摘要：本文介绍广东阳山县秤架二级水电站计算机监控系统改造的实施方案，着重研讨了实现这种类型水电站综合自动化的关键，讨论如何在监控、保护、辅机控制、基础自动化元件、软件功能等诸方面求取经济技术上较佳效果，对同类型水电站的技术改造提供一些参考。

关键词：计算机监控、微机保护、辅机控制、基础自动化元件、软件、经济技术性能

1秤架二级水电站机电设备技术改造的实际需求

1.1电站概况

秤架二级水电站位于阳山县秤架山，设计水头178米。为钢管引水式电站。总装机容量16500千瓦，为5×2500KW 1×4000KW，共6台机组。

主要机电设备如下：

水轮机：HL100—WJ—715台，HL100—WJ—841台

发电机：TSW173/52—65台，SFW4000—J40001台

主变压器：

1#SF－12500－121±2×2.5/6.3KV,Yn△1台

2#SF－12500－121±2×5/38.5±5/6.3KVYn/Y△1台

输电线路:

110KV10公里一回至秤架中心变电站

35KV4公里一回至炉田水电站

6.3kV1公里一回至八曲电站（电缆）

水轮机调速器：YT-6005台，YDF-10001台

励磁装置：FKL11-400/100额定电压：100V，额定电流：400A

前池引水闸门：电动卷扬启闭机2套，卷扬电动机13KW2台

发电引水闸门：1#、2#、3#、5#机Φ800液压闸阀4套，两台机公用一套油压装置，4#Φ800电动闸阀，6#机Φ1000电动闸阀

闸阀旁通阀：手动闸阀DN65和DN80

轴承润滑油系统：1#～5#机4米3高位油箱外循环润滑油系统，低位回油箱2×3米3，共6台油泵，装2套浮子液位计。6#机为轴承箱内润滑油自循环水冷系统。

技术供水系统：1#～5#机引水钢管距厂房30米取水至1#水池。每台机组从1#水池用DN80钢管取冷却水，装有DN80手动闸阀。每台机空冷器出水管装有示流器。6#机引水钢管距厂房30米取水至2#水池。2#水池以DN100钢管取冷却水，装有DN100手动闸阀，空冷器和两轴承出口装有示流器。消防用水为各机组以DN50手动闸阀取水。

机组刹车系统：各机组刹车由调速器油压装置取油用DP-7/20直行程电磁阀控制。

集水井排水系统：自动双泵，由干簧管水位检测装置控制。

6.3KV高压开关柜：GG-1A型高压开关柜13台，SN2-10/1000型高压开关带CD2电磁操作机构。

110KV高压开关：SW6-630/110少油式开关带液压贮能操作机构。

直流电源：220VDC2×20Ah镉镍蓄电池。

交流厂用电：SJ-315/0.4一台厂用变，5台交流用电屏。

电气二次系统：六翻板控制台，六台常规继电器机组自动屏，六台常规继电器机组保护屏，1#主变保护屏，2#主变保护屏和35KV线路保护屏，一台电度计量屏。

1.2根据阳山县秤架二级水电站当时机电设备的实际情况和运行中存在的实际问题，我们和电站技术人员充分分析技术改造的各方面的需求，主要内容如下：

（1）电站原有辅机控制较多，而其控制用执行、检测、发信等自动化元件又差，其结果是开、停机过程必须在现场进行手动操作，如手动启动润滑油泵，手动开机组润滑油进油闸阀，手动开发电引水闸阀旁通阀和主闸阀，手动开冷却水闸阀，停某一台机时必须顺序手动关闭这些阀门，手动刹车并松刹，晚上六台机全停时应手动关两个清水池进水总阀等。技术改造时必须采用高效可靠的阀门、液位开关（液位计）、示流器等，保证一键输入分别完成开机准备条件满足并开机,或一键输入完成停机并关闭这些辅助设备。

