)向中央控制室的集中報(bào)警控制器報(bào)警。集中報(bào)警控制器在接收到報(bào)警后,經(jīng)過(guò)信息處理,在報(bào)警控制器上以數(shù)碼顯示方式顯示出火災(zāi)的部位,并通過(guò)串行通信接口,在水電站消防計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)的crt上,自動(dòng)顯示出火災(zāi)的部位編號(hào)及該層的平面布置圖,提示出火災(zāi)的處理措施,同時(shí)根據(jù)火情發(fā)生的部位,經(jīng)確認(rèn)及延時(shí)后,自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)該部位及相關(guān)部位的防火排煙設(shè)備、滅火設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制,實(shí)施滅火等措施。所有的火情信息由水電站消防計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)經(jīng)信息處理后送至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用異步通信方式實(shí)現(xiàn)通信。系統(tǒng)的構(gòu)成如此所示。
另外還要求消防系統(tǒng)同時(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)、防火排煙設(shè)備、二氧化碳滅火系統(tǒng)以及水噴霧滅火系統(tǒng)的控制。
2.4基礎(chǔ)自動(dòng)化元件及自動(dòng)裝置
2.4.1自動(dòng)裝置
自動(dòng)裝置是獨(dú)立于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之外,能單獨(dú)發(fā)揮作用,對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)的裝置或回路的邏輯組合。在水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中,必須要有快速、靈敏、安全、穩(wěn)定、可靠的自動(dòng)控制設(shè)備與計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備相配套,才能取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。
計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)與水機(jī)調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)型繼電保護(hù)裝置及其它自動(dòng)裝置接口。
2.4.2基礎(chǔ)自動(dòng)化元件
基礎(chǔ)自動(dòng)化元件是監(jiān)視水電站主、輔設(shè)備運(yùn)行工況、判斷和處理異常狀態(tài)、執(zhí)行控制操作的耳目和手腳,其運(yùn)行狀況直接影響著機(jī)組及輔助設(shè)備的自動(dòng)控制和安全保護(hù)性能。一般應(yīng)以國(guó)產(chǎn)為主,進(jìn)口為輔的原則進(jìn)行配置、選型。
2.5水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)
我國(guó)多數(shù)水電站兼有防洪、灌溉等任務(wù),在水庫(kù)調(diào)度工作中,不僅要搞好水庫(kù)的發(fā)電經(jīng)濟(jì)調(diào)度,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)還要及時(shí)、正確地掌握水情、汛情,搞好防洪渡汛工作。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)一方面要及時(shí)、準(zhǔn)確、快捷地采集水情,另一方面還要通過(guò)計(jì)算機(jī)在較短的時(shí)間內(nèi)作出洪水預(yù)報(bào)。該系統(tǒng)對(duì)水電站的防洪、排沙、發(fā)電、調(diào)峰、調(diào)頻、灌溉、航運(yùn)、漂木等均有十分重要的意義。
水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)按規(guī)模和性質(zhì)的不同可分為水文自動(dòng)測(cè)報(bào)基本系統(tǒng)和水文自動(dòng)測(cè)報(bào)網(wǎng)。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)基本系統(tǒng)由中心站(包括監(jiān)測(cè)站)、遙測(cè)站、信道(包括中繼站)組成。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)網(wǎng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口和各種信道,把若干個(gè)基本系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái),組成進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的自動(dòng)測(cè)報(bào)網(wǎng)絡(luò)。
水文自動(dòng)測(cè)報(bào)基本系統(tǒng)的功能框圖如此所示。
其通信方式一般有超短波通信、短波通信、衛(wèi)星通信等,可根據(jù)電站規(guī)模及當(dāng)?shù)貤l件選擇不同的通信方式。
3.結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)具有得天獨(dú)厚的水能資源,其理論蘊(yùn)藏量為6.76億kw,年發(fā)電量59200億kw.h,技術(shù)可開(kāi)發(fā)量為3.78億kw,居世界首位。逐漸加大開(kāi)發(fā)力度,利用好豐富的水能資源,對(duì)于我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施,具有十分重大的意義。
水電站實(shí)施綜合自動(dòng)化系統(tǒng),以達(dá)到“無(wú)人值班”(少人值守)的目標(biāo),是水電站現(xiàn)代化管理的發(fā)展方向,是科技進(jìn)步的標(biāo)志,是我國(guó)電力管理部門對(duì)水電站現(xiàn)代化提出的要求,在電力體制改革后也是水電站自身生存和發(fā)展的需要。
在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施改造時(shí),應(yīng)先從基礎(chǔ)自動(dòng)化元件、自動(dòng)裝置著手,先使手腳變得靈活,再對(duì)大腦進(jìn)行手術(shù)。一旦大腦改變,便形成一套完整的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。即使在近期內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控,也能很好地實(shí)現(xiàn)
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