小型水电站综合自动化系统设计与研究模板论文实例(编辑修改稿)

小型水电站综合自动化系统设计与研究模板论文实例(编辑修改稿)内容摘要：

(2)LCU 自动控制 水电站通过采用计算机监控系统可以自动地实现机组在各种运行工况间的转变，如空载转停机，发电转调相等；可完成机组的自动同期并网；可实现机组的 AGC（频率和有功功率的控制）；可完成机组的 AVC（电压和无功功率的控制 ） ；即在系统电压或无功发生变化时，系统能够迅速 自动地调整各台机组的励磁和所带负荷，并调整变压器的变压比，以达到使电站高压母线电压处于规定的范围内的要求，同时在机组间合理的分配无功负荷；还可以根据坝区的水位的情况来实现溢洪闸的自动开闭控制。 (3)最优发电控制 计算机对水电站的控制，最直接的目的就是进行最优的发电控制。 控制的主要目的如下： 根据电力系统对水电站有功功率的需要，调节水轮机导叶的开度，输入所4 需的水量。 保证机组的最优配合和负荷的最优分配。 当水电站接受上一级调度下达的发电任务之后，水电站运行人员必须根据本电站的机组数、各机组的技术性能，进行合 理的组合，使各机组发挥最高的效率，使整个电站以最小的耗水量发出最多的电能。 为了达到这个目的，必须制定合理的数学计算模型，由计算机进行计算，将各种可能运行组合的结果进好比较，筛选出最优方案。 保证水电站的电压质量及无功功率的合理分配。 这项工作，由运行人员根据电力系统对本电站的要求，给计算机输入控制电站母线电压的上下限值，将无功功率分配给各发电机组。 (4)自动事故处理 水电站出现的事故往往是突然的，时间很短促，运行人员很难对事故的性质作出准确的分析判断。 在没有计算机控制时，对事故的判断和处理，在很大 程度上取决于值班人员的经验。 在设置了计算机监控系统后，计算机便对水电站的设备进行在线监视，对运行设备的各种参数进行记录和存贮，一旦发生事故，计算机便对事故进行分析，然后再执行有关的事故处理程序，使事故得到及时的处理，同时还记录了事故的性质、发生的时间和地点。 计算机具有存储信息量大、信息处理速度快和逻辑判断力强的特点，因此，成为了处理水电站事故的理想工具。 他的实现对电站的安全运行，具有不可估量的总要意义。 本课题的目的和内容 在电力生产技术上，小型水电站的建设具有与大中型水电站不完全相同的特点，其也 是电力系统重要的组成部分，但在建设和管理上，小型水电站表现突出的地方性、群众性、自主性及政策性等特点。 因此对小水电站计算机监控的设计与研究就有别于大中型水电站计算机监控系统。 研究和设计一套性价比较高的计算机监控系统，对小型水电站设备实施监控、检测、事故处理及数据管理，以及机组故障的智能诊断功能，以闭环控制方式对水5 电站设备进行控制，实现小型水电站的综合自动化，以充分利用当地的水资源，创造更大的经济效益。 本课题是基于典型的某二级小型水电站建设的要求而设计的。 在此基础上，对该水电站的保护系统和机组控制系统进行 了改造设计，完成了对盖水电站计算机监控系统基本的设计和研究工作，为实现小型水电站监控综合自动化打下了坚实的基础。 总的来说，论文立足于工程实际，主要完成如下几方面工作： （ 1） 从水电站计算机监控系统的监控模式和监控任务出发，具体分析了小型水电站计算机监控设计的特殊性以及监控设计的必要性； （ 2） 针对小型水电站计算机监控系统设计的特殊性，在比较和分析大型水电站计算机监控系统给的设计结构模式的基础上确定了适用于中小型电站计算机监控系统的总体结构模式，并完成了对目标水电站总体架构的配置以及上位机监控软件的选择； （ 3） 讨论了机组 LCU 的各种结构模式，确定了本设计中机组 LCU 采用 PLC+综合自动化装置的结构模式，并完成了对 LCU 的结构设计、硬件配置和应用程序流程的开发，实现了 LCU 的手动和自动程序控制功能； （ 4） 基于组态王 中文通用版作出了基本的上位机系统监控平台，对开关站相关参数的数据库，电站相关参数历史报表等功能作了一定了解。 小结 本章综述了小型水电站自动化监控系统的发展史和现状，分析了设计适用于小型水电站的综合自动化监控系统的重要性和现实意义，并概述了本文的主要研究内容。 6 2 小型水电站计算机监控系统总体设计 设计的概述 某二级小水电站的基本情况 该水电站为 2 台 1000kW 和 1 台 800kW 的发电机组。 