水電站自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的組成部分，目的是提高發(fā)供電的可靠性，保證電能質(zhì)量及電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，同時(shí)也有效地改善運(yùn)行人員的工作條件，最終提高水電企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 

一. 水電廠自動(dòng)化的發(fā)展回顧 

   我國(guó)大中型水電廠自動(dòng)化以計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)為平臺(tái),經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟,而我國(guó)農(nóng)村中小水電廠的自動(dòng)化正處于一個(gè)推廣應(yīng)用快速發(fā)展的階段。大中型水電廠的監(jiān)控技術(shù)的成熟在于：

1. 起步早,在1979-1985年就以葛洲壩、富春江等四個(gè)電廠為試點(diǎn)制定了水電廠自動(dòng)化的七年發(fā)展規(guī)劃，在試點(diǎn)成功以后，于1987年在南京召開(kāi)了“全國(guó)水電廠自動(dòng)化技術(shù)總結(jié)和規(guī)劃落實(shí)工作會(huì)議”，又于1993年在成都召開(kāi)了“全國(guó)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工作會(huì)議”，啟動(dòng)和落實(shí)了推廣工作，規(guī)定“八五”期間應(yīng)有40個(gè)大型水電廠（群）實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及安全監(jiān)測(cè)。

2. 重視程度大，由于大中型電廠多歸口原國(guó)家電力部主管，且電廠在系統(tǒng)中的作用又比較重要，因而不論從安全運(yùn)行，還是從經(jīng)濟(jì)效益的角度來(lái)說(shuō)都把推廣以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為基礎(chǔ)的自動(dòng)化工作放在了非常重要的位置，來(lái)加以推廣應(yīng)用。

3. 人員素質(zhì)較高，電力行業(yè)技術(shù)比較專業(yè)，均受過(guò)良好的專業(yè)教育與技術(shù)培訓(xùn)。

4. 資金比較充裕。

5. 管理比較規(guī)范，不論在設(shè)計(jì)方面，還是在技術(shù)實(shí)施方面，大中型水電廠在上述條件下，水電廠自動(dòng)化工作基本做到了以下內(nèi)容：

● 保證合理的資金預(yù)算與支付；

● 根據(jù)水電廠的裝機(jī)容量，在系統(tǒng)中的地位進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)；

● 安排比較周密的工期計(jì)劃；

● 選擇具有實(shí)力的供貨廠家；

● 按以下原則實(shí)現(xiàn)了水電廠的綜合自動(dòng)化：統(tǒng)籌考慮、電廠運(yùn)行、電力調(diào)度、水利調(diào)度、航運(yùn)調(diào)度、水情測(cè)報(bào)、灌溉、防洪等彼此之間的關(guān)系。

中國(guó)農(nóng)村水電或中小水電起源于20世紀(jì)90年代，指總裝機(jī)在5萬(wàn)kW以下水電站及其配套電網(wǎng)。 

中小水電站的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展大致分三個(gè)階段：

第一階段為20世紀(jì)70年代以前，基本為傳統(tǒng)的機(jī)電電磁技術(shù)；

第二階段大約為90年代期間，為計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)在中小水電站移植試點(diǎn)階段，此階段的狀況是：

● 模仿大中型水電廠的監(jiān)控模式，將大中型水電廠的模式直接搬到中小水電站上來(lái)；

● 將用于變電站中的綜合自動(dòng)化模式略加修改搬到水電站上來(lái)；

● 少數(shù)廠家結(jié)合中小水電站的特點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)出適合于中小水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式，并致力于推廣應(yīng)用。

    第三階段為2001年以來(lái)，尤其是2002年5月國(guó)家水利部在湖南郴洲召開(kāi)的“全國(guó)農(nóng)村水電現(xiàn)代化建設(shè)工作現(xiàn)場(chǎng)會(huì)”，并在當(dāng)年由于水利部頒發(fā)了水電（2003）170號(hào)文以來(lái)，在全國(guó)農(nóng)村水電領(lǐng)域展開(kāi)了全面推廣現(xiàn)代化技術(shù)的工作，經(jīng)過(guò)十多年的試點(diǎn)，中小水電站自動(dòng)化水平已到一個(gè)關(guān)鍵的攻堅(jiān)階段。目前農(nóng)村水電作為農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，中小型水電站得到了快速的發(fā)展，但由于在農(nóng)村水電建設(shè)的歷史上是重建設(shè)、輕管理，建設(shè)資金缺乏，技術(shù)力量不強(qiáng)。在設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、設(shè)備管理、資金投入、人才水平等方面與大電網(wǎng)有較大的差距，因此迫切需要加強(qiáng)全面行業(yè)管理。 

