摘要:自动化一体屏技术目前在全国多家小水电站得到了广泛应用。河北省桃林口水电厂增效扩容改造后采用的WSDY—3000低压机组一体化控制屏可以完全实现一键开机并网、一键停机等功能，机组运行安全可靠，顺利通过了2019年汛期考验。
关键词:水电厂;自动化控制;一体屏;技术特点;实现功能;调试;应用
1概述
桃林口水电厂是河北省桃林口水库的附属工程，位于河北省青龙县境内，属坝后式电站。根据国家“十三五”计划在全国范围内进行水电厂增效扩容改造的要求，桃林口水电厂从2016年开始进行增效扩容改造，到2019年9月份改造全部完成。生态小机组的建设和安装是由天津市正天泽泰机电设备科技有限公司中标，根据工程的要求、特点，确定了武汉武水电气技术有限责任公司生产的水轮发电低压机组一体化控制技术方案，于2019年5月份安装调试完成并投入运行。自动化一体屏技术在水电厂生态低压机组的应用既满足了水电厂生态机组安装空间小的要求，同时节约了成本。将励磁单元、同期单元和保护单元都整合在自控屏内，省去了3个柜的成本和空间的同时，技术也满足机组开、停机和机组运行等其他要求。
2技术特点
(1)一体化结构，接线简单，维护方便。(2)装置由发电机自动化控制装置构成核心控制单元。(3)发电机自动化控制装置集温度巡检、电量/非电量检测、保护、自动同期、发电机开停机、智能运行控制、远程控制于一体。(4)发电机自动化控制装置采用单CPU系统，功能单元采用高防护、抗震型软连接技术，全面适应一体化屏体运行的高性能、高可靠性要求。(5)发电机自动化控制装置核心处理器采用高性能32位浮点DSP，既保证CPU的高速高性能，又避免对周边辅助元件的射频干扰。(6)发电机自动化控制装置采用高精度交流采样技术，通过傅里叶计算和小波分析等技术准确的检测发电机的各种模拟电量信号，为发电机的控制、保护和同期功能提供快速准确的数据。(7)发电机自动化控制装置采用大屏幕液晶全中文显示，使装置的运行和检测全透明化。(8)发电机自动化控制装置配置完善的通讯口功能，可以方便地实现GPS对时、远程控制等功能。后期通过简单的软件硬件匹配，可实现区域智能调度及无线数据传输及控制功能。(9)发电机自动化控制装置全面适应和满足各种调速、励磁装置的要求，实现“宽口径”配套运行。(10)独立8路CPU的温度巡检单元，除为核心控制单元提供温度检测值外，还独立输出超温报警(异常和保护)信号，全面提高发电机过热保护功能。(11)微机励磁装置采用国内外先进励磁设备的技术，符合高性能低成本。采用交流采样技术，大幅提高励磁控制的精度和稳定性。针对小水电处于电网末端及周边存在大容量(相对于发电机容量)冲击负荷的特点，设置智能无功补偿、频压匹配等附加控制功能，既满足常规模式下国标恒压运行的要求，又可保证在恶劣场所的发电机正常稳定运行。配置HMI显示单元，可实现直观观察。配置RS485硬件模式的对外通讯功能，可以满足各种监控及各种控制装置的配套运行要求。微机励磁装置采用3相全控桥功率单元配置，为发电机提供高质量的磁场电流。(12)配置三相式励磁变压器，实现励磁机励磁绕组(有刷系统)的电气隔离，既提高励磁装置的可靠性和调节品质，又减少发电机定子的不利影响。(13)屏体和控制单元统一的人机界面设计，可以保证一体化屏整体直观清晰的信号和指示性能(远距离)，又能提供全面、详细、透明的运行状态显示(屏前)。
3主要功能
一键式自动开机并网发电。?远程开停机智能控制。?运行/停机智能在线监测，实现自动化无人值守(电气部分)。?最优化智能运行方式，可确保发电机处于最优化运行状态。?微机励磁控制，可实现恒压、恒励磁电流、恒无功、恒功率因数智能运行方式。?微机自动准同期并网配置。?高精度发电机电量和非电量检测，包括发电机三相定子电压、电流、有功、无功、功率因数、频率、转速、网压、网频等。?完备的综合保护功能。?温度巡检(0～16路可选)，本方案配置8路巡检功能。?参数密码及智能越线保护，防止随意或失误修改造成设备不正常运行或误动作。