发电机机端电压为 ，主变压器（ 1B）的容量为 3150kVA。 近区变压器（ 2B） 的容量为 20xxkVA。 下图 是某电气有限公司提供的有关该水电站设计的系统主接线图。 (注：由于受到画图软件限制，系统主接线图可进一步查看论文附带原图 ) 图中一号和三号机组即 1F 和 3F 的型号参数为： SFW100016/2150 1000kW kVVe  cos  ，励磁电机型号为： S945kVA 6300/90V △ /Y1；二号机组即 2F的型号参数为： SFW8006/1180 800kW kVVe  cos  ，励磁电机型号为： S930kVA 6300/50V △ /Y1。 同时，相应的 1B 主变型号参数为： S11315O/35 )(  △/Y11； 2B主变的参数为： S920xx/35 )(  △ /Y11。 7 图 系统主接线图 Main chart of the system 小型水电站自动化控制系统设计要求 由于小型水电站在建设和管理上具有与中大型水电站不同的特点，因此必须根据小型水电站自身的特点设计出适当的计算机监控系统，而不能照搬大中型水电站的设计。 （ 1）小型水电站的特点 a． 建设资金不富余，小水电站多为地方投资或集资兴建，资金来源有限； b． 电压变化大，小水电站为独立供电且电 能输送的距离较远，因此负荷8 变化幅度较大，从而导致电压变化幅度也较大； c． 运行方式变化较大，小水电站水库容量小，受降雨量影响较大，用电无规律，机组的启、停很频繁； d． 技术更新费用小，小水电站用于技术更新和维护的费用甚少，很少更新相关设备； e． 技术力量薄弱，小水电站的运行维护人员为专业技术人员的较少，无法维护好技术要求自动化装置的运行。 （ 2）小型水电站自动化控制系统设计的原则 ，根据小型水电站的特点，自动化装置首先要有良好的经济性，包括投资的经济性和维护的经济性； ，小水电站由于技术 力量薄弱，技术支持不强，要求采用的自动化装置具有高可靠性、维护工作量小、寿命长的特点； ，水电站的设计应尽可能地采用高可靠性、易维护的智能装置； ，所设计的系统要求主要功能完整，具有较高的自动化程度，个自动化装置应符合国家相关技术标准； ，简化设备以减少投资，向综合自动化方向发展以完善设计，计算机技术的成熟，为小水电站的综合自动化的实现创造了条件； f． 集中监控，并逐步实现无人值守，通过对小型水电站监控系统的设计，使其能够实现集中控制，并尝试由少人值守向无人 值守，提高劳动生产率，降低运行费用和电能成本。 小型水电站计算机监控系统结构 计算机监控系统结构大体上分为集中式计算机监控系统结构和分布式计算监控系统结构。 分布式计算机监控系统结构又分为全分布式计算机监控系统机构和分层9 分布式计算机监控系统结构。 目前计算机监控系统均采用分层分布式结构。 小型水电站所具有的特点决定了其结构不能照搬大中型水电站的设计结构和配置，而应根据自身条件设计出符合小水电站本身特点和要求的计算机监控系统。 对于其结构的选择目前主要有两类结构可供选择：一类两级分布式结构，下级是现 地控制级，完全按设备单元分布，控制网络可以使以太网、现场总线或 RS485 网络；自动化系统配置是基于 PC 的模块化控制系统。 另一类也是两级分布式网络，现地控制级是按设备单元和功能单元混合分布，如保护单元、测量单元是按功能分布的，控制单元是按机组、辅机等设备分布的，控制网络基本上同第一类，主要是由 PLC、智能控制单元或检测单元、智能保护单元组成的（如图 ）所示。 为了减少投资，系统的功能又不能减少。 为达到此目的，确定以第二种网络结构完成设计，以推动水电站建设向综合自动化方向发展。 水电站计算机监控系统的 组成 通过对小型水电站计算机监控系统中常见的两种光网络结构模式的分析，并根据国家电力公司对水电站监控设计的相关规定，针对目标水电站运行实际技术特点，论文中确定的小型水电站计算机监控系统总体结构如下图 所示。 本监控系统采用两级分布式计算机监控系统，第一层又称电站层，有监控计算机组成，主要对全站三台本地机组的实时运行状况进行在线监控并完成对各种采集参数的处理及打印输出等功能；同时还具有 RTU 通信接口，可与上级调度进行通信，组成一个综合自动化网络。 