浅析小型水电站电力通信自动化问题

曾正奎

（四川久隆水电开发有限公司，四川 雅安 625400）

【摘要】通过对小型水电站电力通信自动化现状及发展趋势的分析，总结了现状地层设备互联通信方式及其运行情况，同时对小型水电站电力通信自动化的发展趋势做出了相应预测，为之后小型水电站电力通信自动化问题的发展提供了相应的参考依据。

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关键词 电力通信；以太网；深厚覆盖层

0引言

随着计算机通信技术的发展，水电厂各种仪表、设备和辅机系统的数字化和智能化日趋完善，现地层设备的互联方式也从以往的I/O 通道发展到现在更多地采用通信方式互联。近期，结合承担的水电站计算机监控系统工程，对当前水电站数字化设备的通信运行状况及特性进行了分析研究和总结，最终实现水电站电力通信自动化。

目前大中型水电站已普遍采用了计算机监控技术，该技术是水电站综合自动化技术的基础。然而由于计算机监控技术的实施需要一定的技术和资金的支持，小型水电站对该项技术的应用则刚刚起步[1]。因此，研究小型水电站电力通信自动化现状问题具有超前意识，对之后通信自动化的发展有很强的指导意义。

1现状地层设备互联通信方式

现地层设备的互联通信可以增加数据采集的灵活性和数量、节省大量电缆、减少施工时间，目前常用的通信互联方式包括串行通信、现场总线和工业以太网通信方式。

1.1串行通信接口

串行通信接口RS232/485/422是目前监控系统现地控制单元与外围系统和设备连接的主要通信接口方式。

除参与控制的设备需直接接入主PLC控制器外，监控系统一般均通过配置通信工作站、嵌入式智能通信装置、串口转现场总线设备等，提供8～16个串行口接入现场串行通信设备，并通过网络接口连接监控系统网络。

目前，水电厂计算机监控系统与现场设备通信时没有统一的通信规约，由于各生产厂家的规约不同，在实际通信中很难做到标准化，工作量较大。

1.2现场总线网

根据国际电工委员会(IEC)的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。

目前世界上存在着大约40余种现场总线，每种总线大都有其应用的领域，且其应用领域存在彼此渗透。

1.3工业以太网

目前工业以太网还主要应用在监控厂站层与现地层的互联，而在现场设备互联仍主要采用现场总线技术。随着技术的发展，以太网技术正以其开放性以及性能和成本优势迅速地进入工业控制系统的各级网络。

基于以太网的工业以太网总线目前已有ProfiNet、ModbusTCP、EthernetIP三种形式。

2现状运行情况分析

（1）监控系统与调速器、励磁系统的接口和通讯监控系统与调速器及励磁系统的接口方式有两种：常规接口方式和通讯接口方式。

常规接口方式，即通过I/O与现地控制单元LCU连接，通过开关量接点和模拟量信号监视装置的运行状态，同时也通过开关量接点或模出信号对装置进行操作和调节控制。通讯接口方式，由LCU通过串口通讯接口或现场总线与微机调速器、励磁装置通讯接口连接，监视装置的运行状态，对装置实施控制和完成功率调节。

（2）监控系统与交流采样和电能量采集装置的接口和通讯。

计算机监控系统与电能量采集装置的接口目前也有两种方式，一种是接点脉冲方式将电量信息接入现地控制单元，由监控系统进行脉冲的累加统计；另一种是通过通讯的方式上传电量数据、状态信息等给监控系统。

交流采样和电能量采集装置与监控系统的接口通讯规约一般都支持Modbus规约，电能量采集装置支持DL/T719-2000电力系统电能累计量传输配套标准和DL/T645-1997多功能电表通讯规约。交流采样装置支持现场总线通信，由于现场总线通信速率较快，可完全满足水电厂机组实时控制的要求。