（2）电站原有六台调速器、六台励磁装置和一套直流装置，在精心维护下基本可用。但调速器调节性能不够好，空载频率给定跟踪不够稳定。励磁装置须手动启动、手动调节，手动准同期并网后，再逐步带上负载，且调速器和励磁装置维护工作量较大，电气元件已较难购买，技术改造时从关键设备可靠、性能优良方面考虑，应选择当前调速器和励磁装置的新一代产品更换。直流镉镍电池屏，应用七年之久，放电容量略显不足，也应考虑采用新一代高频开关充电密闭阀控铅酸蓄电池屏。

（3）电站升压站及6.3KV高压开关柜等电站送出部分的主要设备，包括两台110KV主变，户外110KV、35KV开关及隔离开关等，运行情况良好，不必考虑改造。为了户外升压站安全操作起见，此次技术改造增加9只电动隔离开关和接地刀闸，相应监控系统应有开关、刀闸的工作状态检测。

（4）电站拥有9KM外的调节水库（180万M3）、一级电站尾水两处水源和距站址600米高度178米处一个前池（1000米3）。为迅速精确得到一级电站发电放水和二级电站调度的需要，此次改造应设有调节水库，输水渠道隧洞口和前池三处水位计，并能在电站中控室监控系统中得到这些信息。

（5）电站微机监控系统改造取代常规机组控制及公用设备控制，应设电站级监控系统和6台LCU及1套公用LCU。

（6）电站微机保护系统应取代常规继电器保护系统，所有保护功能设置应完全满足规范要求。

（7）为辅助计算机监控取得更生动直观效果，在前池、厂房、升压站等室内外关键部位设视频图像监视；在中控室设有视频图像主机，并另设一台6×2.85米大模拟显示屏，将电站主要运行参数实时醒目显示。

（8）为辅助后方站长室监控需要，设站长室监视计算机，与中控室监控系统联成局部光纤以太网，共享监控服务器数据和视频图像主机图像，也为未来决策调度提供基础。

2秤架二级水电站计算机监控系统技术改造设备选型

进行详细需求分析后，就是要在系统工程方法指导下综合经济技术比较精心选择设备配置，达到整体协调、功能齐备、运行可靠的效果。即既经济合理，又先进可靠、耐用好用的目的。主要包括以下内容：

2.1执行、检测、发信自动化元件配置

按需求分析的要求，主要自动化元件比较选型配置如表1

2.2调速器、励磁装置和直流电源系统选型及配置

当前采用微机型中小水轮机调速器的方式有两种：一种是YWT－××××型机电合柜，带油源、油气不隔离、工作压力通常为2.5Mpa，需油压装置油泵打油和自动或人工补气，电气－机械转换由交、直流伺服电机或步进电机，机械位移直接控制主配压阀；另一种为YWTG－××××型，机电合柜，油压源采用皮囊式蓄能器油气隔离，不需补气，工作压力为14~16Mpa，机械液压随动系统采用国际标准的工业液压元件，电气控制的数字阀输出的高压油直接推动主接力器。两种微机型调速器均采用微机数字PID，具有频率（PID）开度和功率（PI）等多种调节方式。后者结构更简洁，可靠性更好，前者与原YDF－×××型电液调速器的差别为采用伺服电机作为电液转换并改为微机数字PID，改造时仅需更换电气柜。本工程选用国内厂家生产的YWT－600和YWT－1000定型产品。

表1

当前采用微机型水轮发电机励磁装置的大都采用三相全控整流的自并激可控硅励磁装置，三相交流电源取自被励磁的发电机端电压经整流变压器降压后输入，可控硅触发脉冲由微机励磁调节器，根据检测发电机电压电流、电网电站及给定电压等输入信号，以数字PID软件计算进行躯动调节。与传统的模拟励磁调节器相比，具有结构更简单，无零点漂移，可靠性更好的特点。按微机调节器方式可分为双微机双通道（输出触发脉通道）双微机单通道和单微机单通道。有些厂家（主要是原生产模拟式励磁装置的厂家）还生产一种单微机双通道（一个数字调节、一个模拟调节）国内众多厂家在设备结构，内部元器件元用，单片机微机或PLC微机软件算法和工艺结构方面会有强、弱较大的差别，但除名牌或特别差的外，一般处于中等水平的居多，选择任何一个中等的厂家均不会对未来运行造成严重影响。本工程选用浙江西湖电子厂的单PLC双通道（带一个模拟通道）的产品。