二. 農(nóng)村水電自動(dòng)化現(xiàn)狀調(diào)查及分析 

   根據(jù)《農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化指導(dǎo)意見(jiàn)》的精神，總結(jié)公司近20年來(lái)從事中小型水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，從農(nóng)村水電廠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、施工方案等方面進(jìn)行全面統(tǒng)計(jì)和分析，制定了專門針對(duì)新建農(nóng)村水電廠和改造農(nóng)村水電廠自動(dòng)化建設(shè)的詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工程服務(wù)技術(shù)文件和管理流程。為更客觀的了解農(nóng)村水電廠的現(xiàn)狀，公司成立了專門現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查小組，選擇了湖南進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，共22座水電站，這些電站基本上是在90年代末建成投運(yùn)，總裝機(jī)從400kW到4000kW，重要分布在山區(qū)，沒(méi)有專門的道路，大部分為田間小路，坑坑洼洼，水電站周圍沒(méi)有住家，方圓幾里都見(jiàn)不到人。這些水電站由于總投資少，對(duì)于水電站的自動(dòng)化元件投入成本有限，因此在建站初期基本不考慮自動(dòng)化。基本現(xiàn)狀如下： 

1. 采用一機(jī)兩屏的模式，一臺(tái)勵(lì)磁屏，一臺(tái)低壓控制同期屏；

2. 全手動(dòng)機(jī)械調(diào)速器；

3. 手動(dòng)旋轉(zhuǎn)多圈電位器實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)；

4. 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制進(jìn)水閥；

5. 沒(méi)有氣系統(tǒng)、油系統(tǒng)，只有簡(jiǎn)單的水通道；

6. 沒(méi)有測(cè)速裝置，靠經(jīng)驗(yàn)判斷；

7. 沒(méi)有自動(dòng)剎車系統(tǒng)，通過(guò)以下三種方式剎車：

● 沒(méi)有任何剎車手段，機(jī)組自行停機(jī)；

● 對(duì)于沖擊式水輪機(jī)，水輪發(fā)電機(jī)均置于廠房地面，其剎車采用木棒直接頂平衡輪剎車； 

● 對(duì)于軸流式水輪機(jī)，一般情況不剎車，在緊急條件下，采用人工補(bǔ)氣剎車和木棒剎車；

8. 400V機(jī)端電壓，一條10KV出線； 

9. 無(wú)電壓互感器，機(jī)端電壓400V直接由于測(cè)量、同期；

10. 無(wú)變壓器保護(hù)，變壓器兩側(cè)無(wú)斷路器；

11. 無(wú)線路保護(hù)，10KV線路出線為跌落式熔斷器；

12. 發(fā)電機(jī)只配置了三相電磁式繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)；

13. 每臺(tái)發(fā)電機(jī)出口配置了380V三相電度表，置于“低壓控制同期屏”中；

14. 一條10KV出線配置了高壓計(jì)量表；

15. 發(fā)電機(jī)出口斷路器和刀閘置于“低壓控制同期屏”中；

16. 每臺(tái)發(fā)電機(jī)均配置了“自動(dòng)并列控制器”，在人工手動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中捕捉同期點(diǎn)，無(wú)同期閉鎖功能。個(gè)別電站還在采用6個(gè)燈泡的“暗燈法”作為同期判斷；

17. 每臺(tái)機(jī)組均配置了4塊常規(guī)測(cè)量?jī)x表，分別為：頻率表、電壓表、電流表、功率因數(shù)表和一塊相位比較表。置于“低壓控制同期屏”中。 

根據(jù)調(diào)查結(jié)果反映出電站基本沒(méi)有自動(dòng)化功能，全部采用手動(dòng)常規(guī)控制設(shè)備，且設(shè)備老化，可靠程度低，在部分電站由于設(shè)備原因而導(dǎo)致影響正常供電。針對(duì)農(nóng)村水電廠的現(xiàn)狀，從項(xiàng)目總體改造著手，制定了農(nóng)村水電廠自動(dòng)化改造的總體方案和實(shí)施計(jì)劃，并成功的在幾十個(gè)電站中得到運(yùn)用。在實(shí)際改造和投運(yùn)過(guò)程中按以下主要步驟執(zhí)行： 

1. 充分與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員溝通交流，了解電站的運(yùn)行現(xiàn)狀、運(yùn)行規(guī)程、維護(hù)情況和主要特點(diǎn)，結(jié)合電站的原始圖紙，編制自動(dòng)化改造的總體思路和初步實(shí)施方案。

