谢培元游年夜海许东升向龙云陶一凡华中科技年夜学电气与电子工程学院(430074)

摘要：本文针对农村小水电站的特点，提出了以小水电站无人值班为方针的HEA－500型综合自动化系统的设计，并具体论述了其方案。

要害词：农村小水电站　综合自动化　设计

1　引言

HEA－500型综合自动化系统是门为农村小水电站设计的一套以无人值班为方针的多功能系统，操作和维护都十分简单，能确保电站平安靠得住运行，下降运营成本，提高电站的经济效益。

该系统的10个子系统组成现地级系统，各系统可自力运行，完成丈、庇护、控制、调理等功能。凭据各地域农村小水电成长的差异，该系统可选配"HG2002计较机监控系统"，此选配系统为上位机监测控制系统。

2　农村小型水电站的特点

凭据对湖北、湖南两个县共24个农村小型水电站的查询拜访，其主要特点为：

(1)在装备选择方面的特点：低成本、易安装，以实现基本功能为原则并用常规监视；

(2)人员设置装备摆设方面的特点：低要求、人数少；

(3)在操作方面的特点：手动操作、小我经验判定、机械传动控制；

(4)装备和运行特点：设置装备摆设简陋和运行靠经验。凭据农村小水电站的上述特点，本文特提出了HEA－500系统设计。

3　HEA－500系统设计

3.1　调速控制系统

凭据农村小水电站的现实情况，因采用无液压系统、无导叶反馈旌旗灯号、全机械手动的特点，为下降装备自动化改造成本，豫备采用步进机电或电磁调速机电进行调速控制，此调速方式与常规的电念头械调速方式分歧，在控制调速进程中增加减速机和制动器功能。

3.2　可控硅励磁调理系统

针对农村小水电站的特点，接纳合适的励磁方式和自动化接口关系，其主要功能有：

手动控制功能：灭磁按钮、增(减)磁开关、手(自)切换开关、风机启停控制开关、励磁投退功能；

自动化接口：开机、停机、增磁、减磁、灭磁开关分合；

庇护功能：强励定值限制、低励限制、励磁TV断线检测及庇护；

运行方式的选择：电压恒定运行、发机电恒励磁电流运行。

3.3　机组自动控制系统

凭据农村小水电站一次装备自动化元件的设置装备摆设和具有的反馈旌旗灯号情况，将机组自动控制采用以下方式：

机组自动控制系统要求实现对机组的自动开机、停机、事故停机功能，同时实现对换速器、励磁装配、进水闸门等装备的控制。在自动开机法式中该系统能够对开机条件进行逻辑判定，手动/自动旌旗灯号由PLC实现闭锁。

在接受开机饬令后，该系统启动。首先经由过程焦点治理单元收集读取现场的状态信息，由PLC来进行逻辑判定各个位置信息是否合适开机条件。机组处于启动开机豫备状态的信息必需有：机组无事故、断路器在跳闸位置、制动装配气源压力正常但未加制动、进水闸门全开。若这些信息没有知足开机条件的要求，则要求PLC经由过程逻辑法式发出控制饬令，由继电器驱动外部机构回路来动作。当信息知足开机条件要求则开机豫备状态完成，以后由PLC控制调速器直至导叶全开，当机组转速到达35％时投进励磁装配，机组转速到达95％时自动投进自动准同期装配，机组起头并网。机组与系统并列运行后，焦点治理单元自动复回开机元件和信息状态，自动开机进程完成，在整定的时间内如未完成开机全进程，则发报警旌旗灯号。

当接受停机饬令后，该系统启动，由PLC依照逻辑流程依次关闭各个外部机构。首先起头卸负荷，并由PLC控制调速器调理导叶开度机构使得导叶开度关至空载时，跳开发机电断路器。然后凭据转速信息装配收集的数据，到达整定值(机组转速25％～35％)的时辰投进制动气阀。机组全停后，焦点治理单元复回各停机元件和信息状态。停机进程完成。

3.4　信息丈系统

信息丈系统包括两种信息：工频交流、开关、直流信息。该系统负责全电站的信息的收集，主要由两台智能装配完成：一台为智能液晶丈仪；另外一台为焦点治理单元。焦点治理单元以通讯的方式接受智能液晶丈仪的实时数据。

