水电站自动装置工作结构

A. 水电站机组自动控制主要包括哪些方面的内容

水电站自动控制即来水源电站自动化，定义：用机械、电气及电子设备，按预定程序对水电站主要设备进行自动操作和控制。应用学科： 水利科技（一级学科）；水力发电（二级学科）；水电站电气回路及变电设备（三级学科）
建议参看教材《水电站自动化(第3版)》，专门阐述水电站自动化的基础理论和应用技术。全书共分六章，主要内容包括：水电站自动化的目的和内容、电子计算机在水电站的应用、水轮发电机的自动并列和励磁的自动调节、频率和有功功率的自动控制、辅助设备的自动控制以及水轮发电机组的自动程序控制等。书中取材以反映目前我国水电站的自动化技术为主，同时也适当介绍国内外的先进技术和发展趋势。《水电站自动化(第3版)》为高等学校“水利水电动力工程”专业教材，也可作为有关专业的教学参考书，亦可供有关工程技术人员参考。

B. 水电站由那几部分组成

水电站由以下六部分组成：

1、挡水建筑物

2、泄水建筑物

3、进水建筑物

4、引水建筑物

5、平水建筑物

6、厂房枢纽建筑物

(2)水电站自动装置工作结构扩展阅读：

实现水电站自动化技术的基础之一是检测水电站运行设备各项参数，其中控制设备、监测设备、控制节点是水电站辅助设备运行状况自动检测和监视的基础，计算机接受辅助设定的。在实际运行过程中，虽然对部分对象进行控制时可发现其并未采取任何行动。