2. 收集電站的相關(guān)資料：電氣一次主接線圖；電氣一次開(kāi)關(guān)柜布置圖、端子圖；中控室平面布置圖；勵(lì)磁原理圖、端子圖；調(diào)速器原理圖、端子圖；機(jī)組自動(dòng)化元件布置圖；機(jī)組自動(dòng)化控制回路圖；機(jī)組測(cè)溫系統(tǒng)圖；保護(hù)系統(tǒng)配置圖；測(cè)量、計(jì)量系統(tǒng)配置圖；電源系統(tǒng)配置圖；同期系統(tǒng)圖等；

3. 全面了解一次設(shè)備的輸入輸出接口，判斷是否滿足自動(dòng)化接口要求； 

4. 全面了解電站所有設(shè)備的測(cè)量、控制過(guò)程和相關(guān)的保護(hù)配置，編制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制后相關(guān)過(guò)程的邏輯； 

5. 全面了解機(jī)組的開(kāi)機(jī)、停機(jī)、事故停機(jī)、緊急事故停機(jī)的控制邏輯和相關(guān)子過(guò)程的邏輯關(guān)系，主要從測(cè)量輸入和執(zhí)行控制輸出兩方面了解相關(guān)控制過(guò)程，編制上述過(guò)程的可編程控制邏輯流程圖；

6. 全面了解電站各種測(cè)量信號(hào)和控制/調(diào)節(jié)輸出現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化元件的配置情況，根據(jù)自動(dòng)化改造需要，列出需配置的自動(dòng)化元件清單； 

7. 根據(jù)上述內(nèi)容總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)資料和調(diào)查情況，詳細(xì)設(shè)計(jì)需改造的各子系統(tǒng)（調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、高低壓開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)、電源及配電系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、模擬屏等）的結(jié)構(gòu)、主要設(shè)備型號(hào)、系統(tǒng)功能及性能、信號(hào)傳送及通信方式等； 

8. 根據(jù)改造工期要求，制定詳細(xì)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試實(shí)施計(jì)劃，確定項(xiàng)目改造項(xiàng)目管理負(fù)責(zé)人、技術(shù)負(fù)責(zé)人和相關(guān)技術(shù)人員，在各階段定期、及時(shí)與電站負(fù)責(zé)人和管理人員保持聯(lián)系，并進(jìn)行階段性的評(píng)審。 

下面我們以湖北魏家洲電站和廣東北峰山水電站為例，介紹電站自動(dòng)化改造的體會(huì)。 

三. 水電站自動(dòng)化改造案例一：湖北魏家洲水電站 

魏家洲電站建于1978年，1980年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)水頭52M，單機(jī)2.3個(gè)流量；共3臺(tái)機(jī)組，容量為800kW×3臺(tái)，一條6.3kV母線；一臺(tái)油浸式變壓器，容量為3150kVA×1臺(tái)，一條35kV母線，一條35kV出線；一臺(tái)近區(qū)變35kV/0.4kV, 容量為800kVA。

整個(gè)電站設(shè)備老化，自動(dòng)化程度低，不能滿足需要，在湖北省水利廳發(fā)電處的直接支持下，使用電氣化資金對(duì)該站進(jìn)行了全面改造，情況介紹如下：

1. 主設(shè)備改造

1.1 水輪機(jī)的改造

● 更新設(shè)計(jì)制造轉(zhuǎn)輪，采用新型轉(zhuǎn)輪替換原轉(zhuǎn)輪，提高水輪機(jī)效率，增加過(guò)流能力，達(dá)到增加機(jī)組出力的改造目的，并顯著改善機(jī)組運(yùn)行工況，加寬機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行范圍。新改造后的轉(zhuǎn)輪有較寬的穩(wěn)定運(yùn)行范圍、有較強(qiáng)的抗空蝕能力、有較高的水力效率。改造前實(shí)際最大出力2300KW，改造后最大出力可達(dá)2500KW。可以更好地適應(yīng)電站水頭和出力變化要求，在更大的負(fù)荷區(qū)間高效工作而不產(chǎn)生有害的水力振動(dòng)和嚴(yán)重空蝕，改造費(fèi)用為66萬(wàn)。

