袁家坝水电站综合自动化系统结构及其设计方案分析
【摘要】现如今，水电站发展迅速，随着科学技术的发展，以计算机监控为基础的综合自动化系统被逐渐应用于水电站建设中。对此，本文首先介绍了小型水电站自动化系统设计原则，然后以袁家坝水电站为研究对象，对袁家坝水电站自动化系统结构及其设计方案进行了详细探究，以期为类似工程提供借鉴。
【关键词】袁家坝水电站；综合自动化系统；应用
引言
在小型水电站工程建设中采用先进的综合自动化监控系统，不仅有利于节约水电站工程运行成本，而且还能够有效减少工人劳动量，是水电站自身生产和发展的需要。因此，对水电站综合自动化系统结构以及具体的设计方案进行深入研究意义重大。
1、综合自动化监控系统设计概述
1.1 小型水电站特点
与大型以及中型水电站系统设计不同的是，在进行小型水电站监控系统设计过程中，需要充分考虑小型水电站实际情况，设计符合实际需要的监控系统。小型水电站的特点主要体现在以下五个方面：投资建设成本低、电压变化较大、实际运行方式变化较大、技术水平较低、日常维护以及技术更新费用少。
1.2 小型水电站自动化系统设计原则
综合考虑上文所提小型水电站特点，在进行小型水电站自动化系统设计过程中，应该注意性价比高、技术水平高、可靠性高、自动化水平高等。在小型水电站设计建设过程中，资金因素至关重要，因此，在小型水电站自动化监控系统的设计过程中，首先需要考虑经济因素，以最少的资金投入达到最高的设计水平。另外，要求小型水电站自动化系统的技术水平比较高，小型水电站工程是民生工程，其实际运行效果与人们的日常生活密切相关，因此，小型水电站设计建设必须符合农村发展需要，尽量采用先进的自动化智能化设备，提升小型水电站的运行可靠性。除此以外，要求小型水电站自动化系统能够具备完整的控制功能，对此，必须增加资金投入，在有限的资金投入的基础上，尽量采用先进的、完善的系统控制功能。
2、袁家坝水电站概况
袁家坝水电站地处毕节地区纳雍县境内，乌江干流北源六冲河右岸一级支流鼠仲河河上，为鼠仲河上已建的一座小型水电站。
袁家坝水电站坝址以上集雨面积162.0km2，多年平均流量3.47m3/s，前池正常水位1265.5m，装机容量5.0MW。
原袁家坝水电站渠道承担着袁家坝、胡家坝300亩的灌溉任务。所以，本次改扩建后的袁家坝水电站渠道也考虑原灌面的灌溉，袁家坝水电站的开发任务为灌溉发电。
袁家坝水电站位于纳雍县寨乐乡境内，是毕节地区水力资源复查报告中推荐的梯级开发中的第一个梯级，在六冲河右岸一级支流鼠仲河上。坝址以上流域面积1162km2，多年平均流量3.47m3/s。电站装机5.0MW，可提供电量2450万kw·h。本工程项目静态总投资2280万元，单位千瓦投资6334元/kw，单位电度投资1.44元/kw·h，技术经济指标较优，开发条件较好。
袁家坝水电站建成后并入纳雍地方电网，主要供电区为纳雍县，袁家坝水电站电站的改扩建，不仅有利于促进鼠仲河的水能开发，也是鼠仲河水能资源开发的必然选择，而且对于实现纳雍县确定的总体目标：围绕资源优势，依托科技进步和体制创新做大做强煤电产业起到重要的促进作用，对该区人民尽快脱贫致富奔小康，发展地方经济，提高该区生产力水平有较大的作用。因此，袁家坝水电站的改扩建地方经济发展的需要。
3、贵州袁家坝水电站自动化系统技术配置方案
3.1系统结构功能及设计方案简述
该水电站自动化系统采用分层分布全开放式微机自动化控制系统，整个系统由站级控制层和现地控制层（LCU层）构成，电站控制级包括一台操作员工作站，实现全站的监测、控制和人机对话以及数据远方传送处理。现地控制级包括2套机组LCU（现地控制单元）系统、1套公用LCU系统以及微机保护系统等，实现对各生产对象的监控。
机组部分由机组电气保护装置、机组控制装置（可编程控制器PLC）、电量和非电量测控装置（包括机组温度、转速、油压、气压、水压）、同期装置及其他附件组成。
