摘要：ＤＭＰ３００型水電站微機綜合自動化系統采用先進的分層分布式系統結構，集保護、遙控、遙測、遙信、遙調五大功能于一身，實現電站微機綜合自動化。系統在和慶水電站的應用表明：ＤＭＰ３００系統也適合中、小型水電站的微機綜合自動化改造。

關鍵詞：小水電 水電站自動化 自動化系統 技術改造 應用ＤＭＰ３００

1 和慶水電站技改概況

和慶水電站是松濤灌區東干渠渠道一宗跌水電站，裝機容量3×1250KW，站內布置發電機3臺、主變壓器4臺、35KV線路2回、10KV線路8回。建站于1975年，二次設備原采用半導體繼電保護及水機自動操作裝置（均為半導體裝置在亞熱帶的試研產品），至今已運行近30年，設備陳舊，保護方式落后，自動化水平低，大部分元器件目前已屬淘汰產品，且元器件老化嚴重，運行性能較差，拒動、誤動現象時有發生，嚴重威脅機組的運行安全。

2 DMP300F系統概述

DMP300F型水電站微機綜合自動化系統是長沙華能公司在總結我國微機電站運行經驗的基礎上，根據國內外電力運行發展趨勢，以實現無人值班、少人值守的分布式保護、控制、測量和通信單元的一體化系統。DMP300F系統應用先進的微機技術，實現微機保護、微機監控，集保護、遙控、遙測、遙信、遙調五大功能于一身，采用分布式結構，對電站進行全方位的控制和管理，實現電站微機綜合自動化。

系統設計采用分層管理模式。系統的底層是分布式單元機箱，上層是以Win/NT為軟件平臺的當地監控層，主要完成對各單元裝置實時數據的采集；完成實時數據的加工和管理；實現系統管理站功能。

分布式單元機箱采用模塊化設計，面向一次設備，以一次設備為對象設置保護測控一體化。每個裝置都采用80C196高性能16位處理器為核心，獨立完成該單元的保護、測量、信號、控制等功能，與目前廣泛應用的發電廠微機綜合自動化系統相比較，該系統具有硬件保護和監控之間的銜接更加緊密、系統整體可靠性更高等優點：

2.1、高可靠性：

----采用高性能的單片機80C196，盡量減少硬件，插件模塊化。

----系統采用信號隔離技術，軟、硬件濾波，屏蔽接地等一系列措施，抗干擾能力強。

----采用集中組屏方式，全密封小箱體和大機柜構成雙重屏蔽，增強了裝置的抗干擾能力。

----采用現場總線構成通訊網絡，傳輸無瓶頸，抗干擾能力強。

----保護和監控具有各自獨立的交流采樣回路，保證了檢測精度和保護裝置所要求的抗飽和性能。

2.2、維護調試方便簡單

----具有大屏幕漢字液晶顯示，調試、顯示方便。

----采用模塊化結構，標準元件，互換能力強。

3 DMP300F在和慶水電站的應用

根據和慶水電站的具體情況，發電機、變壓器及線路各保護單元采用微機保護，控制和保護單元均有獨立的CPU構成，采用一對一結構，每個回路有獨立的CPU完成。采取集中組屏方式，各保護單元相對獨立，能完成其保護功能，并通過通信接口向后臺監控系統傳送保護信息。

3.1、系統設計原則

----和慶水電站采用以計算機監控為主、簡化常規控制為輔的監控方式及微機保護，組成電站微機綜合自動化系統。系統內功能相同的單元采用一致的機型配置。

----微機監控系統采用全分布開放式系統結構，滿足于水電站要求的可靠、安全、經濟、實用、先進性、功能齊全、便于擴充等基本原則。

----網絡通訊采用現場總線結構，掛在網絡上的計算機均采用開放系統軟件Win/NT。易滿足今后計算機高速發展的要求，兼容性、擴充性、互換性好。

----各保護單元全部采用微機保護，均采取集中組屏方式放于中央控制室，各保護單元相對獨立，能獨立完成其保護功能，并通過通訊接口向后臺監控系統傳送保護信息。

----所有保護均設有軟、硬壓板，保護參數可就地/遠方進行修改、查詢（保護參數的修改需具有管理員資格）。

----系統采用信號隔離技術，軟、硬件濾波、屏蔽接地等一系列抗干擾措施。

----系統具備防誤操作功能和完備的自診斷、自恢復功能，保護裝置設有防誤閉鎖裝置以防止跳閘出口的誤開放。

----計算機監控系統可以手動優先、下層優先的方式或指定的方式設置必要的硬件和軟件，使運行操作人員能方便地在各控制層之間、計算機控制與簡化常規控制設備之間選定對設備的控制權，對無控制權的控制設備進行閉鎖。

