摘要：该文从棉花山电站改造的实例出发，考虑到小水电站自身的特点，对小水电站计算机监控系统和相关设备的改造提出了看法和建议。

关键词：小水电计算机监控系统技术改造

1棉花山电站技改概况

棉花山水电站是文山州马关县电网的骨干电站，装机容量4×3200kW。站内布置卧式水轮发电机组4台、主变压器2台，采用二机一变的扩大单元接线。35kV线路4回，采用单母线接线方式。电站建于1987年，二次设备原采用继电保护及水机自动操作装置，至今已运行近20年，设备陈旧，保护方式落后，自动化水平低，大部分元器件目前已属淘汰产品，且元器件老化严重，运行性能较差，拒动、误动现象时有发生，严重威胁机组的运行安全。为了提高电站运行水平，满足“无人值班，少人值守”的要求，对电站控制保护系统、机组励磁系统、调速器进行改造。

2电站控制保护系统改造

2.1电站计算机监控模式及系统配置

目前已投运的电站控制方式中，水电站计算机监控模式可分为下列几种：

以常规控制为主，计算机监控为辅的监控模式；

以计算机监控为主，常规控制为辅的监控模式；

全计算机监控模式。

其中模式1、2在计算机监控系统初期采用时运用这二种模式，随着计算机监控系统的性能和可靠性不断提高，系统价格的下降，目前多采用模式3。根据棉花山电站在系统中的作用，确定采用全计算机监控系统。对水机自动化系统采用PLC模块，对全厂辅机公用系统，暂采用常规控制，逐步采用PLC模块控制，并对自动化元件进行更换，以满足控制系统的要求。

2.2监控系统结构及网络结构

计算机监控系统结构大体上分为集中式计算机监控系统和分布式计算机监控系统二种结构。分布式计算机监控系统结构又分为分层分布式计算机监控系统结构和全分布式计算机监控系统结构。集中式计算机监控系统为初期采用模式，目前已不采用。全分布式计算机监控系统结构把系统的数据库分布到各个计算机的节点上，可靠性高，同时具有良好的可扩充性，系统相对复杂，投资也大。分层分布式计算机监控系统结构由电站控制层、通信层和现场控制层三个层次组成。把凡是不涉及全系统性质的功能安排在现场控制层，加速了控制过程的实现，减少了大量的信息传输，减轻电站控制层的负担。当部分功能发生故障停止工作时，不影响系统其他部分功能正常工作，具有相当高的可靠性，同时可以适应被控制生产过程的变更和扩大，具有一定灵活性。

通讯是整个计算机监控系统的关键性环结，目前普遍采用现场总线和工业以太网。现场总线协议标准化较高，可扩性强，投资较小，但信息交换量较大时，速度较慢。工业以太网具有协议标准化高，可扩性强，速度快等特点，通过近几年的发展，价格已大幅下降。目前工业以太网已广泛用于水电站和变电站计算机监控系统。

综合考虑可靠性、灵活性和投资等因素，棉花山电站采用分层分布式计算机监控系统结构，通信网采用工业以太网。

2.3监控系统功能分配和实现

经招标采用四方利水公司生产的HSC2000监控系统，系统设计采用分层分布模式。

电站控制层（上位机）由一个操作员工作站、一个操作员工作兼职工程师工作站、一个通信管理机组成，以Win/NT为软件平台。电站控制层为电站实时监控中心，负责全厂自动化功能、历史数据处理以及全厂的人机对话等。其功能为：①全厂生产过程的运行参数的采集、处理；②全厂生产过程的安全监视和实时报警；③主设备运行状态的监视和主设备生产过程的远方控制；④运行日志、电能量、故障次数、操作次数的统计和报表；⑤主设备参数设置及修正；⑥系统故障在线诊断；⑦与上级部门通信及信息交流。

