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摘要：在水电厂自动化领域中，智能化电气的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现，使水电厂自动化技术进入数字化新阶段。本文根據水电厂运行方式和检修方式的发展方向，对水电厂自动化硬、软件系统发展趋势及监控系统安全防护等进行了探讨，论述数字化水电厂自动化系统的特征、结构及功能划分等，指出在新形势下搞好水电厂自动化技术的重要措施。
关键词：水电厂；水电站；自动化；数字化；智能化
中图分类号： F407 文献标识码： A
引言：
水力发电是指利用江河水流从高处流到低处的落差所具备的位能做功，推动水轮机旋转，带动发电机发电。水轮发电机组在电力系统中要做到持续、安全、可靠地运行必然涉及自动化技术的应用。随计算机技术、信息技术、网络技术的飞速发展，给水电厂自动化系统提供了一个广阔的发展舞台。水电厂自动化必须发展成为一个集计算机、控制、通信、网络、电力电子等多种技术为一体的综合系统，具备完备的硬件结构，开放的软件平台和强大的应用功能才能适应新的形势需要。在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压水电厂采用了自动化技术实现无人值班，而且在超高压水电厂建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的数字化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了水电厂建设的总造价。然而，技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、水电厂运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的水电厂自动化技术产生深刻的影响，水电厂自动化系统需要进一步的改善和发展。
一、水电厂自动化的发展趋势
总的发展趋势是:智能化、人性化、可选择性、用户二次开发。所谓智能化，主要指系统的软件具有人类的一部分归纳、推理、判断的能力。水电站计算机监控系统的智能化水平是指:在一定条件下，它能更多地代替运行人员，在判断和归纳的基础上自动提示更多信息、自动进行一些操作，使机组运行在更安全的工况区域内。智能化水平越高的系统对使用人员的要求越低，不需要培训或进行简短的培训就可以使用操作，有问题翻阅一下说明书就可以解决，得像家电那样简单，接上电源就能使用。智能化水平越高的系统，能够根据使用的情况，对自身或控制设备的状态给出恰当统计、准确的诊断、适当的报警提示，以使用户时刻清楚监控系统的情况，时刻清楚监控系统及被控设备的状态。
所谓人性化，首先使用系统是方便的、简单的，其模式、布置、颜色、操作等可以满足大多数使用者的需要，并可以随时进行调整、修改。
可选择性也可以说定制性，也就是指系统功能的多少、投退可以选择，设备控制与报警，数据的流向，设备的状态具有选择性。使用人员可以方便、简单地改变系统的配置、功能的配置、信息的配置及表现方式，可以更好地满足使用者的需要和习惯。
用户二次开发。提供一系列方便、友好工具软件，支持用户二次开发，使用户按照设备的变化情况和现场的需要随时方便、简单地对数据库、画面、报表、通信内容进行修改，使监控系统真正成为用户自己的系统，成为用户满意的系统。
二、水电厂自动化系统的数字化特点
1.智能化的一次设备。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之，水电厂二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。
2.网络化的二次设备。水电厂内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、电压无功控制以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微机处理设计创造，设备之间的连接全周；采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。
3.自动化的运行管理系统。水电厂运行管理自动化系统包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；水电厂运行发生故障时能及时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出水电厂设备检修报告，即常规的水电厂设备定期检修改变为状态检修。
三、水电厂自动化系统的数字化结构
1.过程层
（1）电力运行的实时电气量检测
与传统的功能一样，主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代；采集传统模拟量被直接采集数字量所取代，这样做的优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好，开关装置实现了小型化、紧凑化。
（2）运行设备的状态参数在线检测与统计
水电厂需要进行状态参数检测的设备主要有发电机、变压器、断路器、刀闸、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、液位、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。
（3）操作控制的执行与驱动
操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的，即按上层控制指令而动作，比如接到间隔层保护装置的跳闸指令、电压无功控制的投切命令、对断路器的遥控开合命令等。在执行控制命令时具有智能性，能判别命令的真伪及其合理性，还能对即将进行的动作精度进行控制，能使断路器定相合闸，选相分闸，在选定的相角下实现断路器的关合和开断，要求操作时间限制在规定的参数内。又例如对真空开关的同步操作要求能做到开关触头在零电压时关合，在零电流时分断等。
2.间隔层。间隔层设备的主要功能是:汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。
3.站控层。站控层的主要任务是:通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心拟接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具备站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能；具备水电厂故障自动分析和操作培训功能。
四、水电厂自动化系统数字化发展中的主要问题
目前研究的主要内容集中在过程层方面，诸如智能化开关设备、光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发。国外已有一定的成熟经验，国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究，并且在某些方面取得了实质性的进展。但目前主要存在的问题是：研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关；材料器件方面的缺陷及改进；试验设备、测试方法、检验标准，特别是EMC(电磁干扰与兼容准制与试验)还是薄弱环节。
五、 结束语：
目前，水电厂自动化技术随着计算机技术的发展得到了迅猛发展，并已比较成熟。但随着国家对水电开发的远期规划对我们提出的更高目标，数字化水电厂自动化是一个系统工程，要实现全数字化水电厂自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，要认真总结经验，时刻保持清醒的头脑，不断开拓思路，不断探索创新。在水电厂状态检修、流域水能资源调度与高效利用、水电站控制新技术等领域进一步突破，使数字化的水电厂自动化系统，有一个蓬勃的发展期，为我国的水电建设和现代化事业做出应有的贡献。
参考文献：
[1]李维东.工业微机型水轮机凋速器的研究与开展，2009(01).
[2]徐林之.国内外水情自动测报技术的现状与发展，1999(04).