被控对象依然能够达到良好的控制效果，但需要说明的是，控制对象自身发生改变仍然可能使得控制效果难以达到预计目标。

C. 水电站自动化设备包括哪些

自动化设备是个比较笼统的概念
比如：
自动装置：继电保护、自动同期装置等；
自动元件：传感器、测温仪等。

D. 水电站自动化系统的简介

水电站的综合自动化是建立在以计算机监控系统为基础之上的，对整个电站(甚至梯级电站或整个流域)从水文测报；机组启、停控制，工况监视；辅助、公用设备的启、停控制，工况监视；负荷的分配，直到输电线路运行全过程的自动控制，并能准确地与上一级调度部门进行实时数据通信等全方位自动监测的控制系统。一般包括5个子系统。
2.1计算机监控系统
2.1.1概述
这部分是综合自动化系统的核心和基础。根据计算机在水电站监控系统中的作用及其与常规监控设备的关系，一般有以下三种模式：
（1） 以常规控制设备为主，计算机为辅；
（2） 以计算机为主，常规控制设备为辅；
（3） 取消常规控制设备的全计算机监控系统。
根据水电站的装机容量大小、在电网中的作用和各自的具体情况可分别选用不同模式的监控系统。一般新建电站和具备条件(资金、技术和发电许可等条件)的电站适合选择第三种模式，以便达到一步到位的目的。对于受其它条件限制的老式水电站的改造，可分别考虑第一、第二两种模式作为过渡。这其中各种模式针对各自电站的具体情况，在设计时也略有不同。
2.1.2实例
值得说明的是，随着多媒体技术在水电站的应用，语音、动画、可视化、视像功能也用于计算机监控系统。设计时应根据多媒体系统的结构，解决好与监控系统的连接问题。
2.1.3计算机监控系统的主要功能
梯级电站中心计算机监控系统应具备遥测、遥控、遥信、遥调(即“四遥”)的功能。
2.2工业电视监视系统
工业电视系统是现代化管理、监视的重要手段，它的主要用途是及时而真实准确地反应被监控对象的实际信息，从而为决策提供依据。
水电站的监控人员借助于工业电视监控系统的辅助监视作用，亲眼见到了实况，就能放心地对设备进行控制操作，能大大提高设备远方操作的安全性及生产管理效率和自动化水平。并在一定程度上起到安全保卫的作用。
一般水电站工业电视系统不与计算机监控系统结合，工业电视监视系统前端设备获取的信息经本系统网络传送到主控室或分控室主机；在梯级水电站，各站的信息经独立于计算机监控系统的通信通道分别由各水电站传送到梯调中心。若工业电视系统结合于实时计算机监控系统，并由实时监控系统传送信息到梯调中心，有可能对监控系统产生影响或干扰，不利于安全运行。另一方面是由于传输速率不同，工业电视监视系统要求的传输速率远远高于计算机监控系统，为达到传输要求必将大大增加投资。
工业电视监视系统独立于实时计算机监控系统还有利于电站分期实施，水电站可先实施计算机监控系统，以后再做工业电视监视系统。
2.3消防监控系统
通过设置在主、副厂房、主变区、各主要机电设备的重要部位、油库、主要建筑设施等场所的探测器，消防系统能实现对水电站主要场所进行24h不间断的火情监测。当探测器(感烟、感温、红外火焰、紫外、缆式感温探测器)检测到有火情时，通过系统总线，自动向中央控制室的集中报警控制器报警。集中报警控制器在接收到报警后，经过信息处理，在报警控制器上以数码显示方式显示出火灾的部位，并通过串行通信接口，在水电站消防计算机监视系统的crt上，自动显示出火灾的部位编号及该层的平面布置图，提示出火灾的处理措施，同时根据火情发生的部位，经确认及延时后，自动或手动对该部位及相关部位的防火排烟设备、灭火设备进行相应的控制，实施灭火等措施。所有的火情信息由水电站消防计算机监控系统主机经信息处理后送至计算机监控系统。该系统与计算机监控系统采用异步通信方式实现通信。系统的构成如此所示。
另外还要求消防系统同时能实现对通风、防火排烟设备、二氧化碳灭火系统以及水喷雾灭火系统的控制。
2.4基础自动化元件及自动装置
2.4.1自动装置
自动装置是独立于计算机监控系统之外，能单独发挥作用，对相应设备进行自动控制和调节的装置或回路的逻辑组合。在水电站综合自动化系统中，必须要有快速、灵敏、安全、稳定、可靠的自动控制设备与计算机监控设备相配套，才能取得很好的经济效益。
计算机监控系统应与水机调速器、励磁调节器、微机型继电保护装置及其它自动装置接口。
2.4.2基础自动化元件
基础自动化元件是监视水电站主、辅设备运行工况、判断和处理异常状态、执行控制操作的耳目和手脚，其运行状况直接影响着机组及辅助设备的自动控制和安全保护性能。一般应以国产为主，进口为辅的原则进行配置、选型。
2.5水文自动测报系统
我国多数水电站兼有防洪、灌溉等任务，在水库调度工作中，不仅要搞好水库的发电经济调度，创造经济效益，同时还要及时、正确地掌握水情、汛情，搞好防洪渡汛工作。水文自动测报系统一方面要及时、准确、快捷地采集水情，另一方面还要通过计算机在较短的时间内作出洪水预报。该系统对水电站的防洪、排沙、发电、调峰、调频、灌溉、航运、漂木等均有十分重要的意义。
水文自动测报系统按规模和性质的不同可分为水文自动测报基本系统和水文自动测报网。水文自动测报基本系统由中心站(包括监测站)、遥测站、信道(包括中继站)组成。水文自动测报网是通过计算机的标准接口和各种信道，把若干个基本系统联接起来，组成进行数据交换的自动测报网络。
水文自动测报基本系统的功能框图如此所示。
其通信方式一般有超短波通信、短波通信、卫星通信等，可根据电站规模及当地条件选择不同的通信方式。
3.结束语
我国具有得天独厚的水能资源，其理论蕴藏量为6.76亿kw，年发电量59200亿kw.h，技术可开发量为3.78亿kw,居世界首位。逐渐加大开发力度，利用好丰富的水能资源，对于我国的现代化建设和可持续发展战略的实施，具有十分重大的意义。
水电站实施综合自动化系统，以达到“无人值班”(少人值守)的目标，是水电站现代化管理的发展方向，是科技进步的标志，是我国电力管理部门对水电站现代化提出的要求，在电力体制改革后也是水电站自身生存和发展的需要。
在综合自动化系统实施改造时，应先从基础自动化元件、自动装置着手，先使手脚变得灵活，再对大脑进行手术。一旦大脑改变，便形成一套完整的综合自动化系统。即使在近期内不能实现计算机监控，也能很好地实现小系统或常规方式的自动控制。对新建水电站，应以一步到位的方式设计并实施综合自动化系统，因水电站一般投资较大，这部分增加的投资在电站总投资中所占比例不大，但所起的作用和发挥的效益却是巨大的。
水电站在考虑综合自动化系统时，应加强与其他水电站和科研单位间的信息交流，吸取国内外的先进经验，结合自身实际，因地制宜，力求实用，避免少走弯路，以提高水电站综合自动化系统的经济效益。同时应积极采用新技术、新工艺、新产品，为其可靠运行及其功能的正常发挥创造条件，进一步提高水电站的安全运行水平。