上位机留有与MIS系统、电网调度自动化系统主站的通讯接口，实现与微机保护、机组LCU、微机励磁装置、微机调速器、直流电源、电度表的通讯。

通信网络采用双环网光纤以太网，满足通信要求，并避免不同设备间的电信号的联接。

现场控制层由四台发电机组微机保护装置、综合测控装置、主变压器微机保护装置、四个机组现地控制单元（机组LCU），一个电站公用系统及升压站控制单元（公用LCU）组成。现地控制层主要负责本单元生产过程的实时数据采集及预处理、状态监视、调整和控制、操作以及与上位机的通信等。功能分配及实现：①本单元生产过程的实时数据采集及预处理；②通过现地人机接口对本单元生产过程进行就地调整和控制、操作；③对本单元生产过程历史事件进行记录；④自诊断及自恢复；⑤与上位机通信中断时独立报警；⑥与励磁装置、调速器、微机保护装置以计算机通信接口方式交换信息；⑦采集到的数据和信息传送给上位机，同时接受上位机的命令。

发电机、变压器和线路保护装置采用分布式单元机箱，分布式单元机箱采用模块化设计，面向一次设备，以一次设备为对象设置保护测控一体化。每个装置主CPU采用总线不出芯片的高性能微处理器和高精度A/D转换系统，大大提高了保护的可靠性和运算精度。可独立完成该单元的保护、测量、信号、控制等功能。

LCU采用GE90-30型PLC模块，配置了以太网专用模块，可直接上网，取消了工控机等中间环节，提高了LCU整体可靠性。机组LCU的主要配置有：可编程序控制器PLC、微机温度巡检装置、微机转速测速装置、简化的常规控制面板、出口继电器、测量仪表及指示灯以及屏柜和附件。开关站及公用设备LCU对不适于并入机组LCU进行控制的辅助设备及全站的公用设备进行控制。其配置为：简化的常规模拟操作面板、STQ手动准同期装置、多对象微机自动准同期装置、自动测量仪表及指示灯、以及屏柜和附件。

3励磁装置与调速器改造

3.1励磁装置

原励磁装置为模拟式，经20年的运行电气原件已严重老化，需对全套励磁装置进行更换。新的励磁装置采用北京吉思电气有限公司生产的GEC-S02型微机励磁装置。该装置为双微机双通道全数字式，从输入通道的交流采样到控制脉冲的输出全部实现数字化，没有模拟环节，无电位器调整，全数字化大大提高了精度和可靠性，维护十分方便。励磁系统具有电压调节（自动）通道，在所有运行工况下能满足电力系统所需的自动励磁调节的要求。自动通道中含有独立的手动通道，手动通道为恒励磁电流调节方式。运行中手动通道实时跟踪励磁变压器低压侧励磁电流，手、自动通道运行中可无扰切换。

3.2调速器

原调速器为YT-300型机械液压式调速器，带中间自补气油筒。由于调速器性能较差，无自动开机，且在并网时转速调整困难，并网较困难。根据调速器的实际情况，经研究对调速器的控制部份进行数字化改造，保留调速器的油压装置、主配压阀及接力器。

电气部份调速器采用西门子PLC-200XP型PLC，电液转换部份采用交流步进电机，配置触摸屏。改造后调速器可自动或手动开停机及增减负荷，无条件、无扰动地实现自动与手动的相互切换。采集机频、网频实现机组的频率调节和快速并网，根据整定的bp值和电网频差自动调整机组的出力。导叶开度、手动、自动等调速器的主要参数及运行状态，在液晶屏上显示，能通过按键及液晶屏整定调速器的运行参数。并设有RS485通信口实现与上位机的通讯，实现计算机监控。

4结束语

根据《农村水电技术现代化指导意见》的精神，以及对计算机监控系统建设的基本原则和总体目标，在电站改造中贯穿此种思想，采用全开放、分层分布式计算机监控系统，实现了与调速器、励磁等设备的I/0接口监控和通信功能，采用了微机自动准同期、微机继电保护、数字式电能表、数据采集等智能型微机产品，增强了系统的自动化功能，替代原有的常规产品，实现了上述设备与监控系统的数据传送和通信，基本满足了电站“无人值班，少人值守”的要求。