工频交流经TV/TA板信息变换后接进装配的输进端子，凭据电站的TV/TA设置装备摆设情况，需送智能液晶丈仪的常规显示，送焦点治理单元的庇护插件的输进端子。开关由外部无源接点接进隔离转接板后送到各装配的输进端子，PLC经由过程内部通讯方式开关插件读取的信息，然落后行逻辑判定。系统内部的庇护动作信息直接由焦点治理单元读取并作用于输出报警，而欠亨过外部回路。

温怀抱等直流信息的丈要求有外部丈元件的配合，成本较高，是以作为备选方案。

3.5　手动操作系统

手动操作系统作为自动控制系统的辅助控制方式，在自动控制失效或没法完成自动控制需要人工干涉干与时启动。该系统能够完成以下所有功能：手动同期进程、手动合/跳断路器、手动调整转速和励磁、手动完成闸门控制、手动制动刹车和手动开停机。

3.6　同期并网控制系统

同期并网系统有：涣散同期、集中同期两种可选模式。涣散同期和集中同期均有自动同期、手动同期两种方式，由同期屏上的同期切换开关完成同期方式的转换。采用涣散同期方式，每台机组各有一套自动同期和手动同期装配，相互自力；采用集中同期方式，机组共用一套自动同期和手动同期装配，由屏上的同期投进开关实现同期闭锁功能。一般采用涣散同期方式，以自动同期为主，手动同期为备用。

3.7　低压断路器控制系统

低压断路器控制系统由以下几个部门组成：断路器、隔脱离关、断路器控制机构、断路器庇护电路，主要用于控制发机电出口断路器。

3.8　微机庇护系统

凭据农村小型水电站的装备设置装备摆设情况，由于遭到TV/TA、断路器的设置装备摆设不足，该微机庇护系统功能主要完成对水电站重要装备发机电的庇护和变压器的瓦斯庇护，具体庇护设置装备摆设以下：发机电的过流延时庇护，过(失)压庇护、变压器瓦斯庇护。

3.9　焦点治理单元

焦点治理单元主要完成丈、庇护、可编程控制、故障报警、自诊断、通讯功能。焦点治理单元包括以下插件：

中心处置插件：收集各收集插件的数据，包括开进、模拟(交流、直流)等，并作出处置，包括开进取反、模拟运算，如统计全站出力、实时报警等，并将成效送显示屏幕显示。具有简单逻辑编程功能，可凭据编纂好的逻辑法式自动运行，完成机组的自动开、停和同期闭锁、辅机单元的自动控制等功能，扫描周期在10ms内。背部装设通讯用的RS232、422(485)接口、以太网接口。

显示及操作部门：显示各插件传送的数据，实时报警，包括开进变位、模拟越限、庇护动作等。经由过程操作按键可切换监视画面、查询和修改庇护定值，查询SOE记实、庇护动作记实等，并可进行打印。

PLC模拟开进收集插件：收集电、模拟、温怀抱；收集开进，配一块开进转接板。

电统计功能：电收集方式包括积分电计较方式与电能表通讯方式。积分电计较方式主要针对无电表的电站，电统计由其它电站完成，预留与集中抄表系统的接口。

PLC控制输出插件：接收中心处置插件、上位机的控制饬令，包括8路控制。控制出口为空节点。

庇护插件：开关输进由外部空节点引进，由DB9接口引进。面板装设运行、通讯、装配故障、庇护动作指示灯、复回按钮，庇护动作旌旗灯号由复回按钮复回。

外部通讯插件：用于与上位机通讯、调剂通讯等外部通讯。经由过程服务器治理单元获得数据。调剂通讯内置CDT、polling两种协议。背部装设RS232、422/485接口，面板装设运行、通讯等指示灯。

3.10计(远程抄表)系统

采用INTERNET通讯技术和嵌进式系统，开发一套远程散布式数据收集与治理系统，包括上位机系统和下位机系统；数据收集终端按时收集下挂电表的资料，包括：总有功、峰有功等。收集数据内容凭据用户分歧要求，进行扩充。斟酌到小水电站地处山区，情况恶劣，不具有哄骗光纤和无线等通讯条件，所以只能哄骗电话这一基本的通讯方式，综合运用基于INTERNET的通讯技术、嵌进式系统、工控制技术和年夜型数据库系统，保障系统靠得住性、灵活性和高效性。

4　结论

HEA－500型综合自动化系统是门为农村小水电站设计的一套以无人值班为方针的多功能系统，其设计是经过作者在湖南、湖北的20多个小水电站实地查询拜访后得出小水电站的特点，针对这些特点而设计的一套综合自动化系统，操作和维护都十分简单，确保电站平安靠得住运行，下降运行成本，提高电站的经济效益。