3.2、系統結構

和慶水電站綜合自動化系統采用分層分布、開放式結構，主要由主控制級（上位機）、現地控制單元（LCU）、連接網絡、公用屏、脈沖計量屏、直流電源系統等組成。

主控制級由計算機以及中控室有關設備組成，負責全站的自動化功能、歷史數據處理以及全站的人機對話。

主控制級計算機監控系統的主要配置為：P4主機1臺；21寸高分辨彩色顯示器1臺；寬行打印機1臺；1000VA逆變電源1臺；MTC-3監控系統軟件1套。現地控制單元分為機組控制單元、開關站及公用設備控制單元。電站共設置4套現地控制單元，即3臺機組各設置1套，開關站及公用設備設置1套。各現地控制單元直接完成生產過程中的實時數據采集及預處理，完成單元狀態的監視、調整和控制以及與上位機的通信聯絡等功能。機組LCU可以監控發電機的各種電氣量（機端電壓、定子電流、勵磁電壓、勵磁電流、有功功率、無功功率、頻率等）、發電機定子鐵芯及繞組溫度、發電機各軸瓦的溫度、發電機轉速、進水閘門升降、導葉開度位置、發電機斷路器及隔離刀閘的位置、發電機出口PT隔離刀閘的位置、滅磁開關的位置等。機組自動操作控制功能由可編程序控制器構成的機組順控裝置（PLC）來實現，正常時PLC與微機勵磁調節器和微機調速器一同接受上位機或中控室運行人員通過計算機鍵盤手動發出的命令，或它們各自帶有觸摸屏操作控制面板操作發出的命令，通過執行機構對機組實行控制和調節。每臺機組LCU配置一套微機溫度巡檢裝置、一套微機轉速測速裝置和一套微機自動準同期裝置，用于機組測溫、測速和自動準同期并列。

機組LCU的主要配置有：可編程序控制器PLC、WWJ-1A微機溫度巡檢裝置、WTQ-2A微機自動準同期裝置、ZSX-1A微機轉速測速裝置、簡化的常規控制面板（含觸摸屏）、出口繼電器、測量儀表及指示燈以及屏柜和附件。

開關站及公用設備LCU對不適于并入機組LCU進行控制的輔助設備及全站的公用設備進行控制。其配置為：簡化的常規模擬操作面板、STQ手動準同期裝置、測量儀表及指示燈、以及屏柜和附件。 3、系統功能

3.3.1上位機監控系統功能

計算機監控系統主動發通迅報文（保護器通訊報文、擴展模塊通訊報文、水機模塊通訊報文）、下位機應答，將下位機的信號、測量數據傳送監控系統，實現對全站主要機電設備進行控制、對所有機電設備的運行情況進行全面監視。

1）數據采集和處理：對主要設備的工況參數進行巡回檢測、實時數據庫更新、越限檢查；對重要的模擬量（如軸瓦溫度等）進行監視和越限檢查。 對全站各主要設備的狀態、繼電保護動作狀態以及各種事件和故障信號等開關量進行監視，記錄狀態的變化順序和事件發生的時間，并按規定產生報警和報告。

2）全站安全監視和實時報警：監控系統通過人機接口向運行人員提供全站的運行情況，當出現開關量變位事件、模擬量越限事件、監控系統自診斷等事件時，監控系統在人機接口上采取多種方式（彈出事故簡報、音響等）進行報警。

3）生產過程的控制：監控系統可接受操作人員在中控室上位機或現地控制單元的操作面板上發出的操作命令，對電站機組、斷路器進行操作。值得一提的是，微機綜合自動化系統使機組的開、停機操作變得特別簡單快速，只要在上位機用鼠標或在現地監控單元操作面板點擊“開機”或“停機”，系統將按預定程序完成從開機到并列、從減載到解列到停機的整個操作過程，實現“一鍵開機”或“一鍵停機”。

4）統計與制表：監控系統在實時采集運行參數和工況的基礎上，完成統計制表等運行管理工作，包括運行日志、設備運行工況、事故與操作次數統計、生產考核指標的計算統計、電能量報表等。

5）人機接口：人機接口包括CRT、鍵盤、鼠標、打印機、鍵盤等。實現下達操作控制命令，顯示各種畫面、報表、曲線；參數設置修正，召喚畫面顯示或打印等功能。

3.3.2現地單元功能

1）數據采集與處理：現地單元對電站主要設備的運行狀態和參數自動定時采集，并作必要的預處理，按一定的格式存入數據庫。包括各種電氣量、非電氣量等模擬量，電能表的脈沖量，數字量，開關量等的采集和處理。全部電量的測量由交流直接采樣，可直接顯示有關電量參數。