4功能单元简述
4.1温巡单元。独立温度巡检单元，与核心控制CPU(DSP28335)通过通讯方式传输数据。定子A相+、定子B相+、定子C相+、转子、轴承1、轴承2、1号导瓦、2号导瓦8路温度，独立两路报警功能。传感器:可Cu50、Pt100通用、混合使用。量程范围:－50.0～150.0℃，精度等级:±0.5℃。
4.2保护单元。发电机综合保护单元针对低压发电机组保护存在问题而专门设计，要求精度较高，稳定性、可靠性好，整定灵活，功能多样。保护单元内容包括电流Ⅰ、Ⅱ段定时限保护、过负荷保护、过电压保护、失磁保护、电流断线保护、机组过速和低速保护。
4.3转速检测单元。通过对机端电压的频率检测，计算出发电机的实际转速，实现开机、停机过程中的不同转速阶段的相关控制，如制动、励磁投入等。信号源灵敏度:1.0～600V正弦波，测量范围:0～100Hz，测量精度:0.5%额定转速或0.25Hz。测量分辨率:0.1%额定转速或0.05Hz。
4.4同期单元。发电机准同期并列是发电厂一项很频繁的日常操作，同期单元的性能将直接影响到发电机的并网速度和发电机并网质量。本单元以高精度的时标计算频差、相位差，以毫秒级的精度实现合闸提前时间，通过全智能快速自动调频、调压，在待并两侧频差、压差合格，整定的提前时间与断路器机械动作时间相吻合的情况下，实现快速无冲击合闸。
4.5智能开、停机单元。根据对发电机的状态的实时检测，以及相关外部控制装置(调速、励磁)的特点，在收到开机命令后根据不同时段(时间和转速)发出相关机构的开启和投入命令，并实时检测该机构或单元的动作和运行情况，完成智能开机的全流程控制。电机并网运行后，根据水资源的情况，智能调节，使发电机处于最优发电状态。
4.6制动控制和复归单元。根据人工给控制器写入制动参数，控制器在机组自动停机时自动发出制动指令和复归指令。
5在水电厂的调试
自动化一体屏调试工作是和调速器调试工作同时进行的。两者互相配合、共同完成机组调试工作，以满足机组手、自动开机并网、正常停机、事故停机等要求为止。
5.1自动化一体屏机组手动、自动开机并网及停机试验。开机条件满足情况下，调速器开机到空载、一体屏上转换开关在手动位置，励磁单元界面手动起励建压至额定值，同期单元界面，手动准同期并网成功。手动停机，调速器手动减有功到0，一体化屏手动减无功到0，一体化屏上手动跳开发电机出口断路器，调速器关机，机组频率降到制动频率21Hz，机组手动加刹车停机。开机条件满足情况下，调速器切到自动运行位置，自动化一体屏转换开关在自动位置，自动化一体屏上发开机令，调速器自动开到空载，励磁单元自动起励建压至额定值，同期单元自动投入自动准同期并网成功。一键停机，调速器自动关机到空载，机组自动跳闸灭磁，机组频率降到制动频率21Hz，机组刹车自动投入停机。
5.2机组保护试验。根据要求，分别做了失磁保护、过流保护、过负荷保护和过电压保护等试验，试验结果合格，保护动作灵敏可靠。
5.3机组甩负荷试验。根据要求，机组分别做了甩20%、50%、70%和100%额定负荷，机组转速上升率分别为5%、10%、16%和18%，远小于140%飞逸转速，证明机组自动化一体屏技术可靠，调速器调节性能完好。
6应用
生态低压机组安装调试完成后，马上投入了生产运行。从5月份开始到目前为止，历经了整个汛期，总共安全运行2880h，没有任何事故和故障发生，保证了水库下游生态流量供水的同时又产生了很好的发电效益。
7结论
桃林口水电厂生态低压机组采用自动化一体屏技术，一体化结构方式简单，自动化装置“傻瓜式”智能控制，低压机组控制屏集水机控制、继电保护、自动准同期、转速检测、微机励磁、自动配电控制为一体，可实现一键开停机等功能。同时，很好地实现了“无人值班(少人值守)”远程计算机监控的全自动化封闭式运行管理，为水电厂沿着绿色水电可持续发展的道路继续前进提供了可靠保障。
作者:董笑波 闫姗姗 彭志云 闫永东 单位:河北省桃林口水库管理局
