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摘要：青桐水电站是始建于上世纪70年代初的老电站，在实施计算机综合自动化技术改造中，因地制宜，节省了投资，达到了“无人值班、少人值守”的设计要求，运行安全可靠性大大提高，操作维护十分方便，取得了较好的经济效益和社会效益。
关键词：电站计算机应用效益
1概述
随着科学技术的迅猛发展，计算机越来越广泛的应用，因地制宜对原有的小水电站实施自动化改造，使小水电的经济效益和社会效益得到充分发挥，已是摆在我们小水电行业的一项紧迫任务，也越来越被人们所接受、喜爱。在此，试述罗定市青桐水电站应用计算机监控系统、进行综合自动化技术改造的情况，以与同行共享。
青桐水电站位于广东省罗定市西部的泗纶镇，距罗定市城区33公里，是我市兴建较早的电站，也是市属骨干电站之一。电站于1969年动工兴建，1972年竣工投产，是引水式电站，引水渠道长23公里，集雨面积106.5平方公里，设计水头142m，设计流量3×1.67m3/s，原装机容量为4800kW（3×1600kW）。电站上游分别有一宗中型水库和一宗小型水库，库容分别为1680万m3和226万m3。在1990年到1994年期间，相继对3台水轮发电机组进行了更新改造，装机容量增至5600kW（2×2000＋1600kW），发电量和经济效益都有所提高。但由于受到经济条件等因素的制约，当年只是对3台水轮机和发电机进行了更新，并没有对配套设施（包括输变电设备、调速系统、励磁系统及监控系统等）进行更新改造，随着时间的推移，附属设备及二次控制系统的故障率越来越高，维护管理工作量越来越大，严重制约了电站的整体经济效益。根据这些情况，电站决定在“十五”水电农村电气化建设期间实施综合自动化技术改造。
2设计方案和设备选型
2.1青桐水电站原有主要设备的特点
（1）3台水轮机均为卧式混流机组，出力和效率均正常，但生产厂家各不相同，结构也不完全相同。
（2）3台发电机出线电压相同，均为6300V，但生产厂家各不相同，功率也不一样，其中2台2000kW，1台1600kW，出力足，效率和整体性能指标均正常。
（3）3台调速器均为液压型，但也各不相同，其中一台是上世纪70年代本县农机厂自行设计制造的，另两台虽曾改为液压电调型，但电液调节已失灵，只能机械液压调节。
（4）3套励磁装置的型式和生产厂家也各不相同，但都是晶体管型的老式产品。
（5）二次控制、测量和保护部分都是电磁型产品，有些甚至是苏式老产品。
（6）高压开关柜为GG-1A型，内配已属淘汰系列的SN-10型少油开关等。
由此可见，该电站的主要设备可谓五花八门，同类设备也存在较大的差异性，在操作、维护、管理、美观等角度来说都是十分不利的，如何对其实施自动化改造，平衡经济效益的投入与产出，具有一定的普遍性和现实意义。
2.2设计思想和方案
针对电站设备的特点，明确这次综合自动化技术改造的设计指导思想就是本着技术先进、安全可靠、实用、经济、合理的原则，全面考虑，既要保证较彻底地改变面貌，向数字化、现代化迈进，又要避免功能重复设置造成浪费，既要使改造后的同类型设备尽可能相统一，又应保留那些可保留的装置，以取得最佳的经济效益和社会效益。根据这个设计指导思想，从而确定技术改造的具体内容和方案：
（1）水轮发电机组主机保留不变；
（2）用计算机监控系统完全取代原来的传统型监控系统，可对全站机电设备实现微机控制、保护、测量、信号、通讯等；
（3）用微机型励磁装置取代原来的常规型励磁装置，以满足机组各种运行工况的要求，同时满足计算机监控系统接口和监控的要求；
（4）改造（加装）调速器的电液转换部分和测量部分，以适应计算机监控系统的需要，而调速器原来的机械操作部分（包括调速器的传动机构、压力缸等）则不作改动；
（5）更换6.3kV高压开关柜、35kV断路器及隔离开关等，以适应电站各种运行工况及计算机监控系统改造的需要；
（6）改造直流系统中整流及控制部分，而原有的免维护铅酸蓄电池则保留；
（7）新设置一套闭路电视监视系统，以方便对有关设备及部位进行观测。
改造内容和方案的重点是电站计算机监控系统。计算机监控系统按“无人值班，少人值守”的运行管理模式考虑，日常运行管理能完全采用计算机监控系统进行。该系统按分层分布式网络结构设计，由电站控制层、现地控制层和局域网等组成，包括保护、测量、控制、信号、通讯等部分。
2.3计算机监控系统的主要监控对象
（1）三台水轮发电机组、励磁系统、调速系统及闸阀系统；
（2）35kV主变压器；
（3）35kV开关设备；
（4）6.3kV开关设备；
（5）全厂公用设备。包括厂用交流电源系统，厂用直流电源系统，全厂公用油、气、水辅助系统，三扇前池进水闸门和三台机组进水闸阀等。
