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摘要：随着我国电力系统中水电比重的增加和单机容量的增加，水电机组的稳定性对系统的安全稳定运行越来越重要，其运行状态与水电机组的运行状态密切相关。为水电站安全经济供电。因此，实现有效的发电机组信号自动采集解决方案，提高维修的针对性，不仅对电力行业，而且对整个国民经济都有重要影响。
关键词：水电站；信号采集；自动化；水轮机组；解决方案
目前，智能电网，即智能电网，已成为能源电力行业发展改革的重要体现。智能电网的建设和研究越来越受到电力部门的重视，并已上升为国家战略，列入国家“十三五”发展规划。电网数字化是智能电网的核心。只有在电网的控制、传输、采集等各个环节实现高度数字化的信息处理，才能实现电网的智能化及其先进应用。电网数字化涉及电网的用电、配电、输电和发电，其中水电站起着关键作用，因此必须实现水电站的数字化。IEC61850标准的发布使数字化变电站技术的应用日趋成熟，在各个领域得到了广泛的应用，国内相关研究机构在数字化变电站的基础上，开始深入研究数字化水电站的内容，并与现有的数字化水电站进行比较。变电站有大型水电站就地设备自动化组件，难以实现数字化传输。因此，实现自动分量信号的数字化传输和共享，对水电站数字化建设和智能电网的实现具有重要意义。
1 水电站自动化元件及信号采集方式
1.1 水电站自动化元件的功能及分类
自动组件是实现水电站自动控制的最基本组件。负责监控设备状态，发送报警信号，执行相关自动操作等任务。随着水电站自动控制水平的提高，自动部件在水电站中的地位越来越重要。自动化部件的质量和可靠性关系到水电站的安全运行，也影响到整个电站的综合自动化水平和各项功能的发挥。
水电站的自动化部件通常是根据水电站的容量、结构型式、全厂安全经济运行、自动化程度等要求进行配置的。根据自动化组件的功能，可细分为采集组件和执行组件。自动采集元件是指现场采集温度、液位、压力、流量、料位、速度等非电气信息，用于对所有系统设备进行反馈控制、状态监测或超限报警的传感器元件。水电站常用的自动采集元件主要有流量开关、油、水报警、液位表、温度计、差压变送器、液位变送器、压力变送器、行程开关、总开关、位置传感器、速度探头、PT100耐温器等。
自动执行部件是指接收远程信号命令执行相关动作的现场部件，主要包括电磁阀和电动阀等，水电站常用的执行部件有维修带控制电磁阀、润滑水电磁阀、以及制动和后退的电磁阀等。
1.2 当前水电站自动化元件信号采集方式和缺点
目前水电站的自动化组件多集中在水电机组部件和主变压器上，数量众多、多样而分散，为了便于接线，自动化组件都是由信号引导到单端或多端，在现场接线端子为集中，自动部件的信号接入和传输均由电缆完成。
目前的组件自动采集和传输方式结构简单，易于管理和线路检查，终端箱内不需要供电。然而，它也有一些缺点：（1）自动组件的信号不能共享，需要多次配置多个测量点以满足多个系统的需求，导致组件数量增加。（2）自动化部件的数量和布局分散，特别是单元部件，造成进出终端箱的电缆太多，电缆桥架负荷过重。（3）自动化组件要求的电缆截面、芯数、型号不同，施工难度大。（4）直流24V电源和模拟信号通过电缆传输，距离长，信号容易受到干扰。
2 数字化水电站自动化信号采集解决方案
2.1 基本要求
数字水电站采用过程层网络（SV网、GOOSE网）、站控层网络（MMS）2层网络和过程层、单元层、站控层3层网络结构。其建设基础为IEC61850标准。数字水电站通过网络传输实现设备的数据共享、传输和采集。信号通过光缆直接发布到过程层GOSE网络，供电站单元层各系统使用。该网络系统应实现自动元件信号的传输。
然而，现有的大部分自动化组件仍不能直接向GOOSE网络发出信号，且不支持IEC61850标准。
2.2 主变压器信号采集方式
水电站和变电站的主变压器非常相似。数字水电站是指数字变电站的实施方案，也可以利用主变本体的智能终端采集主变区内的自动分量信号。为了实现各种系统的共享，可以将它们发布到GOOSE网络。
2.3 水轮发电机组信号采集方式
与主变部分相比，水轮发电机组自动组件的安装环境更差，类型更复杂，数量也更多，需要对侧系统的信号也更多。因此，为了满足信号采集的需求，仅靠一个智能终端是无法实现的。如果使用多个智能终端，将引入过多的设备，在满足采集需求的同时增加了系统的复杂性，降低了系统的可靠性和运行效率。目前，可编程控制器（PLC）作为控制领域的核心设备已广泛应用于水电站的现场控制中，且应用技术日益成熟，随着数字化水电站的概念和数字化变电站的不断发展，支持IEC61850标准的PLC产品已被国内外众多厂家推广应用，并被证明是可靠的。
据当地控制单元（LCU）模式的水电站和数字化变电站的智能终端，本地数字采集器设置支持IEC61850标准PLC和模拟开关信号编译成IEC61850GOOSE消息通过电缆接收自动组件，光纤直接发布到GOOSE网络。
将支持 IEC61850 标准 GOOSE 网的 PLC 设置于数字化采集单元内，按需配置开关量、ＲTC 温度量、模拟量、开关量输入模块和点源模块等。为确保数据的可靠性，可以对点源模块及采集单元的 PLC 实行冗余设置，由此实现 GOOSE 双网接受采集的信息。根据电站需要可以把数字化采集单元分区域、分层设置，在现地机组自动化元件集中区域将其与现地转接箱合并布置，由此实现对上接入 IEC61850GOOSE 网，对下现地控制和采集自动化元件的信息，实现与调速器、监控系统的通信。
3 结束语
数字化采集单元能够满足数字化水电站对自动化元件信号采集和控制的需求，同时具有以下优点：
①数字采集单元可将单个自动组件信号发布到GOOSE网络供多个系统共享，解决了组件重复配置的问题；（2）数字采集单元内的直流24V电源模块可用于距离最近的自动组件，避免低压供电线路过长易受干扰的情况；（3）数字采集单元在采集完机组的瓦温和油温后，可以利用内部PLC对运行温度进行逻辑判断，并向机组GOOSE网络发布机组温度报警和事故停机信号；（4）数字采集单元布置在现场，与自动化组件连接的电缆较短，干扰可能性小，经济性较好。
采用数字采集单元实现自动化部件的数字化，原理简单，可靠性高，具有很高的可行性。该数字采集单元的模块化结构易于扩展，可根据实际接入信号的类型和个数灵活配置相应的输入输出模块，且不限制输入输出电路的总数。自动化组件数字化后，减少了二次电缆的使用，简化了系统结构，降低了施工难度，提高了水电站的自动化水平。
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