浅谈计算机监控系统在中小型电站的应用

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摘要：随着计算机监控系统的不断发展，已在大中型电站成熟稳定的运用，很多中小型电站也列入了计算机监控系统的改造系列。本文阐述了中小型电站计算机监控系统的典型结构、功能；并结合实际提出了中小型电站计算机监控系统改造设计过程中需考虑的问题。相信能对同类型电站的计算机监控系统改造提供一定的参考和借鉴。

关键词：监控系统改造;结构;功能;设计体会;

Abstract: With the continuous development of computer monitoring system in large and medium-sized hydropower station, has a mature and stable use, many small and medium hydropower station computer monitoring system is also included in the renovation series. This article elaborated the small and medium hydropower plant computer monitoring and control system of the typical structure, function; and proposes the small and medium hydropower plant computer monitoring and control system design process to consider the problem. Believed to be on the same type of power station computer monitoring system to provide certain reference and reference.

Key words: monitoring system; structure; function; design experience;

中图分类号：TV742 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02

1、前言

随着计算机监控系统的不断发展，已在大中型电站成熟稳定的运用，由于计算机监控系统在自动控制监测方面优于常规系统无法比拟的安全可靠性，在新建的电站设计中已绝大部份考虑采用计算机监控，取消了原来常规继电器集中控制系统。随着自动化控制元器件价格不断下降，系统性价比的不断提高，很多中小型电站也列入了计算机监控系统的改造系列，我们几个电站也相继成功进行了计算机监控系统的改造。本文取其中一个较小电站，雁溪电站的计算机监控系统的改造经验，结合本人在几个不同电站监控改造中的实际体会，谈谈计算机监控系统在中小型电站的运用。

2、中小型电站计算机监控系统的采用的典型结构及配置

2．1系统采用的结构

中小型计算机监控系统改造过程中，以住从安全可靠的角度出发，采用常规继电器控制与计算机监控并存的方式，现在随着计算机监控系统的不断成熟可靠，设计过程中完全可考虑由计算机监控系统取代常规控制系统。计算机监控系统的结构模式有集中式监控系统、分层分布式监控系统、功能分散式监控系统等。由于分层分布式监控系统整体安全可靠、实用经济、易于维护，系统易于扩展、升级更新方便，具有开放性，可保护用户的利益。我们改造的几个电站中，单机容量从几百到上万千瓦，均采用了分层分布式全开放的计算机监控系统结构。

雁溪电站设计水头24米，多年平均电量300万千瓦时。电站总装机容量1260千瓦，为两台630千瓦的卧轴混流式水轮发电机组。是小型径流式水力发电站。其主接线为：2台机组通过一台两圈主变升压至10KV经雁溪237线送至上标二级2#主变。计算机监控系统采用分层分布全开放式的系统结构，设有负责完成全厂集中监控任务的电站控制层及负责完成机组、开关站公用设备监控任务的现地控制层。现地控制系统以可编程控制器为基础构成，现地控制系统的设备靠近被控对象布置。主控级和现地控制单元级经100Mbps以太网相连。系统结构如图所示：

2．2系统配置

2.2.1电站控制级

电站控制级为电站的实时监控中心，负责全厂的自动化功能（包括安全监视、控制操作、自动发电控制AGC、自动电压控制AVC等）、历史数据处理（包括运行报表、设备档案、运行参数等）、人机对话（包括对运行设备的监视、事故和故障报警，对运行设备的人工干预及各种参数的修改和设置等）及时钟同步。

(1）主机/操作员工作站2套

主机操作员工作站的功能包括对整个电厂的运行管理、数据库管理、综合计算、事故故障信号的分析处理、图形显示、定值设定及变更工作方式、模拟数据的趋势分析及记录、统计和制表打印、运行和事故处理指导、历史数据记录、整理、归档和检索等。运行值班人员通过彩色液晶显示器可对电厂的生产、设备运行做实时监视。电厂所有的操作控制都可以通过鼠标及键盘实现。工作站配置声卡和语音软件，用于当被监控对象发生事故或故障时，发出语音报警提醒运行人员。2套主机/操作员工作站互为备用，可无扰动切换。

