水力發(fā)電廠(chǎng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

許 輝 劉克桓

（1、承德市小水電技術(shù)服務(wù)中心，河北 承德 067000 2、承德技師學(xué)院，河北 承德 067000）

引言

1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

近十多年來(lái)，水電廠(chǎng)里計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一般采用基于網(wǎng)絡(luò)的全分布式開(kāi)放式冗余結(jié)構(gòu)，以分散監(jiān)視、集中控制為原則，突出了安全性和冗余性，確保機(jī)組安全可靠運(yùn)行。監(jiān)控系統(tǒng)由電站主控級(jí)和現(xiàn)地控制單元組成，它們之間以工業(yè)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)連接。

1.1 主控單元層

系統(tǒng)主機(jī)：負(fù)責(zé)對(duì)這個(gè)電站的運(yùn)行管理，AGC、AVC 計(jì)算和處理，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及優(yōu)化調(diào)度，數(shù)據(jù)庫(kù)管理，綜合計(jì)算，事故故障信號(hào)的分析處理等。服務(wù)器采用集群工作，兩臺(tái)機(jī)組互為熱備方式工作，任何一臺(tái)服務(wù)器故障，系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。

操作員工作站：提供運(yùn)行值班人員使用，具有圖形顯示、運(yùn)行監(jiān)視、發(fā)操作控制命令、設(shè)定與變更工作方式，生成各種圖表曲線(xiàn)，處理事故故障信號(hào)等功能。電廠(chǎng)所有的操作控制和負(fù)荷調(diào)節(jié)，都可以通過(guò)鼠標(biāo)器及鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)；通過(guò)大屏幕液晶顯示器可以對(duì)電廠(chǎng)的生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行作實(shí)時(shí)監(jiān)控，并取得所需的各種信息。

工程師工作站：用于系統(tǒng)維護(hù)和管理人員進(jìn)行修改定值，增加和修改數(shù)據(jù)庫(kù)、畫(huà)面和報(bào)表，并可做功能與應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和軟件維護(hù)工作。工程師具有操作員工作站及培訓(xùn)站的所有功能。

通訊計(jì)算機(jī)：主要實(shí)現(xiàn)與上面的調(diào)度中心或水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、MIS 系統(tǒng)的信息交換，上行發(fā)送電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，下行接受調(diào)度的負(fù)荷調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)方開(kāi)、停機(jī)命令。

管理計(jì)算機(jī)：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和設(shè)備信息的管理功能，各種運(yùn)行數(shù)據(jù)的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表的產(chǎn)生和打印以及對(duì)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境、起停次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、開(kāi)關(guān)的分合次數(shù)、高壓開(kāi)關(guān)切斷故障電流的次數(shù)及開(kāi)斷電流等參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和分析。

語(yǔ)音報(bào)警及尋呼短信服務(wù)計(jì)算機(jī)用于語(yǔ)音報(bào)警、ON-CALL 報(bào)警及電話(huà)查詢(xún)。

采用GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行時(shí)鐘同步。

主控級(jí)UPS 電源完成向電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其它控制設(shè)備供電。

1.2 現(xiàn)地控制單元

現(xiàn)地層采用現(xiàn)地控制單元與專(zhuān)用功能裝置既相互配合，又相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)原則，以提高系統(tǒng)的可靠性和整體性。

1.2.1 LCU 主機(jī)與外部獨(dú)立裝置以通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。水電站一般設(shè)置N 套機(jī)組LCU（根據(jù)各個(gè)電站的機(jī)組數(shù)決定，每臺(tái)機(jī)組配一個(gè)套）、1 套開(kāi)關(guān)站LCU、1 套廠(chǎng)里公用設(shè)備LCU。LCU 完成對(duì)監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理，負(fù)責(zé)向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)信息，并自動(dòng)服從調(diào)度層上位機(jī)的命令和管理。同時(shí)各LCU 也具有控制、調(diào)節(jié)操作和監(jiān)視功能，配備有本地操作按鈕和指示元件，當(dāng)與上位機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)，仍具有必要的監(jiān)視和控制功能。

1.2.2 發(fā)電機(jī)一變壓器組及線(xiàn)路保護(hù)屏。由微機(jī)型發(fā)電機(jī)一變壓器組保護(hù)裝置、微機(jī)型線(xiàn)路保護(hù)裝置及出口操作箱等設(shè)備組成。其中發(fā)電機(jī)一變壓器組保護(hù)裝置中的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)采用包括廠(chǎng)變分支在內(nèi)的完全差動(dòng)保護(hù)，有效避免了廠(chǎng)變分支故障引起的發(fā)電機(jī)一變壓器組縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

1.2.3 計(jì)量及同期屏。由多功能電能表、微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、同期開(kāi)關(guān)及以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等設(shè)備組成。其中自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置帶有電壓幅值補(bǔ)償功能，通過(guò)調(diào)整裝置電壓修正系數(shù)，可以有效補(bǔ)償變壓器分接頭改變而兩側(cè)電壓互感器變比固定而造成的并網(wǎng)電壓差值。