2.4计算机监控系统的设备选型和基本配置
由于青桐水电站是我市的骨干电站，又是一个径流电站，日最高发电量14万kw•h，日收入达5万多元，并担负着其它两个市属电站、一个变电站及一条近区输电线路的开关控制保护任务，因此在监控系统的选择时，要求产品及其配置要达到目前国内同类设备中等偏上的档次水平，从而保证电站运行安全可靠性。
（1）电站控制层设备
①设置2台主机兼操作员工作站。内配置Pentium4-2.0G的CPU，内存256MB，硬盘80GB，10/100Mbps以太网接口，WindowsXP操作系统，3.5英寸1.44MB软驱，52XDVDROM光驱，21英寸纯平彩显等。
②设置通讯服务器1套。其配置级别与主机基本相同。
③设置终端机2台。其配置级别也与主机基本相同。
④设置打印机2台。一台置于中控室，一台置于站长室。
⑤网络通讯设备选用16口以太网交换机，采用100Mbps以太网卡，通信介质选用光缆。
（2）现地控制层设备。内配西门子公司的PLC及TP170A型液晶平板电脑、微机转速信号装置及微机温度巡检仪等装置。
2.5其它辅助设备的选型
（1）虽然3台发电机功率不一样，部分参数也不尽相同，但为方便维护管理和日后机组的统一改造，故选取3台完全相同的微机型励磁装置，内配双通道调节器。
（2）直流电源装置的选型。将原常规型直流操作电源更换为微机型高频开关充电免维护电池直流电源。
（3）高压电气设备的选型。采用XGN2-10Z/T型高压开关柜取代原来的6.3kV老式高压开关柜，另外，更换一些落后的35kV开关设备等。
（4）由于现有调速器是机械液压型，而传动机构、压力缸等组件的结构及性能还良好，故不列入这次改动范围，只要更换（加装）电液转换部分和测量部分，能与计算机系统正常联接，便可对机组实现自动控制。所以采用了清华紫光公司的DCAP-6001型智能模块，以实现模数转换和微机监控的目的。
（5）闭路电视监控系统的选型。本站装设7个摄像点，其中有5个为10倍变焦摄像机，有2个为定焦摄像机，均为高分辨率数字信号处理彩色摄像机，采用进口硬盘录像机，21英寸彩显，9幅画面显示。
3计算机监控系统的特点和主要技术指标
3.1系统的主要特点
（1）采用双网结构；
（2）模块采用双CPU设计；
（3）人机界面友好，操作控制简洁、方便、灵活；
（4）抗干扰能力强（采用四层电路板结构）；
（5）实时性、可靠性高，可维护性好；
（6）通讯速率高；
（7）开发软件和通讯规约丰富；
（8）各单元设备功能强大；
（9）机组监控方式多样，既可远控，又可近控，既可全自动，又可手动。等等。
3.2系统的主要技术指标
（1）数据采集时间＜2秒；
（2）调用新画面时间＜1秒；
（3）动态数据刷新时间＜1秒；
（4）实时数据库更新时间＜1秒；
（5）控制命令响应时间＜1秒；
（6）联合控制有功功率执行周期≤10秒；
（7）联合控制无功功率执行周期≤20秒；
（8）平均故障间隔时间≥3000小时；
（9）平均维修时间＜30分钟。
4计算机监控系统的效果
4.1原来系统的运行方式。
原来系统的运行控制操作完全由手动方式进行，并需要在主厂房和控制室两处共同完成开停机操作，操作方式分散，监视运行参数较少，设备可靠性较差，维护工作量非常大，继电保护系统准确性差、误动较多。
4.2现在的微机监控系统运行方式。
系统实行全自动运行方式进行控制操作，点击一个按钮即可完成开停机任务。即点击开机按钮便可自动开机、自动并网、自动调节到预定的负荷值稳定运行。点击停机按钮，便可自动完成卸负荷至空载、跳闸、灭磁到关机和关闭闸阀，并具有事故停机和紧急事故停机的功能。系统采用两级分层分布式控制网络结构，电站控制级和现地控制级均可独立完成远、近方方式的监控操作。
系统具有实时监视机组、主变、站变、线路、6.3kV和35kV母线、直流操作电源等设备的运行参数以及压力池的水位等，对参数越限和状态异常进行报警，记录事故事件顺序和相关量，打印电站运行日志报表，对系统各单元进行自诊断等功能。
系统的微机保护实现对机组、主变、站变、线路等设备的各项保护，其准确度高、灵敏性好，完全符合继电保护的要求。
闭路电视监控系统可将图像在电站局域网上传输，图像清晰，效果理想，能非常直观地监视到有关设备和部位的具体情况。
系统投运以来，运行稳定性好，操作维护方便，各项性能指标都能达到有关规定要求。
5效益分析
