摘要：ＤＭＰ３００型水电站微机综合自动化系统采用先进的分层分布式系统结构，集保护、遥控、遥测、遥信、遥调五大功能于一身，实现电站微机综合自动化。系统在和庆水电站的应用表明：ＤＭＰ３００系统也适合中、小型水电站的微机综合自动化改造。

关键词：小水电 水电站自动化 自动化系统 技术改造 应用ＤＭＰ３００


1 和庆水电站技改概况
　　和庆水电站是松涛灌区东干渠渠道一宗跌水电站，装机容量3×1250KW，站内布置发电机3台、主变压器4台、35KV线路2回、10KV线路8回。建站于1975年，二次设备原采用半导体继电保护及水机自动操作装置（均为半导体装置在亚热带的试研产品），至今已运行近30年，设备陈旧，保护方式落后，自动化水平低，大部分元器件目前已属淘汰产品，且元器件老化严重，运行性能较差，拒动、误动现象时有发生，严重威胁机组的运行安全。
2 DMP300F系统概述
　　DMP300F型水电站微机综合自动化系统是长沙华能公司在总结我国微机电站运行经验的基础上，根据国内外电力运行发展趋势，以实现无人值班、少人值守的分布式保护、控制、测量和通信单元的一体化系统。DMP300F系统应用先进的微机技术，实现微机保护、微机监控，集保护、遥控、遥测、遥信、遥调五大功能于一身，采用分布式结构，对电站进行全方位的控制和管理，实现电站微机综合自动化。
　　系统设计采用分层管理模式。系统的底层是分布式单元机箱，上层是以Win/NT为软件平台的当地监控层，主要完成对各单元装置实时数据的采集；完成实时数据的加工和管理；实现系统管理站功能。
　　分布式单元机箱采用模块化设计，面向一次设备，以一次设备为对象设置保护测控一体化。每个装置都采用80C196高性能16位处理器为核心，独立完成该单元的保护、测量、信号、控制等功能，与目前广泛应用的发电厂微机综合自动化系统相比较，该系统具有硬件保护和监控之间的衔接更加紧密、系统整体可靠性更高等优点：
2.1、高可靠性：
----采用高性能的单片机80C196，尽量减少硬件，插件模块化。
----系统采用信号隔离技术，软、硬件滤波，屏蔽接地等一系列措施，抗干扰能力强。
----采用集中组屏方式，全密封小箱体和大机柜构成双重屏蔽，增强了装置的抗干扰能力。
----采用现场总线构成通讯网络，传输无瓶颈，抗干扰能力强。
----保护和监控具有各自独立的交流采样回路，保证了检测精度和保护装置所要求的抗饱和性能。
2.2、维护调试方便简单
----具有大屏幕汉字液晶显示，调试、显示方便。
----采用模块化结构，标准元件，互换能力强。
3 DMP300F在和庆水电站的应用
　　根据和庆水电站的具体情况，发电机、变压器及线路各保护单元采用微机保护，控制和保护单元均有独立的CPU构成，采用一对一结构，每个回路有独立的CPU完成。采取集中组屏方式，各保护单元相对独立，能完成其保护功能，并通过通信接口向后台监控系统传送保护信息。
3.1、系统设计原则
----和庆水电站采用以计算机监控为主、简化常规控制为辅的监控方式及微机保护，组成电站微机综合自动化系统。系统内功能相同的单元采用一致的机型配置。
----微机监控系统采用全分布开放式系统结构，满足于水电站要求的可靠、安全、经济、实用、先进性、功能齐全、便于扩充等基本原则。
----网络通讯采用现场总线结构，挂在网络上的计算机均采用开放系统软件Win/NT。易满足今后计算机高速发展的要求，兼容性、扩充性、互换性好。
----各保护单元全部采用微机保护，均采取集中组屏方式放于中央控制室，各保护单元相对独立，能独立完成其保护功能，并通过通讯接口向后台监控系统传送保护信息。
----所有保护均设有软、硬压板，保护参数可就地/远方进行修改、查询（保护参数的修改需具有管理员资格）。
----系统采用信号隔离技术，软、硬件滤波、屏蔽接地等一系列抗干扰措施。
----系统具备防误操作功能和完备的自诊断、自恢复功能，保护装置设有防误闭锁装置以防止跳闸出口的误开放。