E. 变电站自动化系统的系统举例

XNR－800系统设计了系列化的测控装置：微机保护装置和综合一体化的保护测控装置。不同规模、不同一次接线、不同要求的变电站实现综合自动化，可以方便的应用这些面向对象设计的装置。
为了更好地满足用户的需求，XNR－800型系统已形成系列化产品如下：
（一）、差动保护部分
1、XNR－891 二圈变压器差动保护测控装置（不带操作回路）
2、XNR－892 二圈变压器差动保护测控装置（带操作回路）
3、XNR－893 三圈变压器差动保护测控装置
4、XNR－894 线路差动保护测控装置
5、XNR－896 电动机差动保护测控装置
6、XNR－897 线路光纤纵差保护测控装置
7、XNR－898 发电机差动保护测控装置
8、XNR－899 发变组差动保护测控装置
（二）、后备保护部分
1、XNR－882 二圈变压器（高/低）后备保护测控装置
2、XNR－883 三圈变压器（高/中/低）后备保护测控装置
3、XNR－888 发电机后备保护测控装置
4、XNR－889 发电机接地保护测控装置
5、XNR－885 主变后备保护操作装置
6、XNR－886 主变非电量保护测控装置
7、XNR－881 线路距离后备保护测控装置
（三）、负荷保护部分
1、XNR－871 线路保护测控装置
2、XNR－872 变压器保护测控装置
3、XNR－873 电动机保护测控装置
6、XNR－876 电容器保护测控装置
7、XNR－877 电抗器保护测控装置
8、XNR－878 线路距离保护测控装置
9、XNR－879 母联保护测控装置
（四）、辅助保护部分
1、XNR－862 备自投保护测控装置
2、XNR－863 母线PT保护测控装置
3、XNR－861 通讯管理总控装置
4、XNR－864 电容器自动投切保护测控装置
5、XNR－867 低压减载保护测控装置
6、 NPS－637 低周减载保护测控装置
7、 NPS－638 电压无功自动投切保护测控装置
（五）、低压保护部分
1、XNR－881 线路保护测控装置
2、XNR－882 发电机保护测控装置
3、XNR－883 电动机保护测控装置
XNR－800型分层分布式结构示意图如下：
常规水电站通讯示意图
110KV变电站通讯示意图 汉字显示：该装置采用大屏幕液晶直接显示电流、电压、功率等所需的电气量，并且将保护动作的各种信息显示在屏幕上，并记录其动作时间及大小。指示明确：保护装置上有六个指示灯，可以指示保护装置的工作状态、监视元件的状态及对断路器的跳合位监视。操作方便：保护装置的保护投退、定值整定、数据查询、开入检测、开出试验等都可在保护装置的面板上直接操作，大大提高了操作的方便性。保密性强：保护装置的保护投退、定值整定、开出试验等设计到数据改动及继电器的开出都需要输入密码，从而大大提高了操作的安全性。定值整定：所有的保护定值都通过操作菜单直接整定，在微机上及监控微机上进行定值整定都需要输入操作密码及权限，保证了整定值的安全性。开出操作：按照图纸对应的继电器回路，所有的继电器开出都可通过面板直接开出操作，但都需要输入其相应的密码。数据显示：保护装置所采集到的：测量电流、母线电压以及由此计算的线电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率等电气量都集中显示在液晶屏上。采样性能：保护电路和测量电路具有独立的采样回路，既保证了监测精度，又保证了保护的抗饱和性能。出口独立：所有出口继电器都单独使用一个通道，方便保护的投入和退出。遥控分合、保护合闸、保护跳闸、事故信号、预告信号及其特殊信号出口都独立。软件开放：通过软件编辑的菜单，可查寻保护装置所采集的各种电气量，还可检查出负荷的运行状态，以及一些参数设置。事件记录：能够记录最新60条以上事件信息，主要元件任何变位都有信息记录，并且具有断电保持功能，该信息可在事件记录中查询。自保功能：每个断路器对应一个操作回路，紧急时可直接对开关进行操作；另外，装置具有断路器跳合闸线圈保护功能，避免因机械拒动而烧毁断路器线圈。抗扰性能：装置机箱均采用密闭式，内部双层屏蔽，减少了电磁对装置的干扰。防震性能：保护装置所有板件都是通过硬插件紧密相连，并有固定螺丝固定，避免了保护装置在长途运输中出现松动及脱落现象。替代性强：保护装置功能强大，具有“四遥”功能，完全可替代常规继电器的保护，数字式的输入方式，大大减少了维护量。设计灵活：根据现场情况，可设计成集中组屏式，也可分散安装于开关柜上。