公用系统由公用设备保护装置（主变保护装置、线路保护装置）、公用设备控制装置（PLC）、公用设备电量和的非电量测控装置、同期装置及其他附件组成。同期系统采用微机自动准同期装置，具有可靠性高、并网速度快等优点。励磁装置和调速器可通过通信接口直接与相应的LCU系统进行通信，接入水电站综合自动化系统。
微机保护系统包括发电机保护、变压器保护、线路保护及厂用变保护等，各保护装置与操作员工作站进行通讯，完成对于整个系统的微机继电保护。
3.2 水电站综合自动化系统结构
袁家坝水电站的控制系統为全分布式，整个控制系统是由两种控制层所组成的，分为站级和现地控制层两种，在而这之间，采用光纤通信方式。在该综合自动化系统中，继电保护系统能够与控制层直接连通，这样能够有效提高信息传递的准确性和高效性。
3.3 系统硬件
在自动化控制系统中，主要的硬件设备包括打印机、计算机、USB电源等。
3.4 自动化控制级功能
3.4.1 控制调节功能
在自动化控制系统中，监控系统可以根据管理人员的命令对机组运行进行控制，另外，监控系统还能够根据管理人员的增减命令对机组进行有效调节，包括断路器调和、机组启动或者停机等等。
3.4.2 自动发电控制功能
在贵州袁家坝水电站自动化控制系统的实际运行过程中，各个机组均能够协调工作，高效运行，有利于避免机组受到运行干扰。另外，监控系统在实际运行过程中还能够对水电站发电运行进行有效控制。
3.4.3 自动电压控制功能
电压自动控制系统的主要作用是有效维护母线电压，确保各台机组都能过依据一定的比例对无功功率进行科学合理的分配。在自动电压控制系统运行中，CRT上可以显示所有的指导数据，运行人员可以据此进行操作。
3.4.4 运行人员操作台控制功能
在系统运行过程中，工作人员只需要通过监控系统接口，即可对水电站机组进行有效控制，对有功功率以及无功功率进行调整，同时，还可以对机组负荷、变压器油温、断路器分合等进行调整和控制。对于上述所有操作，工作人员都能够在操作台上进行控制，而监控系统中具有完善的硬件和软件，因此，能够对某一控制级进行独立控制。另外，需要注意的是，在整个系统中，机械电器保护装置所发出的停机命令与监控系统相比，具有更高的控制权和优先处理权。
3.4.5 事故处理指导功能
在水电站系统实际运行过程中，如果设备发生故障问题，则监控系统可以及时提出对于故障事故的处理意见，以及促进系统快速恢复正常运行工况的意见。
3.4.6 数据通信
（1）在监控系统运行过程中，其可以根据通信工作站以及上级调度，确保实施数据通信可靠性，同时，其还能够与水情测报系统、电力系统继电保护及安全自动装置实现实时数据通信。
（2）监控系统与微机五防系统间的通信
（3）监控系统与现地各辅助智能设备间的通信。
（4）对于监控系统中各个设备的信息交换，可以采用以太网网络结构来实现。
3.5 袁家坝水电站系统软件配置
水电站计算机监控系统软件是由多个软件所组成的，包括计算机系统软件、应用软件、工具软件以及基本软件。其中，计算机系统软件是用户软件开发的重要基础，通过计算机系统软件，可以对用户程序进行编辑、连接、运行、推出等等；另外，基本软件指的是监控系统正常运行所需必要软件，其主要功能有数据采集、处理等；除此以外，应用软件配置的应用软件为北海银河高科技产业股份有限公司自主研发设计的YH-5000水电站监控管理系统，包含数据库管理，图形工具等工具软件。
4、结语
由此可见，根据本文分析发现，水电站自动化系统复杂程度较高，其是由很多硬件设备和软件所构成的，因此，在具体的设计环节，必须综合考虑水电站的技术特征，结合实际情况，坚持经济性、技术性原则，选择符合水电站自身发展需要的综合自动化系统，这样才能够有效提高生产效率，减少劳动成本，提高电能质量。
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作者简介：刘琼（1965-），男，汉，贵州盘县人，工程師，中专，主要从事机电方面工作。