(2）打印机1台

系统配置一台A3幅面打印机，完成监控系统的各种打印服务功能。打印方式以召唤打印为主，定时打印为辅。

(3）逆变电源1套

系统配置一套交直流双输入逆变电源，为电站计算机监控系统上位机设备供电，提高系统电源的可靠性。

(4）网络设备1套

系统网络采用以太网结构，符合工业通用的国际标准IEEE802.3以及TCP/IP规约。网络设备包括交换机以及网络电缆等。

2.2.2现地单元控制级

现地单元控制级按被控对象性质分为机组LCU、开关站及公用LCU，实现对各生产对象的监控。各现地控制单元以相对独立的方式配置，可直接完成生产过程的实时数据采集和预处理，以及本单元的设备状态监视、调整和控制等功能，其设计能保证当它与主机系统脱离后仍能在当地实现对有关设备的监视和控制功能。当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。LCU采用PLC直接联网的方式，提高了系统的可靠性。采用彩色液晶触摸屏作为现地人机接口。除了PLC带触摸屏外，现地LCU还配有自动准同期、温度巡检仪、转速测控仪、交流采样装置、交真流电源装置等自动控制设备，以完成机组控制、调节、监视等功能。

2.2.3系统结构特点

(1）采用局部网的全分布式开放系统结构，主机操作员工作站使用开放的操作系统，主计算机工作站及LCU直接接入网络，可获得高速通讯和共享资源的能力。

(2）网络上接入的每一设备都具有自己特定的功能。实现功能的分布，某一设备故障只影响局部功能，利于今后功能的扩充。

(3）厂级主计算机采用工业控制计算机，性能优越。

(4）系统先进。冗余化的设计和开放式系统结构，使系统可靠实用、便于扩充，整个系统性能价格比高。

(5）系统分两层：厂站控制层以及现地控制单元层。两层之间采用以太网总线，构成高可靠的网络系统。网络通讯采用高性能的网络交换机进行连接，LCU与交换机间的网络介质为双绞线，具有较高的传输速率和良好的抗电磁干扰能力。

3、系统实现的功能

3．1数据的采集与处理

系统对全厂主要设备的运行状态和运行参数自动进行采集，并作必要的处理后存于实时数据库，供计算机系统实现各种功能之用。生产过程信息包括开关量、模拟量、温度量、电度量等。所有的信息经LCU采集和预加工后送至上位机，及时更新数据库并作为控制、运行监视和技术统计的基本数据，同时产生历史数据库。

3．2实时运行与安全监视

正常运行时，运行人员能通过系统的人机联系手段，对电站的各系统的实时运行参数和设备运行状态以召唤方式进行实时监视显示。当发生异常时，可自动转入事故、故障显示，自动推画面，对故障进行记录，并进行语音报警。

3．3指令操作控制

运行人员可在各操作员站上对电站设备进行人工操作控制，主要指令操作有：机组起、停操作，断路器开关投切操作，公用设备、机组辅助设备的启停操作。调节操作有：机组有功、无功的调节，以及其它参数的整定与修改。

3．4综合参数统计、计算与分析

根据实时采集至的数据进行周期、定时或召唤计算分析，帮助运行人员对电厂设备的运行进行全面监视分析。

3．5运行指导

对一些复杂的操作进行操作提示，操作前对条件进行判断与闭锁，推出显示相应的监视画面，显示操作步骤与执行情况。

3．6通讯

站级通讯工作站将我厂的一些设备信息传送至区调与县调。并通过串口经公用LCU的工控机完成与全厂微机保护、压力钢管安全监控系统、直流系统、水情系统、电量RTU等进行通讯，使其设备的信息详细的传至上位机。更好完成的监视与控制工功能。