当前使用微机型直流电源是高频开关充电阀控密封铅酸蓄电池的电源系统，选择设备时主要考虑：⑴电池的型号、厂家，⑵充电模块的型号、厂家，⑶监控模块的型号、厂家，⑷有否电池巡检装置，⑸直流开关型号、厂家等。

本工程使用国内深圳华达电池12V　150AH　18只，深圳艾默生充电模块10A和深圳艾默生监控模块，未带电池巡检仪，采用施耐德直流电源开关。

2.3电站微机监控系统当前清一色的由电站控制层控制主机系统和现地控制层LCU（包括机组LCU和开关站及公用LCU，某些电站可能由闸门LCU等）组成，系统结构基本相同。中小型电站选用多台工控机或中高档商用微机工作站的以太网系统主控计算机，控制软件由进口工业组态软件或自行研制软件（包括组态），功能基本相当界面略有差异，现地LCU都由中档PLC和各种智能检测装置组成。所应选择的是LCU的PLC应由名牌中档PLC（单台PLC控制点数应不小于512点,模拟数字量任意混合）应注意的是其供电电源需交、直流两用，特别要提到的是LCU中的智能检测装置，包括转速信号、温度检测仪、自动准同期装置和电量检测单元等，国内众多厂家有较大区别，应谨慎使用。经过充分比较，最后选用了在广东省小水电改造应用成效显著的广州市源博自动化工程有限公司的WJK系列监控设备。

2.4微机保护系统

当前中小水电站应用微机保护系统大多用国产微机保护单元，它是用单片微型计算机采集由各保护回路的PT电压和（或）CT电流利用继电保护离散快速算法计算回路的电压、电流、阻抗等，与保护的设定值相比较，在超越定值时按要求的时限分断回路，综观各厂家，基本上都用80C196型单片机（个别有用DSP单片处理器）、AD574A/D转换器。超小型PT、CT输入检测和快速付氏算法组成保护单元，但各厂家元件老化筛选使用。电路板结构、工艺组装、整机调试水平均有较大的差别。由于我国在这方面发展已有近十年的历史，各厂家水平均较大的提高，除了名牌和极少数未取得认可的厂家外，各保护单元应都具有保护正确，使用较可靠的特性，但须注意对110KV及以上线路和三圈变压器保护单元应慎重选择较高档产品。

2.5电站用不间断（UPS）交流电源的选择

电站用UPS电源，其容量应考虑计算机监控系统和紧急情况停机操作的需要。中小电站通常只有一回与系统连接的输电线路，当系统失电时一般都应联跳机组出口开关关机；当厂用交流电失去时，微机监控系统应能工作一段时间。如前所述，本站应用了较多电动球阀，操作电源为220VAC。为了保证系统失电后UPS工作较长时间，最好选用电力专用逆变电源，其供电由厂用电和直流220V电池供给，常态用厂用交流电，厂电消失则由2220V电池长时间供电，经逆变取得交流220V电源。

本站选用阳光5KVA逆变电源，逆变切换时间≤5ms。

本电站改造工程还有水位监测系统、视频图像系统及办公楼联网终端等设备，因相对较易把握，此处不再赘述。

秤架二级水电站机组多，辅机类型多而杂，110KV变电站保护及控制设备多，水位控制要求精度好、可靠高，技术改造工作是一个较为复杂的工作。要经过认真仔细分析比较，最好是选一家自动化公司成套(本工程改造由广州市源博自动化工程有限公司成套集成)，投入有限的资金，获得较满意的效果和上佳的效益，仅以上述思路供同行参考。

来源：中国农村水电及电气化信息网