● 水輪發(fā)電機(jī)組的主軸通過(guò)強(qiáng)度校核計(jì)算，強(qiáng)度符合改造后增加出力的要求。

● 更換、修復(fù)磨損的過(guò)流部件：由于機(jī)組已運(yùn)行20多年，過(guò)流部件不同程度的發(fā)生嚴(yán)重空蝕及磨損，容積損失大大超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，直接影響著水輪機(jī)工作的效率。采用更換前后蓋板、更換密封環(huán)及主軸密封副；修復(fù)導(dǎo)葉翼型、重新調(diào)整導(dǎo)葉立面和端面間隙使其符合新機(jī)組出廠國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；更換導(dǎo)葉軸套，重新鉆鉸導(dǎo)葉定位銷孔等。

● 改造水輪機(jī)流道，配套適用新轉(zhuǎn)輪，使其符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 發(fā)電機(jī)的改造

● 發(fā)電機(jī)定子：重新設(shè)計(jì)制作定子線圈，增大定子線圈線徑截面，使用新型高科技絕緣材料，提高線圈絕緣等級(jí)，使其達(dá)到F級(jí)絕緣等級(jí)；各接頭及過(guò)橋線、引出線均改錫焊為銀焊。

● 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子抽芯拆卸解體，重新稱重配掛磁極，轉(zhuǎn)子重新進(jìn)行整體絕緣處理。

● 發(fā)電機(jī)引出線部件：更換刷握及碳刷等部件；更換發(fā)電機(jī)引出線，提高引出線載流能力，以符合改造后機(jī)組運(yùn)行要求。

2. 其他設(shè)備的改造

2.1 改造前的基本情況：

● 調(diào)速器系統(tǒng)：原調(diào)速器控制可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)停機(jī)功能，由于導(dǎo)葉行程的對(duì)應(yīng)狀態(tài)不準(zhǔn)確和其他因素，此功能一直未使用；

● 調(diào)速油壓?jiǎn)卧壕哂杏蛪褐甘颈砗团涮纂妱?dòng)機(jī)，但不能實(shí)現(xiàn)油泵的自動(dòng)控制；

● 勵(lì)磁系統(tǒng)：常規(guī)多圈旋轉(zhuǎn)電阻式手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)多圈電阻實(shí)現(xiàn)無(wú)功的調(diào)節(jié)；

● 高壓開(kāi)關(guān)柜單元：共9面屏，分別為：1，2，3號(hào)發(fā)電機(jī)的PT柜和斷路器控制柜，廠用變屏柜，6KV出線柜；在各斷路器的控制柜上配置有功、無(wú)功電能表，但有功、無(wú)功電能表數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)通信，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能上傳計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；

● 動(dòng)力屏單元：經(jīng)廠用變輸出至動(dòng)力屏后，分別獨(dú)立為各設(shè)備和控制回路提供工作、操作控制等電源；

● 保護(hù)系統(tǒng)：共4面常規(guī)保護(hù)屏，分別為：1，2，3號(hào)發(fā)電機(jī)常規(guī)保護(hù)屏、主變線路常規(guī)保護(hù)屏；

● 碟閥控制單元：具有蝶坑的位置信號(hào)和蝶閥的電動(dòng)控制、行程位置，但行程位置不能準(zhǔn)確指示實(shí)際蝶閥的全關(guān)和全開(kāi)位置；

● 集水井控制單元：具有集水井的水位高低的接點(diǎn)信號(hào)和電動(dòng)回路，無(wú)實(shí)際水位顯示和自動(dòng)控制功能；

● 中控室屏柜設(shè)置：中控室設(shè)置為“機(jī)組控制屏4面，常規(guī)保護(hù)屏4面”共8面屏柜；

● 水位監(jiān)測(cè)：前池水位、尾水水位無(wú)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位功能；

● 技術(shù)供水單元：手動(dòng)控制進(jìn)水閥門，無(wú)自動(dòng)供水控制機(jī)構(gòu)和管道的水流監(jiān)測(cè)；

● 測(cè)溫單元：原配置的機(jī)組軸瓦溫度測(cè)量表已不能進(jìn)行溫度測(cè)量；

● 同期單元：手動(dòng)同期，機(jī)械表頭指示；

2.2 改造后的基本情況： 

● 調(diào)速器系統(tǒng)：對(duì)導(dǎo)葉電動(dòng)控制回路、導(dǎo)葉開(kāi)度限制行程、導(dǎo)葉實(shí)際位置行程進(jìn)行改造，使其能提供準(zhǔn)確的導(dǎo)葉位置的反饋信號(hào)。完成導(dǎo)葉的電動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)停機(jī)功能，行程反饋信號(hào)準(zhǔn)確，在中控室即能完成遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)和機(jī)組控制功能。 