2）控制操作：根據上位機或現地人機接口下達的命令，可進行機組的開/停順序控制、開關的分/合操作等控制。

機組現地控制單元選用日本OMRON系列PLC，對本機組相關聯的設備進行監控。在運行過程中，PLC監控程序循環周期運行，分別依據開機準備條件，就地/遠地傳送調節信號、正常停機信號、以及事故停機信號分別按預定程序完成各項功能，水機屏就地裝有開機、停機、緊急停、復位、事故復位等功能按鈕，完成對應的功能操作。裝有開機準備、機組故障、機組事故光字牌，方便了運行人員的操作和運行管理。

3）歷史事件紀錄：對重要開關量的狀態變化進行順序記錄、對一般開關量的狀態變化記錄、對模擬量的越限情況進行紀錄。

4）報警功能：現地單元與上位機通信中斷時能獨立運行，在設備監控系統本身出現故障或異常情況時，能以音響、文字顯示等方式輸出報警信號。

5）人機接口：現地單元可通過顯示操作面板進行人機聯系，用于運行監視、控制、調試等。

3.3.3保護控制功能

1）發電機保護功能：每臺發電機保護配置有差動保護單元、后備保護單元、失磁保護單元、接地保護單元，共同對發電機進行全面保護。可實現差動速斷、諧波制動的差動保護、CT斷線閉鎖、復合電壓啟動的時限過電流、過電壓、過負荷、PT斷線閉鎖、發電機失磁保護、定子接地、轉子一（二）點接地保護。

2）主變保護功能：每臺主變保護配置有差動保護單元、后備保護單元和測控單元，可實現主變的差動速斷保護、比率差動保護、復合電壓閉鎖過電流、過電流、重瓦斯、輕瓦斯、過負荷告警、CT斷線閉鎖、PT斷線閉鎖、變壓器油溫過高報警等多種保護。

3）10、35KV線路保護。10KV和35KV線路均采用DMP-303B保護測控單元來完成對線路的保護。可實現時限（方向）過流、時限（方向）速斷、單相接地、三相一次檢同期檢無壓重合閘、過負荷報警等保護功能。

所有保護均可實現軟開關及硬件投退。

所有現地單元均能脫離監控系統獨立運行，功能上不依賴于監控系統主機。

4 效益分析

DMP300F系統運行半年多以來，運行情況良好，在以下幾個方面取得了顯著的效果：

1）減少了運行值班人員，改善了值班人員的工作環境，提高了值班人員的工作效率，實現了“減員增效”的目的，為實現無人值班、少人值守創造了有利條件。

2）微機綜合自動化系統采集的信息量大，實時性強，分辨率高，故障、事故、越限、狀態變化等歷史事件能自動記錄和打印，并能分辨出各種操作和保護的動作順序及時間，為值班人員及時發現設備缺陷，避免設備發生事故起到了積極的預防作用；為在事故情況下事故原因分析及消除事故隱患提供了充分的依據。

3）對于值班人員的任何操作，系統都要檢查命令的合法性和控制的閉鎖條件，拒絕執行非法命令和不滿足閉鎖條件的控制操作命令，并提示拒絕執行的具體原因，對于滿足條件的操作，還須進行確認，系統才執行操作任務。

4）技改前按常規開機操作，根據操作人員的熟練程度需要5至10分鐘，而技改后利用計算機開機僅需40秒時間，這不僅滿足了電網事故的快速要求，同時也節省了開機過程中的水資源，提高了經濟效益。至2003年7月底止，今年累計發電量達1027.8萬度，比去年同期增加26.9萬度，按松濤水利工程管理局電網平均電價0.35元/度計，增加收入44.4萬元，經濟效益明顯。

由于和慶水電站是一宗徑流式跌水電站，在事故情況下上游的來水必須通過開啟排洪閘排至下游，否則，上游渠道將有漫堤甚至坍塌的危險，快速開機恢復廠用電，保證排洪閘的開啟對上游渠道的安全有著特別重要的意義。

5）DMP300F系統自投運以來，極少發生主要設備損壞、系統“死機”等問題，系統連續工作時間長，利用率高，為安全生產提供了可靠的保障。系統的高可靠性、高穩定性使維護的工作量日趨減少，基本上達到免維護的要求。

6）由于和慶水電站的傳感設備等因種種原因未能配備完整，影響了微機綜合自動化系統的總體性能的發揮。