（1）通过这次综合自动化技术改造，彻底改变了人们的观念意识，扩大了干部职工的视野，拓宽了干部职工的知识面。过去，人们普遍认为，传统监控方式虽然操作较麻烦，维护工作量较大，技术也较落后，但大家都已熟悉，已习惯，计算机监控系统虽然先进，但技术难懂，其可靠性也未知，所以不必搞微机监控。但改造后事实证明，两种不同的监控方式，其效果是截然不同的，微机监控系统比起传统监控系统，无论其方便性、速度性、安全可靠性等方面都要好得多，况且，微机监控技术并不象人们想象中那么神秘、那么难懂、那么难接受，其基本知识也是容易掌握的。这是综合自动化技术改造所取得的社会效益方面。
（2）劳动强度大大减少，运行值班员也可相应缩减。过去，由于设备多，自动化程度低，操作维护都依靠手工，车间运行值班及管理人员就要50多人，但现在只需20人即可，富余人员可从事其它产业或岗位工作，就这一项，每年即可增益40万元以上。这是综合自动化技术改造所取得的直接经济效益之一。
（3）综合自动化技术改造后，设备故障率明显减少，机组并网和故障处理时间也大大缩短，初步测算，每年可减少的设备检修费可增益15万元左右。这是综合自动化技术改造所取得的直接经济效益之二。
总而言之，通过实施综合自动化技术改造，青桐水电站的面貌已焕然一新，直观来说，车间内设备整洁，中控室美观舒适，整个电站绿树成荫，花卉遍地，鸟语花香，形成了一个环境优美的花园式电站。无论是电站的硬件方面，或者是电站的软件方面，都已看不出这是一个建于上世纪70年代初的老电站，其运行安全可靠性也大大提高，电站的管理水平和工作环境已迈上了一个新台阶，所产生的社会效益和经济效益是非常明显的。
6经验和建议
青桐水电站综合自动化技术改造工程是我市“十五”水电农村电气化建设的重点项目之一。利用计算机监控技术应用于小水电站，在我市来说也属首次，因此，该项目从构思、设计、设备选型、安装调试到运行管理等环节，特别是在电站现场管理方面，我们都采取了一系列认真细致的行之有效的方法和措施，从而使电站的技术改造效果达到预期目标，使电站的自动化管理水平真正上了一个新的台阶。
（1）必须更新观念，解除传统思想束缚，消除过去微机监控技术在小水电应用中不成熟、效果不理想甚至不成功例子的阴影，树立科学发展观，正确认识和大胆应用新技术新产品。
（2）应用新技术新产品必须因地制宜。特别是进行综合自动化技术改造的电站项目，在实施过程中，必须根据具体实际情况，明确目标任务，定好档次水平，精心设计方案，合理配置设备。如青桐水电站在做方案设计时，考虑到原来的调速器虽然是常规的机械液压型，但其传动机构和压力缸等部分的工作性能还是不错的，该站又没有调频任务，所以在改造时保留了调速器这部分，只加装了具有与计算机通讯接口的智能模块，便满足了微机监控系统的要求，单这一项就节约投资20多万元。对那些技术落后、设备已需更新的电站，建议应进行综合自动化技术改造，并首选微机监控技术，对新建的小水电项目，更应推广采用微机自动化系统。
（3）早学习，早认识。工程立项后，我们就把技术改造的总体构思、方案、目标等告之于电站的干部职工，使他们了解这项工程的必要性和方向性，及早从理性上认识综合自动化系统的有关知识，特别是监控系统的有关计算机方面的知识和技术，采取了走出去请进来等的学习培训措施，先后多次组织有关技术骨干包括值班人员到生产厂家及省内外参加微机监控知识的学习培训班，多次聘请专家和老师到电站讲授有关专业技术知识，同时，电站还专门购置了10多台二手电脑，并联接上因特网，鼓励职工也自己购买电脑，方便干部职工学习计算机知识，培养和增加他们学习微机知识的兴趣，从而为日后电站实行微机监控和自动化管理打下良好的基础。
（4）齐齐动手，人人参与。正因为有了基本常识和理性认识，所以新设备新元件到达电站后，干部职工也不感到陌生。在设备安装调试阶段，全站干部职工齐齐动手，人人参与，不计报酬，任劳任怨，目标只有一个，就是想从中学习一些感性知识，掌握操作技能和一些工艺技术，并使电站尽快投入生产运行。正因为有这个良好氛围和这股冲天干劲，使得电站的安装调试工作进展非常顺利，仅仅用了30天的时间便完成了所有的拆旧换新的安装调试工作，并投入正常生产运行，比原计划足足提前了12天时间，恰好赶上05年度的第一场较大的台风雨的到来，从而赢得了时间，赢得了效益。这也是在管理上抓得好的结果。
（5）建章立制，适应形势，使电站管理迈上新台阶。电站综合自动化系统正常投产运行后，由于设备、元件等的不同，特别是操作控制方式和步骤程序等方面与原来都存在较大的差别，运行值班人员的安排也与原来不一样，针对这些情况，电站便迅速在原有规章制度的基础上作进一步修改、补充、健全，对运行值班人员的安排也适当进行调整，并修改了部分操作程序、步骤等等，以适应新系统的运行管理模式。从而杜绝了人为责任事故的出现。新的综合自动化监控系统投运以来，未发生过任何的误操作等人为的安全生产责任事故，电站的安全可靠性和经济效益明显提高。