● 調(diào)速油壓?jiǎn)卧簩?duì)油壓的電動(dòng)回路和信號(hào)回路進(jìn)行改造，使其具有對(duì)油壓裝置的啟動(dòng)和停止遠(yuǎn)方控制接口，并能以空節(jié)點(diǎn)形式提供啟動(dòng)油泵和停止油泵的信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速油壓油泵的自動(dòng)控制，在機(jī)組自動(dòng)控制回路中增加與此有關(guān)的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)組自動(dòng)控制中相關(guān)輔助設(shè)備的自動(dòng)控制。 

● 勵(lì)磁系統(tǒng)：采用微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了具有自動(dòng)控制方式，最小、最大勵(lì)磁限制及自勵(lì)和它勵(lì)運(yùn)行方式，可就地調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)功能，具備自動(dòng)起勵(lì)、滅磁條件。

● 高壓開(kāi)關(guān)柜單元：原高壓斷路器控制柜能滿足自動(dòng)化的控制要求，改進(jìn)配置的原機(jī)械電能表，在原裝配位置上更換為電子式電能表（具有通信功能），實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)上傳。

● 動(dòng)力屏單元：在原動(dòng)力屏的基礎(chǔ)上，增加4組獨(dú)立的電源供計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和其他自動(dòng)化回路使用。

● 保護(hù)系統(tǒng)：全部更換為微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。

● 碟閥控制單元：對(duì)碟閥的電動(dòng)回路和反饋行程進(jìn)行改造，使其具有對(duì)啟動(dòng)和停止電動(dòng)控制回路遠(yuǎn)方接口，并能以空節(jié)點(diǎn)形式提供啟動(dòng)電機(jī)和停止電機(jī)的信號(hào)。增設(shè)對(duì)碟坑的實(shí)際水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)的變送器，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，專門就地設(shè)計(jì)了碟閥控制箱，解決了原碟閥操作回路外置現(xiàn)象。在美觀性、整體性、維修方面都提高了設(shè)備管理水平。 

● 集水井控制單元：對(duì)集水井的電動(dòng)回路和信號(hào)回路進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)集水井的自動(dòng)控制功能及增設(shè)對(duì)集水井的實(shí)際水位監(jiān)測(cè)變送器，完成實(shí)際水位的實(shí)時(shí)測(cè)量。并具有對(duì)控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止遠(yuǎn)方接口，以空節(jié)點(diǎn)形式提供遠(yuǎn)方啟動(dòng)電機(jī)和停止電機(jī)的信號(hào)。 

● 中控室屏柜設(shè)置：替換原所有8面屏柜，更換為“機(jī)組自動(dòng)控制保護(hù)屏3面，微機(jī)線路主變保護(hù)屏1面，同期監(jiān)控屏1面”共5面屏柜。并對(duì)中控室的布局進(jìn)行的重新設(shè)計(jì)和裝修。 

● 水位監(jiān)測(cè)：增設(shè)前池水位、尾水水位變送器，并輸出4~20mA的電流信號(hào)提供計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)測(cè)量功能。 

● 技術(shù)供水單元：加裝進(jìn)水控制電磁閥，提供電磁閥的遠(yuǎn)方控制接口，并配置管道示流信號(hào)，傳送至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)供水回路的自動(dòng)控制。 

● 同期單元：增設(shè)同期控制屏，以自動(dòng)同期為主，手動(dòng)同期為輔的同期方式。 

● 經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)改造，該電站成功投運(yùn)了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)、油、氣、水系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)等設(shè)備的自動(dòng)化接口功能，達(dá)到了在監(jiān)視、測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)方面的全自動(dòng)化技術(shù)改造目的，結(jié)構(gòu)圖如下：

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四. 水電站自動(dòng)化改造案例二：廣東北峰山水電站

   廣東北峰山電站：共6臺(tái)機(jī)組，容量為2500kW×2臺(tái)，一條6.3kV母線；500kW×3臺(tái)，320kW×1臺(tái)，兩條400V母線；三臺(tái)油浸式變壓器：1250kVA×2，6300kVA×1，一條35kV母線，兩條35kV出線。

    整個(gè)電站設(shè)備老化，特別是常規(guī)保護(hù)屏和斷路器控制單元在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)由于相應(yīng)接點(diǎn)的不可靠而導(dǎo)致控制不靈敏，裝置功能單一，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，油氣水管道回路的測(cè)量常規(guī)表計(jì)工作不穩(wěn)定，相應(yīng)的接點(diǎn)信號(hào)狀態(tài)不能及時(shí)反饋。

