广西电力安装有限公司530219
摘要：为了适应电网发展、技术进步的需要，满足设备更新、改造要求，开发水电站自动化系统以实现电站主要设备的安全监控、经济运行和实时管理等功能，不但将使全厂的综合自动化水平大大提高，而且能改善劳动条件，取得显著的经济效益。本文介绍了水电站自动化的作用以及自动化结构，找出现有问题并提出解决措施。
关键词：水电站；自动化；作用；结构体系；不足；措施
引言
我国水资源丰富，全国蕴藏总量为6.76亿KW，可开发量为3.78亿KW，年发电量为19200亿KW.H，占世界总量的13.22%，距世界首位。过去一段时间，我国居民用电主要还是火力发电，占总发电量的90%以上。然而水资源开发利用率低，同时自动化控制水平没有普及。近年来，我国倡导节约型能源开发，火电站的数量得到控制，加大对水电站和核电站的投资力度。水资源作为一种清洁能源，开发潜力巨大，同时水电站自动化技术作为发电站的核心技术也必将越来越被广泛的运用。
一自动化系统设计简介
水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上的，对整个电站（甚至梯级电站或整个流域）从水文测报；机组启、停控制，工况监视；辅助、公用设备的启、停控制，工况监视；负荷的分配，直到输电线路运行全过程的自动控制，并能准确地与上一级调度部门进行实时数据通信等全方位自动监测的控制系统。
二水电站自动化的作用
2.1提高生产效益
水电站自动化的运用，用计算机监控系统代替人工操作及定时巡回检查、记录等繁杂劳动，大大改善操作人员的工作环境，减轻了劳动强度和工作时间，还可以使得原本需要人工的工作岗位可以撤销，降低了因人工误操作而引起的失误率，保证了设备完好率，提高运行管理水平，降低生产运行成本，提高了企业生产效益。
2.2提高供电质量
由于人工的局限性，在电压的范围控制和频率控制方面往往比较困难，重复性工作频率高，操作容易出错，保证不了电能的稳定性。水电站输出电压按规范要求正常偏移值不能超过额定值的±5%，频率正常偏移值不能超过额定值的±0.2~0.5HZ。电压或频率的的稳定主要取决于电力系统中无功功率和有功功率的平衡。因此要维持系统电压和频率在规定范围内，就必须迅速而又准确地调节有关发电机组发出的有功和无功功率。自动化利用自身控制系统能很好的解决此类问题。
三自动化系统结构体系
自动化系统包括5个子系统。分别为：计算机监控系统，工业电视监视系统，消防监控系统，基础自动化元件及自动装置，水文自动测报系统。本文就其中最重要的计算机监控系统作深入的分析。
水电站计算机监控系统目前均按对象设计，采用分层分布、开放式网络系统结构，具有典型的三层结构：电站控制层、通信网络层、现地控制层（LCU）。
3.1电站控制层
又称为上位机管理层或站控层，电站控制层设备设在中央控制室，由主机操作员工作站、通讯工作站、主控制台、汉字打印机、GPS时钟同步装置、语音报警装置、UPS电源等组成。
电站控制层负责协调和管理各现地控制层的工作；收集有关信息并作相应处理和存储；迅速、准确、有效地完成对本站被控对象的安全监视和控制。操作员可以在主控制室通过人机接口对数据库和画面在线修改，进行人工设定、设置监控状态、修改限值、事故处理指导和恢复操作指导等功能，并可下传至LCU。监控命令输出只有监控主机取得控制权的工作执行，作为另一台工作站只作监测、数据通信而无控制输出，两机可互相跟踪，系统软件根据监控主机的运行和通信、硬件、软件等状态，进行跟踪判别，一旦出现异常，系统自动给出切换信号，由另一台工作站代替主机的工作，同时给出主机故障提示，主机修复启动后，自动监测转到主机并将数据输入，并重新处于监控状态。