----计算机监控系统可以手动优先、下层优先的方式或指定的方式设置必要的硬件和软件，使运行操作人员能方便地在各控制层之间、计算机控制与简化常规控制设备之间选定对设备的控制权，对无控制权的控制设备进行闭锁。
3.2、系统结构
　　和庆水电站综合自动化系统采用分层分布、开放式结构，主要由主控制级（上位机）、现地控制单元（LCU）、连接网络、公用屏、脉冲计量屏、直流电源系统等组成。
　　主控制级由计算机以及中控室有关设备组成，负责全站的自动化功能、历史数据处理以及全站的人机对话。
　　主控制级计算机监控系统的主要配置为：P4主机1台；21寸高分辨彩色显示器1台；宽行打印机1台；1000VA逆变电源1台；MTC-3监控系统软件1套。现地控制单元分为机组控制单元、开关站及公用设备控制单元。电站共设置4套现地控制单元，即3台机组各设置1套，开关站及公用设备设置1套。各现地控制单元直接完成生产过程中的实时数据采集及预处理，完成单元状态的监视、调整和控制以及与上位机的通信联络等功能。机组LCU可以监控发电机的各种电气量（机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、频率等）、发电机定子铁芯及绕组温度、发电机各轴瓦的温度、发电机转速、进水闸门升降、导叶开度位置、发电机断路器及隔离刀闸的位置、发电机出口PT隔离刀闸的位置、灭磁开关的位置等。机组自动操作控制功能由可编程序控制器构成的机组顺控装置（PLC）来实现，正常时PLC与微机励磁调节器和微机调速器一同接受上位机或中控室运行人员通过计算机键盘手动发出的命令，或它们各自带有触摸屏操作控制面板操作发出的命令，通过执行机构对机组实行控制和调节。每台机组LCU配置一套微机温度巡检装置、一套微机转速测速装置和一套微机自动准同期装置，用于机组测温、测速和自动准同期并列。
　　机组LCU的主要配置有：可编程序控制器PLC、WWJ-1A微机温度巡检装置、WTQ-2A微机自动准同期装置、ZSX-1A微机转速测速装置、简化的常规控制面板（含触摸屏）、出口继电器、测量仪表及指示灯以及屏柜和附件。
　　开关站及公用设备LCU对不适于并入机组LCU进行控制的辅助设备及全站的公用设备进行控制。其配置为：简化的常规模拟操作面板、STQ手动准同期装置、测量仪表及指示灯、以及屏柜和附件。

3、系统功能
3.3.1上位机监控系统功能
　　计算机监控系统主动发通迅报文（保护器通讯报文、扩展模块通讯报文、水机模块通讯报文）、下位机应答，将下位机的信号、测量数据传送监控系统，实现对全站主要机电设备进行控制、对所有机电设备的运行情况进行全面监视。
1）数据采集和处理：对主要设备的工况参数进行巡回检测、实时数据库更新、越限检查；对重要的模拟量（如轴瓦温度等）进行监视和越限检查。 对全站各主要设备的状态、继电保护动作状态以及各种事件和故障信号等开关量进行监视，记录状态的变化顺序和事件发生的时间，并按规定产生报警和报告。
2）全站安全监视和实时报警：监控系统通过人机接口向运行人员提供全站的运行情况，当出现开关量变位事件、模拟量越限事件、监控系统自诊断等事件时，监控系统在人机接口上采取多种方式（弹出事故简报、音响等）进行报警。
3）生产过程的控制：监控系统可接受操作人员在中控室上位机或现地控制单元的操作面板上发出的操作命令，对电站机组、断路器进行操作。值得一提的是，微机综合自动化系统使机组的开、停机操作变得特别简单快速，只要在上位机用鼠标或在现地监控单元操作面板点击“开机”或“停机”，系统将按预定程序完成从开机到并列、从减载到解列到停机的整个操作过程，实现“一键开机”或“一键停机”。
4）统计与制表：监控系统在实时采集运行参数和工况的基础上，完成统计制表等运行管理工作，包括运行日志、设备运行工况、事故与操作次数统计、生产考核指标的计算统计、电能量报表等。
5）人机接口：人机接口包括CRT、键盘、鼠标、打印机、键盘等。实现下达操作控制命令，显示各种画面、报表、曲线；参数设置修正，召唤画面显示或打印等功能。
3.3.2现地单元功能