   為提高電站監(jiān)控和運(yùn)行管理的自動(dòng)化水平，確保電站安全可靠的運(yùn)行；改善運(yùn)行人員的工作條件，實(shí)現(xiàn)電站少人值班并逐漸過(guò)渡到"無(wú)人值班，少人值守"；提高電站的經(jīng)濟(jì)效益,特對(duì)該電站進(jìn)行改造，改造前的主要情況如下： 

1. 4臺(tái)低壓機(jī)組調(diào)速采用手動(dòng)控制和調(diào)節(jié)；采用微機(jī)油壓調(diào)速，處于半自動(dòng)化模式；勵(lì)磁采用常規(guī)多圈旋轉(zhuǎn)電阻式手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)多圈電阻實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)無(wú)功； 

2. 采用自動(dòng)準(zhǔn)同期和手動(dòng)同期兩種同期方式，其中自動(dòng)同期為手動(dòng)調(diào)節(jié)，由自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置捕捉同期點(diǎn)合閘，同期點(diǎn)為發(fā)電機(jī)出口斷路器；

3. 保護(hù)配置：機(jī)組配過(guò)流、欠壓保護(hù)，均為常規(guī)保護(hù)。采用常規(guī)機(jī)械表頭測(cè)量機(jī)端頻率、三相電流、電壓、有功、無(wú)功、功率因數(shù)，人工抄表。 

4. 機(jī)組控制采用單部手動(dòng)開(kāi)機(jī)，每部操作需有人工現(xiàn)地完成，油、氣、水回路均采用手動(dòng)閥門人工開(kāi)關(guān)，無(wú)自動(dòng)化測(cè)量元件，均在需監(jiān)測(cè)的位置安裝了機(jī)械常規(guī)測(cè)量表頭，依據(jù)值班人員的巡檢對(duì)回路進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5. 閘門控制系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地手動(dòng)控制；

經(jīng)過(guò)近半年的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和溝通交流，確定了該電站改造的9個(gè)子系統(tǒng)，改造后各系統(tǒng)的情況如下：

1. 調(diào)速器系統(tǒng)

采用數(shù)字式高油壓水輪機(jī)調(diào)速器，該調(diào)速器系統(tǒng)主要由可編程調(diào)節(jié)器、數(shù)字閥、油泵、電機(jī)、皮囊式蓄能器組成。主要功能是測(cè)量機(jī)組和電網(wǎng)的頻率；按PID規(guī)律對(duì)頻差進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生具有PID規(guī)律的調(diào)節(jié)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)頻率、開(kāi)度和功率多種調(diào)節(jié)模式，實(shí)現(xiàn)開(kāi)停機(jī)操作和電氣開(kāi)限等功能。

在改造調(diào)速器系統(tǒng)過(guò)程中，主要工作重點(diǎn)在機(jī)械部分的改造環(huán)節(jié)上，特別是對(duì)于導(dǎo)葉控制環(huán)拉桿的和行程反饋的設(shè)計(jì)安裝，是調(diào)速器的改造的關(guān)鍵工序。創(chuàng)新點(diǎn)在于利用用調(diào)速器的自備油源，增加了自動(dòng)剎車功能，替代了原手動(dòng)木棒剎車。

2. 勵(lì)磁系統(tǒng)

采用微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了具有自動(dòng)控制方式，最小、最大勵(lì)磁限制及自勵(lì)和它勵(lì)運(yùn)行方式，可就地調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)功能，具備自動(dòng)起勵(lì)、滅磁條件。

3. 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 

在改造前，所有的測(cè)量數(shù)據(jù)和控制都需人工抄表或手動(dòng)控制完成，增設(shè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后，系統(tǒng)采用全開(kāi)放分層分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)具有高可靠性、實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性和可擴(kuò)充性等技術(shù)性能，滿足經(jīng)濟(jì)實(shí)用的要求，達(dá)到少人職守的目標(biāo)，減少了運(yùn)行維護(hù)人員的條件，在改造前，電站有幾十人進(jìn)行運(yùn)行和維護(hù)，在投運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)后，人員大大減少了，每個(gè)班組組只需要2-3人即可完成新站和舊站共六臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)，達(dá)到了減員增效，提高了電站管理水平的要求。 

北峰山水庫(kù)電站分為新站和舊站兩站，設(shè)站長(zhǎng)主機(jī)一套置于站長(zhǎng)室內(nèi)，可遠(yuǎn)方查詢調(diào)節(jié)控制兩站的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。兩站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，兩站的數(shù)據(jù)信息可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換。

每個(gè)站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)均分為二層：主控制級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)。兩層之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線式的高可靠通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