2 監(jiān)控系統(tǒng)主要軟件配置

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括4 大部分，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、基本軟件、應(yīng)用軟件以及工具軟件。系統(tǒng)軟件用以提供監(jiān)控系統(tǒng)其它軟件運(yùn)行的環(huán)境，用戶(hù)軟件的開(kāi)發(fā)手段，基本軟件是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)基本監(jiān)控功能所必須的軟件，如數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)庫(kù)管理，圖形顯示，報(bào)表生成，語(yǔ)音報(bào)警等軟件。應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程操作或控制功能的軟件，如AGC、AVC 等。一般采用南瑞公司的EC2000或水科院H9000 系統(tǒng)。

3 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

3.1 主控級(jí)單元功能

電站主控級(jí)主要功能說(shuō)明如下：

3.1.1 數(shù)據(jù)采集和處理：主控級(jí)通過(guò)以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)總線(xiàn)自動(dòng)接收各現(xiàn)地控制單元定時(shí)或?qū)崟r(shí)向總線(xiàn)發(fā)送各種信息，并對(duì)采集的各種信息進(jìn)行檢查、糾錯(cuò)、格式化、報(bào)警、存儲(chǔ)、檢索和記錄。

3.1.2 監(jiān)視和控制：運(yùn)行操作人員通過(guò)操作控制臺(tái)能對(duì)全廠(chǎng)N 臺(tái)發(fā)電機(jī)主輔設(shè)備及全廠(chǎng)公用設(shè)備的狀態(tài)、參數(shù)、運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。

3.1.3 通信控制：包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間信息交換；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控；系統(tǒng)時(shí)鐘同步控制。

3.1.4 系統(tǒng)診斷：監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備故障診斷；監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備軟件故障診斷。

3.1.5 軟件開(kāi)發(fā)及培訓(xùn)：在系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)、維護(hù)過(guò)程中，其編輯、調(diào)試、裝人或拆除、修改等能方便地“在線(xiàn)”或“離線(xiàn)”進(jìn)行。

3.2 現(xiàn)地控制單元功能

3.2.1 數(shù)據(jù)的采集及處理：包括對(duì)數(shù)字量、模擬量的周期掃查、采集，對(duì)采集量進(jìn)行越限檢查、趨勢(shì)分析、追憶記錄。

3.2.2 監(jiān)測(cè)顯示：包括對(duì)被控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)視、各種事故及故障報(bào)警顯示等。

3.2.3 控制與調(diào)節(jié)：完成對(duì)被控制設(shè)備的操作或控制，機(jī)組LCU 除了完成各被空機(jī)組的工況轉(zhuǎn)換和機(jī)組事故及緊急停機(jī)控制外，還要完成機(jī)組有功、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)、機(jī)組水力機(jī)械保護(hù)等功能。

3.2.4 音響報(bào)警：各單元控制機(jī)LCU 上裝設(shè)反映被控設(shè)備的事故、故障不同音響報(bào)警裝置。

3.2.5 通信功能：包括單元級(jí)各LCU 與主控級(jí)的通信和被控設(shè)備的自動(dòng)化裝置的通信。

4 監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)

(1)系統(tǒng)采用全分布、開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，各間隔層和站控級(jí)計(jì)算機(jī)之間相互獨(dú)立，任何單元的局部故障都不會(huì)影響其它單元或站控級(jí)設(shè)備的正常工作。(2)采用多CPU 處理方式。嚴(yán)格遵循監(jiān)控、保護(hù)相互獨(dú)立配置的原則，保證站控級(jí)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，保護(hù)功能仍能獨(dú)立發(fā)揮作用。(3)系統(tǒng)保留獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)易強(qiáng)電直接監(jiān)控功能，保證監(jiān)控系統(tǒng)故障和檢修時(shí)電站的安全運(yùn)行。(4)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件組成，組態(tài)靈活，滿(mǎn)足今后計(jì)算機(jī)高速發(fā)展的要求，兼容性、擴(kuò)充性、互換性好。(5)系統(tǒng)采用信號(hào)隔離技術(shù)，軟、硬件濾波，防雷擊、屏蔽接地等一系列抗干擾措施齊全。(6)系統(tǒng)的軟件采用開(kāi)放性的設(shè)計(jì)思想，可通過(guò)規(guī)約轉(zhuǎn)換等，將通訊協(xié)議不同的其它公司設(shè)備(如調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)等)的信息接人監(jiān)控系統(tǒng)。(7)系統(tǒng)具有功能較強(qiáng)的人機(jī)接口、全漢化的友好界面，系統(tǒng)畫(huà)面、打印格式組態(tài)方便，用戶(hù)可自行生成新的輸人/輸出方式。(8)所有保護(hù)設(shè)有軟、硬壓板，保護(hù)參數(shù)可就地/遠(yuǎn)方進(jìn)行修改、查詢(xún)，間隔單元配有能顯示各種電氣參數(shù)的大屏幕液晶顯示窗口和可供操作的鍵盤(pán)。(9)系統(tǒng)具備防誤操作功能和完善的自診斷、自恢復(fù)功能，保護(hù)裝置設(shè)有防誤閉鎖設(shè)施以防止跳閘出口的誤開(kāi)放。

[1]李玉成.白石窯水電廠(chǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) [J].電工技術(shù)2005，7.

[2]何建輝，王龍.公伯峽水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[J].西北水電，2005，1.