1）数据采集与处理：现地单元对电站主要设备的运行状态和参数自动定时采集，并作必要的预处理，按一定的格式存入数据库。包括各种电气量、非电气量等模拟量，电能表的脉冲量，数字量，开关量等的采集和处理。全部电量的测量由交流直接采样，可直接显示有关电量参数。
2）控制操作：根据上位机或现地人机接口下达的命令，可进行机组的开/停顺序控制、开关的分/合操作等控制。
　　机组现地控制单元选用日本OMRON系列PLC，对本机组相关联的设备进行监控。在运行过程中，PLC监控程序循环周期运行，分别依据开机准备条件，就地/远地传送调节信号、正常停机信号、以及事故停机信号分别按预定程序完成各项功能，水机屏就地装有开机、停机、紧急停、复位、事故复位等功能按钮，完成对应的功能操作。装有开机准备、机组故障、机组事故光字牌，方便了运行人员的操作和运行管理。
3）历史事件纪录：对重要开关量的状态变化进行顺序记录、对一般开关量的状态变化记录、对模拟量的越限情况进行纪录。
4）报警功能：现地单元与上位机通信中断时能独立运行，在设备监控系统本身出现故障或异常情况时，能以音响、文字显示等方式输出报警信号。
5）人机接口：现地单元可通过显示操作面板进行人机联系，用于运行监视、控制、调试等。
3.3.3保护控制功能
1）发电机保护功能：每台发电机保护配置有差动保护单元、后备保护单元、失磁保护单元、接地保护单元，共同对发电机进行全面保护。可实现差动速断、谐波制动的差动保护、CT断线闭锁、复合电压启动的时限过电流、过电压、过负荷、PT断线闭锁、发电机失磁保护、定子接地、转子一（二）点接地保护。
2）主变保护功能：每台主变保护配置有差动保护单元、后备保护单元和测控单元，可实现主变的差动速断保护、比率差动保护、复合电压闭锁过电流、过电流、重瓦斯、轻瓦斯、过负荷告警、CT断线闭锁、PT断线闭锁、变压器油温过高报警等多种保护。
3）10、35KV线路保护。10KV和35KV线路均采用DMP-303B保护测控单元来完成对线路的保护。可实现时限（方向）过流、时限（方向）速断、单相接地、三相一次检同期检无压重合闸、过负荷报警等保护功能。
　　所有保护均可实现软开关及硬件投退。
　　所有现地单元均能脱离监控系统独立运行，功能上不依赖于监控系统主机。
4 效益分析
　　DMP300F系统运行半年多以来，运行情况良好，在以下几个方面取得了显著的效果：
1）减少了运行值班人员，改善了值班人员的工作环境，提高了值班人员的工作效率，实现了“减员增效”的目的，为实现无人值班、少人值守创造了有利条件。
2）微机综合自动化系统采集的信息量大，实时性强，分辨率高，故障、事故、越限、状态变化等历史事件能自动记录和打印，并能分辨出各种操作和保护的动作顺序及时间，为值班人员及时发现设备缺陷，避免设备发生事故起到了积极的预防作用；为在事故情况下事故原因分析及消除事故隐患提供了充分的依据。
3）对于值班人员的任何操作，系统都要检查命令的合法性和控制的闭锁条件，拒绝执行非法命令和不满足闭锁条件的控制操作命令，并提示拒绝执行的具体原因，对于满足条件的操作，还须进行确认，系统才执行操作任务。
4）技改前按常规开机操作，根据操作人员的熟练程度需要5至10分钟，而技改后利用计算机开机仅需40秒时间，这不仅满足了电网事故的快速要求，同时也节省了开机过程中的水资源，提高了经济效益。至2003年7月底止，今年累计发电量达1027.8万度，比去年同期增加26.9万度，按松涛水利工程管理局电网平均电价0.35元/度计，增加收入44.4万元，经济效益明显。
　　由于和庆水电站是一宗径流式跌水电站，在事故情况下上游的来水必须通过开启排洪闸排至下游，否则，上游渠道将有漫堤甚至坍塌的危险，快速开机恢复厂用电，保证排洪闸的开启对上游渠道的安全有着特别重要的意义。
5）DMP300F系统自投运以来，极少发生主要设备损坏、系统“死机”等问题，系统连续工作时间长，利用率高，为安全生产提供了可靠的保障。系统的高可靠性、高稳定性使维护的工作量日趋减少，基本上达到免维护的要求。
6）由于和庆水电站的传感设备等因种种原因未能配备完整，影响了微机综合自动化系统的总体性能的发挥。