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4. 低壓開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)

更換了原舊系統(tǒng)，改進(jìn)了跳合閘斷路器的控制回路，增設(shè)了相應(yīng)的控制回路。 

   魚市水電站經(jīng)過(guò)近半年的自動(dòng)化改造，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全開(kāi)放分層分布式模式，通過(guò)對(duì)電站各設(shè)備信息數(shù)據(jù)采集、處理，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)，保證了電站設(shè)備充分利用水能安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少了運(yùn)行與維護(hù)成本，改善了運(yùn)行條件。并在系統(tǒng)抗雷擊和電磁干擾方面得到了加強(qiáng)，防雷系統(tǒng)的成功投運(yùn)解決了電站以前遇到雷電部分設(shè)備遭損壞現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)安全性。改造后的電站改變了原來(lái)的常規(guī)手動(dòng)控制、人工抄表模式，實(shí)現(xiàn)了電站自動(dòng)化，提高了系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性，在改造后期的運(yùn)行過(guò)程中也減少了運(yùn)行和維護(hù)人員，提高了電站經(jīng)濟(jì)效益。 

5. 直流電源系統(tǒng)

    根據(jù)改造內(nèi)容及負(fù)載，直流系統(tǒng)為200AH，采用雙路交流輸入；接線方式采用單母線接線方式；充電裝置采用高頻開(kāi)關(guān)整流模塊，N+1備份工作方式；輸出電壓為220VDC，輸出電流為30A。采用開(kāi)關(guān)電源特有的模塊化設(shè)計(jì)，N+1熱備份；充電模塊可帶電插拔，在線維護(hù)，方便快捷；自主均流技術(shù)，模塊間輸出電流最大不平衡度小于±5%；開(kāi)放式接口設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)大的通訊功能，很方便實(shí)現(xiàn)與變電站或電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連。

6. 防雷系統(tǒng)

    由于地處山區(qū)，又屬多雷區(qū)，在電站改造之前經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備因雷擊而導(dǎo)致?lián)屝蕃F(xiàn)象。因此設(shè)計(jì)了防雷系統(tǒng)，主要從以下幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行可防雷布置：電源一級(jí)防雷、電源二級(jí)防雷、通信線路防雷、控制線路防雷、4-20mA信號(hào)防雷器；

7. 模擬屏

    原中控室無(wú)模擬屏，增設(shè)了此系統(tǒng)，采用U型鋼架，馬賽克拼塊組成，采用阻燃材料，淺灰色，根據(jù)電站主接線圖，用帶有各種標(biāo)準(zhǔn)的電器符號(hào)的馬賽克拼接而成。整體長(zhǎng)4米，高2.4米，深0.55米，采用屏面結(jié)構(gòu)，弧形，安放4臺(tái)21`電視機(jī)，用于顯示視頻監(jiān)控畫面，核心是微型計(jì)算機(jī)軟硬件基層系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程通信、監(jiān)控顯示和管理、失電保護(hù)、在線檢查元件功能。 

8. 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

    增設(shè)了該系統(tǒng)，通過(guò)攝像監(jiān)控系統(tǒng)可提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，更方便的對(duì)全廠重點(diǎn)部位的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行準(zhǔn)確了解，在發(fā)電廠實(shí)施工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，安全值班人員、廠領(lǐng)導(dǎo)可以隨時(shí)對(duì)全廠重點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)控和監(jiān)視，以便能夠?qū)崟r(shí)、直接地了解和掌握各部門的情況，并及時(shí)對(duì)發(fā)生的情況做出反應(yīng)。現(xiàn)場(chǎng)圖像經(jīng)過(guò)分控計(jì)算機(jī)處理，通過(guò)光纜及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心對(duì)接收的視頻數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),進(jìn)行監(jiān)控、存儲(chǔ)、管理，值班人員能夠及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況。

9. 泄洪閘門控制系統(tǒng)

增設(shè)了閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了閘門開(kāi)度的實(shí)時(shí)顯示和遠(yuǎn)程控制功能。

    北峰山水電站經(jīng)過(guò)近半年的自動(dòng)化改造，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用集中與分散相結(jié)合模式，通過(guò)對(duì)電站各設(shè)備信息數(shù)據(jù)采集、處理，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)，保證了電站設(shè)備充分利用水能安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少了運(yùn)行與維護(hù)成本，改善了運(yùn)行條件。并在系統(tǒng)抗雷擊和電磁干擾方面得到了加強(qiáng)，防雷系統(tǒng)的成功投運(yùn)解決了電站以前遇到雷電部分設(shè)備遭損壞現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)安全性。改造后的電站改變了原來(lái)的常規(guī)手動(dòng)控制、人工抄表模式，實(shí)現(xiàn)了電站自動(dòng)化，提高了系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性，在改造后期的運(yùn)行過(guò)程中也減少了運(yùn)行和維護(hù)人員，提高了電站經(jīng)濟(jì)效益。