（3）监控系统与微机保护、故障录波装置的接口和通讯。

监控系统与微机保护、故障录波装置的接口目前也有两种方式，一种是I/O开关接点方式将重要的信息接入监控系统现地控制单元，另一种是通过通讯的方式上送更多的信息给监控系统。

一般与监控系统的通讯接口是串行端口的，其规约是IEC60870-5-103，微机保护、故障录波装置的通讯接口，从目前已运行的水电厂计算机监控系统的情况统计显示，一般采用RS-232C或RS-485连接居多。

对于计算机监控系统和电站的正常运行，除必要的事故和故障信号外，大量的装置内部信息对于电站的运行值班人员来说是不必要的，主要是电站保护专责及事故分析时使用。目前的发展趋势，监控系统与微机保护、故障录波装置等单独组网，设置电站保护专责终端或保护管理机，通过数据交换服务器实现电站内的信息共享。

3电力通信自动化发展趋势

计算机监控系统采用分层分布式结构，而现场总线主要是作为水电厂底层设备之间的通信网络。由于行业应用的特点和历史原因，在工业控制领域形成了多种现场总线共存的现实，由于现场总线目前种类繁多，标准不一，使其应用和推广受到了影响。从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：

（1）寻求统一的现场总线国际标准；

（2）工业以太网走向工业控制网络。

将来发展趋势是，各种自动化元器件、各种执行机构通过现场总线（包括工业以太网总线）接入到控制系统中。在水电厂房的走线槽上只有少量的现场总线电缆、光缆。因为自动化元器件、执行机构、控制箱、接线盒就近布置在现场，中间通过现场总线连接，所需要电缆将会越来越少。现场总线技术在水电站监控领域的广泛应用体现了当前水电站数字化和智能化的发展方向。

近年来，工业以太网技术发展迅速，性能不断提高、成本迅速降低，以太网技术有望介入设备低层，广泛取代现有现场总线技术，可是就目前而言，多种工业总线技术并存的现状还会维持一段时间。大部分现场层设备互联仍然会首选现场总线技术。

监控系统的主辅一体化将是今后的发展趋势，采用一体化设计，在产品性能、参数、布置、接线、控制策略上彼此衔接，主辅机控制系统选用同一现场总线，形成一个整体。辅机与主机监控可以通过现场总线进行数据交换，可以有效避免数据通信障碍，实现无缝的连接。辅机的信号就不必要通过电缆到主机监控的LCU盘柜中，可以节省大量电缆费用及施工的费用，LCU盘柜的电缆数量也相应减少很多，维护量也减少很多。

总的来说，彼此数据相关性强、同步性、实时性要求高的应用情况宜用远程IO方式较好。比如机组辅机，采用远程IO较好。对于公用辅机，采用分布式IO较好，因为公用辅机彼此相关性很弱，而且要求彼此不相互影响为好。采用分布式IO既能满足各自独立，又具备数据交换性好的特点，是一种比较好的方式。对于一个实际水电厂，具体是采用LCU的远程IO还是分布IO方式，选择是相对的，需要根据实际情况经过十几年的探索总结，我们边施工边总结经验,最终在杂填土地基注浆法加固施工方面取得了一些成果。

4结语

目前越来越多数字化和智能化设备在水电站的应用，水电站数字化设备互联通信迅速增加，通信互联也从串口通讯向现场总线和工业以太网方向发展，监控系统现地控制单元呈现远程分布与智能分布趋势，有力地推动了我国监控系统技术的发展与进步。

从现在来看，实现数字化水电站将是一个长期的过程，代表了未来发展的方向，我们应给与足够的关注。

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参考文献

［1］张毅,李建辉.水电站通信运行状况及特性分析研究[J].水电站机电技术,2010,10.

［2］小型水电站应用微机综合自动化存在的问题[J].农村电气化,2000,11.

［3］肖宾.小型水电站综合自动化监控系统的探讨[J].贵州水力发电,2001:61.

［责任编辑：刘展］