（1南京河海南自水电自动化有限公司江苏南京210032；
2南京南瑞继保电气有限公司江苏南京211100）
摘要：无人值守自动化系统是我国小水电站改造过程中主要推行的一种方式，减少了人工劳动强度，提高了电站运行安全性和可靠性。随着电站设备元件自动化程度提高以及电站员工素质的提高，相信无人值守自动化系统会越来越趋向成熟，为中国的水电事业发展贡献一份力量。
关键词：小水电站；无人值守自动化系统；控制；保护
前言：十二五期间，国家提倡小水电站的改造升级改造的重点，即老旧机组要适应水电站自动化的发展趋势。所以，小水电站无人值守自动化系统的分析和设计有重要的现实意义，具有广阔的发展空间。
1小水电站无人值守自动化系统总体方案设计分析
1.1系统设计的总体原则
系统的设计包括两个重要的部分：硬件设计和软件设计。硬件设计需要考虑以下几点：
一是自动化元件的选择。要选择通用性，可靠性高的产品。设计中要考虑元件的时效性。
二是油、汽、水等辅助系统的设计。辅机要考虑自动化程度高一点，可以远程自动化控制。
三是调速器的选择。要选择目前比较成熟的微机调速器。
四是励磁系统要可靠稳定运行。
五是直流电源系统的设计。根据电站的实际情况，确定直流屏容量的大小。常规设计40-100AH。
对于系统软件设计，要保证可靠性以及通讯速度。触摸屏程序设计要求直观、操作性强。PLC要选用品牌，程序满足用户需求，开放性强。上位机软件要求通用组态强，易编辑修改，画面丰富，功能齐全。
1.2系统总体方案设计
（1）硬件系统设计。
监控系统结构及硬件配置：
电站计算机监控系统从功能上分为：电站控制层和现地控制层。
1）电站控制层
主要功能：是电站的实时监控中心。负责全厂的自动化功能（AGC、AVC）、采集和处理来自现地控制层的数据、全站的人机对话、与现地控制层和区调电厂管理系统、水情测报系统的通讯。
2）现地控制层
机组现地控制单元。开关站及公用设备现地控制单元。保护系统辅机控制箱及自动化元件直流电源系统。
（2）软件方案设计。电站自动化软件一般由PLC软件、触摸屏软件、以及上位机软件。PLC程序和触摸屏程序根据现场需求编程即可。重点在于上位机软件的开发。上位机是计算机通信系统进行通讯的管理控制中枢，见图1，包括运行组态监视和控制、启动并管理规约处理模块和转发模块的运行、链路监视和控制、系统报警管理等。运行组态监视和控制负责监视网络各节点的状态、对系统进行组态、控制信息传输。
图1计算机通信控制示意图
启动并管理规约处理模块和通信转发模块的运行，负责下装全部的系统参数以启动系统，并且下装指定的通信链路有关参数以改变该通信链路的运行方式。链路监视和控制负责对链路的通讯状态进行监视，并根据链路的通讯状况自动恢复或者切换；向链路监视对象提供服务接口。系统报警管理提供方便可靠的方式为用户提供报警界面，有利于用户及时发现故障。
2现地控制层的设计
现地控制层主要有以下几个方面的功能：模拟量采集、数据处理、控制和调节、事故处理、报警系统、辅机控制的功能、与上位机及触摸屏的通讯等。
2.1机组现地控制层组屏方案设计。
控制屏的设计主要有三种：一是围绕一体化综合控制单元设计。但综合控制单元一般为国产，质量良莠不齐，很难选择且功能受限、不灵活。维护成本也较高。
二是PLC与一体化综合控制单元的组合模式，这种模式虽然性能较高，但是价格较贵，不适合用于小型水电站。
三是PLC加触摸屏的模式。目前PLC和触摸屏技术很成熟，质量可靠，价格也不高，可挑选的余地很大。因此本文采用这种方案。
2.2PLC编程。
首先选择一款小型PLC，要求品牌，抗干扰性好和可靠性高。其次围绕PLC的硬件设计。最后PLC编程。针对电站功能需求，编出一套精炼、实用的程序。
2.3触摸屏的选择。
首先要选择一款质量好、又经济的屏。其次，对触摸屏程序进行科学的编译，提高操作的方便性。
2.4通讯系统组态的设计。
通讯系统各不相同，总体有两种：一、选择走串口服务器或者串口卡模式二、选择走通讯管理机模式。第一种模式成本更低，但组态稍显复杂，稳定性和通讯速度是劣势。
第二种模式成本高，但易管理，方便操作。实际设计过程中，需要结合客户需求和单位实际选择合适的组态方式。
2.5保护系统、辅机系统、直流系统的设计。
保护一般分为发电机、变压器、线路保护，要采用目前成熟的微机保护。辅机系统包含油、气、水，要支持远程控制。直流系统要考虑容量。充电模块采用N+1备份。
3准同期并网功能设计与实现
在实际的工作中，比较常采用的同期方式主要包括两种：手动同期和自动准同期。手动同期方式的冲击电流比较大，并且要求操作人员经验丰富、眼到手快，一般人难掌握。自动准同期方式机组冲击小，并网快。设计中应考虑自动准同期为主，手动同期为辅(作为备用)。
结束语：我国是个多山的国家，小水电站数量众多，地域比较偏远。改革开放以来，小水电发展迅速，经过二、三十年的运行，发电机绝缘老化；水轮机转轮等过流部件磨损，机组效率严重下降；自动化程度不高；经济效益差。另一方面，随着自动化技术和网络技术的发展，为小水电的运维减员增效，提供了技术支撑。下面本文提出一种无人值守的自动化系统设计方案，以保证小水电站经济、安全和可靠运行。
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