3．7其它

监控系统还具有一些本身的自检与自恢复、报表的打印、日志的自动生成等一些功能。

4、设计过程中考虑

4．1中小型计算机监控系统系统改造过程中应从电站实际出发，选用成熟可靠性价比高的产品。系统结构建议采用分层分布式全开放系统、100M高速以太网结构。尽量采用PLC直接上网模式，虽然这样的设计成本会高些，但可靠性及实时性会更好，从性价比来说还是很值的的。上位机应设两台操作员站，采用热备用工作方式。在投资允许及功能要求的情况下，还可配置通讯工作站、工程师站、实时卫星对时系统等。

4．2数据量采集应完善。一些必要的开关量，如开关的状态、闸刀的状态、控制设备的状态、事故故障报警信号等应采集齐全，除了开关量外，一些模拟量，特别一些重要的非电气量的模拟量，如一些温度量、压力、水位信号应考虑采用非电量变送器传至模入模块进行采集。使上位机能够建立一个真实、完善的数据库系统，是监控系统的基础。

4．3控制设备的自动化水平及可靠性，是实现监控的一个重要环节。所以在监控改造之前或同时必须在原有的基础上对一些控制设备进行改造。如调速器、励磁最好采用安全可靠的自动控制系统。在改造方案中应考虑配置可靠的自动准同期装置、温度巡检装置。同期选配最好按机组一对一配置，可作相互备用，同时好考虑一套手动准同期作为备用。

4．4 由于中小型电站一般不可能会考虑安装专门的五防系统，所以在计算机监控系统中尽量实现倒闸操作的闭锁功能。可在上位面作闭锁库及利用PLC程序作开关的操作闭锁。

4．5电源是保证监控系统安全可靠运行的一个重要环节。上位机操作员站的电源应考虑至少配置一台可靠的交直流双供电源。现地LCU设备应尽可能采用直流电源供电。对于直流24V的电源，必需考虑采作两台可靠的开关电源并列供电。

4．6 为了防止过电压对系统造成的影响，对一些室外引入的电源、模拟信号、通讯线在引入系统前应考虑加装弱电防雷器。

5、改造中的体会

5．1技术培训工作显的尤为重要。从系统的设计、制造、建设至投运一开始培训工作就要做到位，这关系到新系统是否成动运用的关键因素。培训工作必须结合实际，厂家与电厂自已组织培训相结合，并结合不同的岗位进行不同程度的培训工作。

5．2目前大多数的监控厂家对水电厂的一些控制模式较为陌生，所以很多的流程都趋于复杂化，需要监控厂家及运行单位根据其实际情况对其有一个不段完善的过程。

5．3对一些电厂原采用常规控制后改计算机控制，应特别注意采集量的安全性，应保证所接入的接点的独立及无源。以免外电源串入烧坏模块的事件发生。最好能避免有源、无源接点从同一设备接取。

5．4现在很多中小型电站的计算机监控系统改造完毕后，都处于摆设中。很大一部的缺陷并不是监控的本身，而是人员的培训未到位及人员的技术水平能力的差距，还适应在过去的手动操作，现场监控的状态。另一方面自动化控制元器件的原因，而没有专业的维护人员的正确判断处理，很大都归结为监控系统的故障而使其退出的运行。

6、结束语

计算机监控系统改造，不同于电站其它设备的技术改造那么单一，它如同电站的中枢神经，是电站监视控制的命脉所在，必须全面综合考虑，必须结合一些自动控制设备一起改造，必须从电站实际出发选择一些性价比高、成熟可靠的系统进行实施才能取得好的成效。

参考文献：

1、王定一水电厂计算机监视与控制 中国电力出版社 2001

2、DL/T5065《水力发电厂计算机监控系统设计规定》

3、SL229 《小型水力发电厂自动化设计规定》

4、DL/T5081《水力发电厂自动化设计技术规范》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。