第二层即机组控制层，由四台现地控制单元 LCU 组成。 每台机 组为一个现地控制单元（ LCU） ,发电机的自动程序控制完全由 LCU 完成，机组的保护、信号显示、测量、计量全部由智能保护单元和智能电子仪表来实现。 在每个 LCU 中， PLC 实时采集机组状态和参数，接收上位机发出的各种控制调节指令，对机组进行控制。 励磁调节器、调速器和同期装置作为执行装置进行调速、调压和同期并网的功能。 10 基础层 基础层的控制包括机组的开、停机顺序控制，励磁机的调节器、机组的自动调节与稳定。 其中顺序控制部分采用 PLC 进行逻辑控制。 励磁调节器和机组调速器均为微型计算 机控制的智能单元。 机组现地单元（ LCU）的结构和功能 机组现地单元 LCU 结构框图如图 23 所示，机组 LCU 由 PLC、调速器励磁调节器等组成。 11 全站设 4 套 LCU，其中机组 LCU 3 套，升压开关站和公用设备用 1 套 LCU。 各LCU 均为能独立运行的控制系统个（ PLC） ,具备现地监控功能。 机组 LCU LCU LCU3 完成机组运行状态和数据的采集处理及自动程序控制、调节。 自动程序控制的基本任务是实现机组的自动开停机，运行工况的转变，自动并网，机组的安全监视和水轮机水力机械的保护等。 机组自动操作回路与机组的调节器、控制器等均有良好的接口，可以实现整个电站的微机实时控制。 至于本地公用单元 LCU4，可以实现对线路、主变、机组智能综合保护单元运行状态指示；对油、气、水压系统设备，厂、站用电设备等的监控；对上下游水位的监测等等。 机组现地单元中 PLC 控制系统设计 LCU 采用了可编程逻辑控制器（ PLC） ,不但可以克服常规继电器逻辑电路接线复杂、工作可靠性低、反应速度慢、检修维护量大等缺点，还具有设计简单、动作可靠、维护工作量小等优点。 目前该技术已在大型水电站自动控制系统中得 到了广泛应用 ，在小型水电站中的应用也越来越广。 12 本系统 LCU 采用可编程逻辑控制器（ PLC）和小型驱动继电器相结合的方式，应用于小型水电站控制系统中。 在硬件上，所有的输入触点都通过隔离处理后，进入PLC 内部，可靠性高、抗干扰能力强。 由 PLC 直接控制高可靠性继电器，再控制现场电磁阀，接线简单，维护方便。 在软件方面，采用梯形图程序设计方法。 原理图与常规电气图一致，节点、标号地址一一对应，因此易于调试，可在线编辑、监视、调试，设计周期短，功率高。 电站层的监控部分设计 电站层的主要功 能是完成中央监控和相关数据处理。 通过站内的监控网络，将各机组的运行参数、各智能控制保护单元采集到的变压器及发电机数据发送到上位机，在上位机中形成年、月、日格式的数据报表。 同时将中控室发出的操作指令传送到各个现地控制单元，完成相应的控制和状态显示的功能。 监控工作台（ 2 台 ） 选用台湾研华工控机，其相关型号及性能参数为：IPC610MB30LC， AIMB766VG，双核 5200，内存 1G、硬盘 160G/DVD 光驱，配备标准鼠标和键盘，显示器采用三星的 22 寸液晶显示器。 相应的打印机采用的是惠普 HP1008,同 时配备配套音响一对。 电站保护部分的设计 电站保护的任务主要包括对机组、变压器、线路的继电器保护 （ 1） 发电机的保护 对发电机要实施的保护有过压保护、纵差动保护、过负荷发信、复合电压启动过电流保护。 本系统采用的是重庆新世纪电气公司的 EDCS8130 系列中的EDCS81302 智能发电机主保护装置，完成发电机保护任务，一旦发电机发生故障、装置就直接驱动断路器的跳闸线圈，使该发电机与相应的母线解列。 （ 2） 主变压器的保护 13 在本系统的设计中，我们选用的是重庆新世纪电气有限公司的 EDCS7220 系列 智能变压器主保护装置和 EDCS7230 系列智能变压器后备保护装置，实现对主变压器的速断保护、重瓦斯保护、轻瓦斯保护、油温过高保护和复合电压启动过电流保护等。 （ 3） 线路的保护 对于线路的综合保护，我们选用的重庆新世纪电气有限公司的 EDCS8110 系列线路保护装置，此装置可对 35kV 线路实施过电流保护和电流速断保护。 水电站计算机监控系统软件设计。