水电站自动化实时监控系统研究

水电站自动化实时监控系统研究

王艳龙

黄河万家寨水利枢纽有限公司电站管理局 山西省忻州市036412

摘要：为适应水电站管理的需要,运行期建设监测自动化系统,实现安全监测数据的实时采集、传输、资料整理分析以及决策是必要的。采用传统数据总线结构的采集装置受限于组网技术特点,在小水电站安全监测中形成小规模的局部自动化系统。

关键词：水电站；自动化；实时监控系统

1水电站综合自动化监控系统概述

1.1水电站综合自动化监控系统

利用水流的作用,推动水力机械水轮机进行转动,从而将水流产生的机械能转化为电能,这就是水力发电的过程。作为一项综合系统工程,水电站的最大作用就是实现水能转换成电能,实现为用电客户供应电力。在水电站中设置综合自动化监控系统,借助计算机监控系统,以及一些相关的辅助监控设备、水文自动测报系统以及电气监控设备等,可以实现对整个水电站的水文测报、工程监视、负荷的合理分配,以及在输电线路运行全过程的自动监控,帮助水电站的工作人员对水电站的运行情况有全面的了解,提高其工作效率,确保水电站的正常运行,满足用电客户的用电需求。

1.2水电站自动化监控系统的组成

根据计算机监控系统在水电站综合自动化监控系统中的作用不同,可以分为以下三种组成模式:(1)以计算机监控系统作为辅助监控的综合自动化监控系统,主要的操作均由常规的自动化装置来完成,而自动化监控系统仅用作对水电站运行情况进行相关数据的采集和处理工作。在该种模式下,如果自动化监控系统出现了问题,无法正常运行时,水电站的其他自动化装置仍可以正常工作,确保水电站的正常运行[1]。(2)以计算机监控系统作为主要控制的综合自动化监控系统,在该种模式下,主要操作均由自动化装置来完成,仅保留甚至不保留常规的自动化装置。因此,该运行模式对计算机的安全运行和稳定性要求较高,一旦计算机自动化监控系统出现问题,就会造成水电站瘫痪,使其无法正常运行。(3)双重配置的监控系统,通过常规的自动化装置和计算机自动化监控装置同时运行,可以有效提升水电站在运行过程中的稳定性和安全性,在水电站综合自动化监控系统中的应用日渐广泛。

1.3水电站监控系统主要功能

水电站监控中心一般为主控层或者上位机，主要负责全站的自动化功能、参考数据及处理、站内人机对话等。通常情况下包括功能为：对全站在运行过程中的数据参数进行收集和处理；对水电站生产过程的安全实施监控及报警；对水电站主要设备工作状态及其设备远程方进行监控；对运行日志、电能量、故障发生及操作次数进行统计整理；对站内主设备参数进行校正；为设备系统故障提供在线诊断；及时与上级部门进行信息交流。现地控制层通常负责对单元生产过程中的数据信息进行采集和预处理、监视、操作、调控及与上位机进行通信等。一般包括功能为：第一时间对本单元中的数据信息进行采集和处理；借助于现地人机接口对本单元的实际生产状态实施有效的调整与管控；对本单元内的生产情况进行实时的记录；实现自我诊断和自动恢复；和上位机通信产生中断后能够进行独立报警同时与上位机实现脱离而对本单元进行单独控制；和现地部分设备以通信的形式对信息数据进行采集；同时把采集到的信息数据传输到上位机，接受上位机的指令。

2水电站自动化监控系统的设计与应用

2.1压力监控设计

值守人员确定机组是否安全运行的一项重要指标便是各个部位的压力数值，压力监控一般是利用压力变送器传达信号，监控的主要项目为蜗壳进口处以及蜗壳的末端压力、主轴密封水压、技术供水总管压力、压油槽压力、上导轴承冷却水压力、空冷器冷却水压等。利用对以上列举压力进行监控，值守人员便可以在上位机随时监控机组各部分的运行变化情况。由于压油槽对机组的运行安全具有直接影响的作用，在对其进行监控时还可以加设液位控制开关，进一步保证其安全。

