摘要：介绍了那板综合自动化系统的设计原则、结构配置特点以及相关功能。

关键词：自动化设计

1概述

广西那板水电厂已运行30年,多数设备已经老化，结合改造并按无人值班，少人值守进行设计。

1.1那板综合自动化的要求

广西那板水电站共四台机组4x3200kw，发电机出口电压6.3kv，电站采用6.3kv母线和35kv母线，两台主变，35kv出线5回。设计要求那板电站实现电站无人值班，少人值守和安全经济运行。

1.2设计那板综合自动化范围

计算机综合自动化系统的工作范围：

4台发电机组的监控、保护及自动化；

5回35kv出线、1回6.3kv出线及2台主变的监控与保护；

全厂共用设备的监控

1.3那板综合自动化的任务

实现电站少人值班并逐渐过渡到“无人值班（少人值守）”,综合自动化系统应完成以下任务：

（1）对全厂设备实现自动监视与纪录。（2）对电站设备实现自动控制。（3）对发电机组、35KV线路及变压器等一次设备进行监控和保护。（4）实现电站运行管理的自动化。（5）实现与国际互联网的通信连接，达到在全球范围内使用微机通过任一部电话均能实现对电站的监控。（6）实现远程电话报警。（7）实现电站自动语音报警并保持传统的声光报警。（8）时钟同步管理。

2对那板自动化系统结构及配置的考虑

2.1系统设计结构及特点

系统采用全开放全分布式网络系统结构。

整个系统分为二层：主控层、现地单元LCU层。两层之间采用10/100Mbps以太网总线及10/100Mbps多端口集线器构成物理连接、逻辑总线式的高可靠以太通信网络系统。LCU层中又由管理层及直接控制层两层构成，LCU管理层与直接控制层各单元之间经RS232、RS485通讯总线联接。

2.2那板主控层结构及配置

主控层采用通讯速率达100Mbps的以太网，传输介质采用同轴电缆，主设备有一台现地工作站，一台网络服务器（兼工程师工作站）设备，辅助设备有GPS卫星时钟等设备。

以太网上还预留其它功能计算机的网络接口，并配置相应的输入输出外部设备，如语音事件报警部件等。

系统具有经通信工作站与调度中心进行通信的能力。网络具有与MIS系统及Internet的连接接口。并在网络服务器留有系统与梯级调度中心、水情测报等计算机系统之间的通信接口，作为水库、水电站梯级调度、多站经济运行使用。

2.3系统网络结构及配置

系统网络结构是整个系统安全可靠运行的基础，电站计算机综合自动化系统要求网络系统具有高安全可靠性、较强的数据吞吐能力、合理的带宽以及通信的开放性、集成性、易用性和可维护性，保证系统的实时通信与信息交换。根据以太网在水电厂计算机综合自动化系统中的应用经验，及水电站的规模和要求，采用10/100Mbps以太总线网络。为提高系统的抗干扰能力，采用10/100Mbps多端口集线器，构成星型以太通信网。

2.4那板自动化现地控制层结构及配置

以结构图表示

广西那板机组LCU单元硬件图


广西那板水电场开关站/公用设备LCU硬件结构图

3对那板自动化系统功能的分析

3.1那板自动化系统功能有

数据采集和处理\运行监视和事件报警\生产过程的控制操作\功率闭环调节\自动发电控制(AGC)及经济运行\自动电压控制(AVC)\自动调频运行\低频自起动与高周减出力\统计记录\显示功能\制表打印\人机接口\通讯\保护功能\实时在线自诊断。

3.2主控层功能有

运行监视和事件报警,控制和调节,自动发电控制功能(AGC),自动电压控制及无功调节功能(AVC),运行方式,运行管理和统计,人机接口,在线编辑及软件开发,实时在线自诊断功能,再启动功能,通信功能。

3.3现地控制单元层功能有

数据采集功能,数据处理功能,控制和调整功能,人机接口功能,与主控制层通信功能,自诊断和自恢复功能,报警功能。

3.4对广西那板水电厂自动化继电保护的设计

（1）基本要求

①继电保护装置均为全微机式的继电保护装置。

②所有保护装置均适合于电流互感器二次额定电流为5A，电压互感器二次额定电压为100V或100/。

③保护装置的直流电源电压为220V，由电站直流系统供给。

④保护装置均采用标准尺寸机箱和插件板设计。

⑤监控系统与保护接口为通信方式和硬件接点方式两种。

（2）对设置保护的考虑

发电机保护功能：①发电机主保护单元设置了纵差保护；励磁消失保护；水机轴承温度过高、油压事故降低、机组过速保护；②发电机后备保护单元设置了复合电压闭锁过流保护；过电压保护；过负荷保护；转子一点接地保护；带时限动作于报警；瓦斯保护：重瓦斯保护动作于跳主变高压侧及低压侧断路器，并发信号报警。轻瓦斯带时限动作于信号报警；温度保护。