3.2通信网络层
又称为管理层或通信网络层，采用通信管理机、交换机等实现规约转换和装置通信。由于现场保护测控装置等智能设备数量多，一般机组、主变、线路、厂用电、公用子系统和其他智能设备可分别组网，保证了系统的实时性和稳定性。
各子系统可分别设置通信管理机，根据需要可为双机冗余设计。各通信管理机接于上位机层以太网，同时可以经以太网/CAN/RS-485/232通信口直接与相应机组LCU的电气控制器PLC相联，实现数据交换。
通讯网络结构采用以太网、CAN、RS-485总线，可配置成双网冗余结构方式，网络介质可为同轴电缆线，屏蔽双绞线，光纤等。
3.3现地控制层
又称为现地控制单元，现地控制单元（LCU）具备保护、测量及控制等所有功能，并遵循保护相对独立和动作可靠性的原则，现地控制单元不依赖于通讯网络和上位机管理层，能独立完成监控和保护的功能，符合部分标准要求。
现地控制单元由控制器、测控单元、保护单元及自动准同期装置等其他装置组成，具备数据采集和处理、安全监视、控制与调节、同期并网、测量、顺序控制、数据通信、自诊断等功能。现地控制层通过以太网等通信层接入主控层。
四水电站自动化系统的不足
4.1系统技术发展不平衡
控制、维护、管理三项主要技术发展不平衡，因三者相辅相成，是一个统一的整体，不平衡发展严重制约了自动化系统的发展进程。自动化系统、控制系统与信息化系统发展相对较早，但是综合的管理系统大多数都是简单的人力管理、物资管理和财务管理，很少有完整的信息技术管理系统。
4.2抗干扰性不足
自动化系统采集系统要求数据准确，才能更好地做好正确的操作。由于自动化系统抗干扰性较差，可能导致的后果有：损坏硬件设备；影响数据采集精度；控制系统失灵；数据发生变化；程序运行失常；造成计算机死机；影响效果显示质量等等。水电站自动化系统现场干扰的源头主要有3个方面：电源干扰、输入输出接口干扰和电磁场干扰。
五水电站自动化系统的解决措施
5.1加强水电站自动化系统的集成性建设
水电站自动化系统的集成化，就是将系统的控制、维护和管理三大部分集于一体，其主要涉及到性能集中化与目标集中化两大内容，而性能集中化即是指工作人员务必要随着科学技术与通讯信息的不断蓬勃发展，进一步地改进与完善该集成化系统的性能、功能，更好更快地完成水力发电自动化的正常运行工作。
5.2运用抗干扰技术手段
在硬件方面，对于电源干扰可采用交流稳压期、低通滤波器、隔离变压器、利用分散独立的电源供电等；对于输入输出接口干扰可在通道上采用光电隔离器或滤波器，接口的外部引线使用双绞线等；对于电磁场干扰可采用屏蔽技术，如在屏柜外部使用屏蔽电缆，在设备装置外围加设金属外壳等。利用布线技术，对不同性质的电缆线分开布线，尽量平行，减少交叉，降低干扰，还可以利用接地技术减少干扰效果。在软件方面，开发软件的自检技术，软件自检技术能对系统自身检查、监视，发现因干扰引起的故障，除自行处理故障外，对系统故障发出报警信号，同时封死系统输出端的控制操作，保证系统的安全可靠。另外对于数据采样的准确性，可采用数字滤波、中值法等数学处理方法帮助提高采样精度。
结语
自动化进程是社会发展的必然趋势，水电站自动化系统也将趋向于全面、智能、开放、高端方面发展，加上各种硬件和软件技术水平的提高，也为自动化系统的升级奠定基础，我国水力发电事业的也将进入新的腾飞阶段。
参考文献：
[1]孙晓春.水电站自动化系统应用，《现代工业经济和信息化》，2015，5（6）.
[2]杨明刚.水利发电自动化系统存在问题以及解决控制措施，《电工技术：理论与实践》，2015，（9）.
[3]舒丽，郭伊馨.智能化小型水电站监控系统的设计与实现，《数字通信世界》，2016，（6）.