运行可靠：完善的自检体系，硬件检测直到继电器跳闸出口，均采用可靠的元器件 本系统由电源及继电器模件、交流采样模件、CPU及开入量模件、总线模件、人机接口模件等组成。CPU采用DSP芯片，断路器操作模件代替了原来开关柜的全部操作。
各装置设有独立箱体，液晶显示屏、按键、运行指示灯、断路器位置指示灯、电源指示灯均装于面板上便于操作、观察。NPS－600系统采用模块化设计，即由相同的硬件构成不同种保护。
1)、硬件组成
NPS－600型微机保护测控装置由下列模件组成：交流采样模件，CPU及开入量模件，电源及继电器模件，总线模件，液晶显示模件，全封闭金属机箱。各模件之间有金属屏蔽板，减少电磁干扰的影响。
各模件功能简述如下：
1、电源及继电器模件：提供装置各种工作电源，直流或交流185－265V输入，输出±5V，+24V。二组电压均不共地，且采用浮地方式，同外壳不相连。
+5V用于CPU及外围芯片
+24V用于驱动继电器
同时此模件安装出口继电器及中央信号继电器，用于断路器控制和中央信号报警。
2、交流采样模件：将交流电压、电流转变为弱电信号，以便模数转换。保护CT与测量CT分开，保证保护要求的抗饱和特性与测量精度。交流模件共可以装13路交流输入回路?据用户所要求的保护功能及测量功能而配备。其原理图如下：
3、CPU及开入量模件：该模件是整个装置的核心部分，完成模拟量、开关量的采集、处理，各种保护判据的运算，判断，然后产生相应的控制出口，发信号及通讯传输等。
其原理及与相关插件的关系示意图如下所示：
同时，此模件可接入开入量，所有接入微机保护的开入量，可将开入量的一端作为公共端短接后接入微机保护的公共端，另外一端作为信号输入接到对应编号的端子上，所提供的开入量均做无源接点接入即可，保护装置内部已经提供了公共端电源。
4、 总线模件：各模件之间用可靠得接插件与总线板相连接，通过总线板相互传递数据。
5、人机接口模件：人机接口模件装有大屏幕液晶显示器、键盘和指示灯，完成人机之间的对话，例如显示电压电流、保护事件，修改定值等。
超高压变电站自动化系统主要模式
超高压变电站自动化系统的结构模式从早期的以集中为主，发展到现在的以相对分散和分层分布分散为主，经历了一个探索、改进和完善提高的过程，在模式设计和实际的工程建设中都有应用。
所谓集中模式，指的是保护、监控、通信等自动化功能模块均在控制室集中布置，各模块从物理上联系较弱甚至毫无联系。早期的系统，包括许多引进的产品，主要采用这种结构模式，目前仍有为数不少的这样的系统在运行。
相对分散模式，指的是自动化系统设备按站内的电压等级或一次设备布置区域划分成几个相对独立的小区，在该小区内建设相应的设备小室，保护、监控等设备安装于设备小室中，主站通信控制器、直流、录波等设备仍集中安装在控制室，各小室之间以及与控制室之间均通过工业总线网络互联。这种模式从90年代后期开始得到大量应用。
分层分布分散模式亦即全监控，指的是参照中低压变电站综合自动化的结构模式，除主变、母线和高压线路的保护测控、中央信号、通信仍采用集中组屏外，出线、电容器的保护、监控等设备完全按设备间隔安装于就地的设备小室或直接安装在一次设备上，各模块之间采用标准局域总线和通信规约互联。当然，也可按集中组屏的方式安装这些模块。这种模式在最近有迅速发展的势头。
随着新技术的发展、新标准的制订、新应用需求的提出，还会出现与之相适应的新的系统结构模式。