线路保护功能：35KV线路保护单元设置了低压闭锁方向限时电流速断保护,低压闭锁方向定时限过电流保护,检无压、同期三相一次自动重合闸装置,PT断线报警,控制回路断线报警。

主变保护功能：差动保护,后备保护等。

4对广西那板水电厂自动化系统软件的考虑

4.1基本要求

（1）计算机综合自动化系统的软件分为操作系统软件、应用软件、网络软件、数据库软件、组态软件。这些软件管理整个系统资源，实现实时数据采集管理、人机接口管理、通讯调度，自诊断，参数统计计算，数据库管理等功能。

（2）系统软件是基于WindowsNT操作系统，采用标准的智能扩展卡采集数据，并应用Client/Server模式和分布式处理技术实现SCADA系统，全部程序均采取面向对象的方法设计，系统维护、扩展甚为方便，完全摆脱了对具体硬件平台的依赖，配置方便、灵活。

4.2那板自动化系统软件设计的几个原则

（1）系统配置能够完成全部功能的软件系统，包括系统软件、支持软件、工具软件及应用软件。

（2）系统软件和支持软件要求成熟可靠，操作系统满足多任务、适合实时控制，实时数据响应快，可扩充性好，使用方便的要求。

（3）软件配备高级语言，编程接口以及自诊断、自恢复程序支持中文显示及打印输出。

（4）通讯功能完善。通讯包括本系统内分布控制各层间的通讯，以及本系统与调度系统间通讯等。

（5）应用软件各功能模块采用模块化编程，有利于软件生成、功能扩充和修改。

（6）应考虑电厂的具体情况，要求系统操作方便，界面美观，有完善的操作提示，整个系统要求汉化，并有系统帮助、咨询说明。

4.3系统软件特点

（1)具有高度的可靠性。长期运行无死机，无异常，保证电站运行连续可靠。

（2)具有良好的人机界面。系统面对的几乎都不是计算机用户，因此必须提供简学、易懂、易于操作的用户界面，用户不需要很强的计算机专业知识即可操作、使用和维护系统。

（3)具有良好的可移植性。系统独立于硬件平台，只要新的硬件平台支持系统软件的运行，系统不需要作修改，就能在新的平台上运行。

（4)具有良好的通用性。系统作为商品化的产品，需要大量推广，而各用户又有不同的要求，因此结构必须是灵活多变，具有很好的适应性，能满足各种用户的要求，并提供一系列的实用工具，以便用户使用这些工具来构建系统。

（5)具有良好的实用性。系统实时响应必须符合水电站计算机监控系统实时实用化的要求，并根据用户的具体要求，提供各种功能的功能扩充。

（6)具有良好的开放性。向用户提供不同层次的接口，用户通过这些接口可以参与系统功能的二次开发，满足各种用户的不同要求。

5对那板自动化系统接口特性与要求的考虑

那板自动化系统接口为本系统与被监控设备进行连接的部件。在满足电站正常运行需要的前提下，一般留有不小于10余量以备系统扩充。

6对那板自动化系统可靠性的分析

6.1基本要求

（1)系统设计有足够的冗余配置。其本身的局部故障不会影响现场设备的正常运行。

（2)系统的MTBF、MTTF及各项可用性指标(按水电站要求)均达到或超过相应部颁标准。

6.2硬件可靠性保证

（1)主控制层采用原装计算机平均无故障时间(MTBF)大于62，000小时，做为工作站，具有很低的故障率和很高的可靠性。

（2)独立的智能化模块设计，系统稳定性好。

6.3软件可靠性保证

（1)系统软件操作系统用WindowsNT操作系统，应用Client/Server模式和分布式处理技术实现SCADA系统。WindowsNT4.0是目前被广泛采用很好业绩的网络操作系统，具有以下一些优点：

WindowsNT是真正的支持多线程的网络操作系统，对开发任务的支持非常好，这是一个真正的多用户网络系统所需要的；

开放性好。支持多种协议，可以与VAX、UNIX、APPLE等多种计算机系统相连。支持TCP/IP协议，可以方便地连入Internet网；

安全性好。对用户共享资源进行管理授权和检查，防止用户对非授权数据的非法访问；

可靠性好。系统采用微内核结构，将应用程序和操作系统进行有机的结合；

支持客户机/服务器模式的数据库访问。

（2)开发工具采用VisualC 6.0，实现与WindowsNT操作系统的无缝连接。

6.4网络可靠性保证

（1）系统对调度通信通过专用网络服务器，从通信的硬件和软件两个方面同时保证系统对外通信的高可靠性。

（2）系统通信按照部标标准通信协议，采用层次化、模块化结构具体实现，模块之间有很强的独立性，具备完善的故障隔离和保护功能。

（3）采用WindowsNT网络操作系统多任务多线程结构，有很好的实时响应性，减低了对CPU的占用率，通信对CPU的占用率几乎为零，系统通信有很高的可靠性。

7结论

目前正在安装,经现场调试运行,未发生设备异常情况,表明设计是成功的。