[3]王德宽.水电厂计算机监控技术的发展与回顾，2007(03).
[4]陈铁华，高明.水电厂自动化技术发展趋势的探讨．吉林电力，2005(4).
关键词：水电厂；水电站；自动化；数字化；智能化
中图分类号： F407 文献标识码： A
引言：
水力发电是指利用江河水流从高处流到低处的落差所具备的位能做功，推动水轮机旋转，带动发电机发电。水轮发电机组在电力系统中要做到持续、安全、可靠地运行必然涉及自动化技术的应用。随计算机技术、信息技术、网络技术的飞速发展，给水电厂自动化系统提供了一个广阔的发展舞台。水电厂自动化必须发展成为一个集计算机、控制、通信、网络、电力电子等多种技术为一体的综合系统，具备完备的硬件结构，开放的软件平台和强大的应用功能才能适应新的形势需要。在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压水电厂采用了自动化技术实现无人值班，而且在超高压水电厂建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的数字化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了水电厂建设的总造价。然而，技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、水电厂运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的水电厂自动化技术产生深刻的影响，水电厂自动化系统需要进一步的改善和发展。
一、水电厂自动化的发展趋势
总的发展趋势是:智能化、人性化、可选择性、用户二次开发。所谓智能化，主要指系统的软件具有人类的一部分归纳、推理、判断的能力。水电站计算机监控系统的智能化水平是指:在一定条件下，它能更多地代替运行人员，在判断和归纳的基础上自动提示更多信息、自动进行一些操作，使机组运行在更安全的工况区域内。智能化水平越高的系统对使用人员的要求越低，不需要培训或进行简短的培训就可以使用操作，有问题翻阅一下说明书就可以解决，得像家电那样简单，接上电源就能使用。智能化水平越高的系统，能够根据使用的情况，对自身或控制设备的状态给出恰当统计、准确的诊断、适当的报警提示，以使用户时刻清楚监控系统的情况，时刻清楚监控系统及被控设备的状态。
所谓人性化，首先使用系统是方便的、简单的，其模式、布置、颜色、操作等可以满足大多数使用者的需要，并可以随时进行调整、修改。
可选择性也可以说定制性，也就是指系统功能的多少、投退可以选择，设备控制与报警，数据的流向，设备的状态具有选择性。使用人员可以方便、简单地改变系统的配置、功能的配置、信息的配置及表现方式，可以更好地满足使用者的需要和习惯。
用户二次开发。提供一系列方便、友好工具软件，支持用户二次开发，使用户按照设备的变化情况和现场的需要随时方便、简单地对数据库、画面、报表、通信内容进行修改，使监控系统真正成为用户自己的系统，成为用户满意的系统。
二、水电厂自动化系统的数字化特点
1.智能化的一次设备。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之，水电厂二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。
2.网络化的二次设备。水电厂内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、电压无功控制以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微机处理设计创造，设备之间的连接全周；采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。
3.自动化的运行管理系统。水电厂运行管理自动化系统包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；水电厂运行发生故障时能及时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出水电厂设备检修报告，即常规的水电厂设备定期检修改变为状态检修。
三、水电厂自动化系统的数字化结构
1.过程层
（1）电力运行的实时电气量检测
与传统的功能一样，主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代；采集传统模拟量被直接采集数字量所取代，这样做的优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好，开关装置实现了小型化、紧凑化。
（2）运行设备的状态参数在线检测与统计
水电厂需要进行状态参数检测的设备主要有发电机、变压器、断路器、刀闸、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、液位、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。
（3）操作控制的执行与驱动
操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的，即按上层控制指令而动作，比如接到间隔层保护装置的跳闸指令、电压无功控制的投切命令、对断路器的遥控开合命令等。在执行控制命令时具有智能性，能判别命令的真伪及其合理性，还能对即将进行的动作精度进行控制，能使断路器定相合闸，选相分闸，在选定的相角下实现断路器的关合和开断，要求操作时间限制在规定的参数内。又例如对真空开关的同步操作要求能做到开关触头在零电压时关合，在零电流时分断等。
2.间隔层。间隔层设备的主要功能是:汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。
3.站控层。站控层的主要任务是:通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心拟接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具备站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能；具备水电厂故障自动分析和操作培训功能。
四、水电厂自动化系统数字化发展中的主要问题
目前研究的主要内容集中在过程层方面，诸如智能化开关设备、光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发。国外已有一定的成熟经验，国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究，并且在某些方面取得了实质性的进展。但目前主要存在的问题是：研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关；材料器件方面的缺陷及改进；试验设备、测试方法、检验标准，特别是EMC(电磁干扰与兼容准制与试验)还是薄弱环节。
五、 结束语：
目前，水电厂自动化技术随着计算机技术的发展得到了迅猛发展，并已比较成熟。但随着国家对水电开发的远期规划对我们提出的更高目标，数字化水电厂自动化是一个系统工程，要实现全数字化水电厂自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，要认真总结经验，时刻保持清醒的头脑，不断开拓思路，不断探索创新。在水电厂状态检修、流域水能资源调度与高效利用、水电站控制新技术等领域进一步突破，使数字化的水电厂自动化系统，有一个蓬勃的发展期，为我国的水电建设和现代化事业做出应有的贡献。
参考文献：
[1]李维东.工业微机型水轮机凋速器的研究与开展，2009(01).
[2]徐林之.国内外水情自动测报技术的现状与发展，1999(04).
[3]王德宽.水电厂计算机监控技术的发展与回顾，2007(03).
[4]陈铁华，高明.水电厂自动化技术发展趋势的探讨．吉林电力，2005(4).