2.2液位监控设计

可实施液位监控设计的部位包括：上下导油槽油位、压油槽油位、水导油槽油位、回油箱以及漏油箱油位等。对上述设备实施液位监控时，对调相压水水位和压油槽油位的监测设置了开关量和模拟量双重自动化元件，而压油槽油位的监测主要是依靠进口差压变送器，能够让监控结果更加准确，其他的液位一般都选择液位开关实施监控。

2.3流量监控设计。流量监控项目通常包含两方面，即水轮机流量与技术供水监控。对水轮机流量的监控一般采取蜗壳测流方法进行在线监控，可以为日后实现经济运行提供相关数据参数。供水流量技术监控包含对技术供水总量进行测量、对上下导轴承冷却水进行测量、对空冷器冷却水进行测量、对水导轴承冷却水进行测量，这五项测量和控制项目中，除了对技术供水总量的测量通过电磁流量技术方法外，剩下的测量项目均可以采用示流信号器来进行监测。

2.4振动与摆度监控设计

进行振动监控的部位包括发电机上机架和水轮机顶盖两部分，可在这两个部位加设水平及垂直振动双重测点，利用传感器和监控仪器对机组中的不可移动部位实施水平和垂直振动的在线监控；而对摆度进行监控则是对发电机上下导轴承和水轮机导轴承这三个部分的垂直方向和水平方向均可以设置相应的测点，在机组运行时，利用电涡流传感仪器和振动监控仪器对其主轴摆度实施自动化监控，在最大程度上确保机组运行的安全性和稳定性。

2.5温度监控设计

温度监控设计包括项目有上下导油槽的油温以及上导冷却水进水处水温和下导冷却水出水处水温，对这些温度通常都利用温度变送器实施在线监控。另外，厂家设置的温度传送器实施温度监控的部位主要包含定子线圈温度、水导轴承瓦温、上下导轴承瓦温、推力轴承瓦温以及空冷器进风温和出风温等。利用以上部位对温度数据参数进行在线监控，即使在少人值守的情况下，值守人员也可以通过对主机进行操作来实时监控机组各个部分的运行温度具体情况，一旦出现异常，及时进行处理，确保机组安全运行。

2.6水力监控设计

水电站水力监控设计项目，除了属于机组自动化监控项目外，全站范围的监测还包含了测量上下游水位、进水闸平压、毛水头以及拦污栅前后压差等系列，其中进水闸平压测量利用的是压力变送器，其它项目通常利用的是液位变送器，以上变送器的模拟量输出信号全部可以进入自动化监控系统中，进而实现在线监控。

2.7消防监控设计

水电站消防设计在水电站整体构造中的重要性日益明显，尤其是在少人值守的情况下更加重要，是水电站安全生产不可或缺的重要环节。在消防供水系统的设计上首先要考虑其启动的迅速性，不能出现误动或拒动的情况，然后还要考虑其安全可靠性，避免出现问题带来重大经济损失。在自动消防供水系统中尤其需要指出的是，坚决不能出现电气设备消防供水系统发生误动或拒动情况，因此，在消防供水系统的设计上应考虑手动和自动相结合的方式。另外，火灾报警系统不能设计为直接控制消防供水系统，为避免自动系统出现误动，在报警系统发出报警时，值守人员应及时确认是否发生火灾，再决定是否投入消防供水系统。

结束语

综上所述,随着社会经济的发展,水电站的重要性越来越突出。由于水电站是一个复杂的系统工程,在运行过程中,引入综合自动化系统,可以有效提升水电站的运行效率,降低相关工作人员的工作量,避免一些人为失误的出现,确保了水电站的正常运行。因此,相关企业和个人应当加强对水电站综合自动化监控系统的了解,加强水电站的自动化和智能化建设,推动我国电力事业的可持续发展。

参考文献：

[1]刘小政.水电站综合自动化控制技术分析[J].科技创新与应用,2012(12):119.

[2]刘向宾.对水电站综合自动化的分析[J].通讯世界,2017(24):243-244.