五. 中國(guó)農(nóng)村水電站自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)和建議

    水電廠（站）自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，在大中型電站已完全達(dá)到了實(shí)用化程度，其自動(dòng)化技術(shù)已全部采用基于計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)。但除上位機(jī)及機(jī)組自動(dòng)屏之間的信號(hào)傳輸采用光纖之外，數(shù)據(jù)采集，繼電保護(hù)輸入等級(jí)為模擬輸入的監(jiān)控系統(tǒng)，許多信號(hào)的傳輸亦為模擬信號(hào)，這樣從本質(zhì)上說(shuō)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仍然會(huì)不時(shí)受到電磁干擾，影響電廠的安全運(yùn)行，這在國(guó)內(nèi)許多大中型電廠所證實(shí)。隨著光纖互感器的發(fā)展和產(chǎn)品的推出，國(guó)際IEC61850協(xié)議的實(shí)施，從技術(shù)層面將導(dǎo)致全數(shù)字化的水電廠的監(jiān)控系統(tǒng)問(wèn)世，監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸，數(shù)據(jù)的采集均基于光纖，這將從根本上解決電站抗干擾問(wèn)題，同時(shí)帶來(lái)成本的降低，各種智能設(shè)備接口之間的標(biāo)準(zhǔn)化，也便于電廠自動(dòng)化設(shè)備的繼承。在湖北省水利廳農(nóng)電處的支持下，我國(guó)第一座全數(shù)字化電站將于明年初在湖北投運(yùn)。我國(guó)農(nóng)村水電自動(dòng)化在積累十多年經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，尤其在《農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化指導(dǎo)意見(jiàn)》下發(fā)之后，有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但仍然有許多工作期待加強(qiáng)：

● 加強(qiáng)行業(yè)管理，規(guī)范市場(chǎng)；

● 加大宣傳力度，結(jié)合社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，從增加農(nóng)村水電企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的角度加以宣傳；

● 加強(qiáng)農(nóng)村水電企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的培訓(xùn)，是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)充分意識(shí)到采用先進(jìn)技術(shù)的必要性和迫切性，使技術(shù)人員充分掌握適用農(nóng)村水電的現(xiàn)代化技術(shù)； 

● 在各省安排明確的試點(diǎn)任務(wù)，按2015年在全國(guó)農(nóng)村水電行業(yè)全面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的進(jìn)程，進(jìn)一步明確每年應(yīng)完成的改造任務(wù)與建設(shè)任務(wù)；

● 進(jìn)一步爭(zhēng)取加大國(guó)家對(duì)農(nóng)村水電的現(xiàn)代化的支持力度，通過(guò)上述措施使農(nóng)村水電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力明顯提高。 

    根據(jù)《農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化指導(dǎo)意見(jiàn)》的精神，以及對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的基本原則和總體目標(biāo)，我們?cè)趯?shí)踐中將《農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化指導(dǎo)意見(jiàn)》中的任務(wù)和要求作為工作的標(biāo)準(zhǔn)之一，在新建電站和改造站中貫穿此種思想，對(duì)于5MW及以上的水電廠，采用全開(kāi)放、分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了與調(diào)速器、勵(lì)磁、油氣水系統(tǒng)、閘門等設(shè)備的I/0接口監(jiān)控和通信功能，采用了微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期、微機(jī)繼電保護(hù)、數(shù)字式電能表、數(shù)據(jù)采集等智能型微機(jī)產(chǎn)品，增強(qiáng)了系統(tǒng)的自動(dòng)化功能，替代原有的常規(guī)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送和通信，為能體現(xiàn)硬件的強(qiáng)大功能，軟件也尤為重要，結(jié)合我們多年的農(nóng)村水電監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和改造經(jīng)驗(yàn)，以及"指導(dǎo)意見(jiàn)"對(duì)軟件的要求，專門開(kāi)發(fā)了HG2002系列電力監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件，具備操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便、靈活開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，上述電站自動(dòng)化改造只是我們公司承接的幾百座電站中的兩個(gè)改造電站，在以后的工作中我們將竭盡全力為農(nóng)村水電事業(yè)持續(xù)快速健康發(fā)展提供全方位的服務(wù)。