水電站計算機監控系統的概述

熊增生,鄭小平

武警水電二總隊第八支隊,福建廈門 330096

水電站計算機監控系統的概述

熊增生,鄭小平

武警水電二總隊第八支隊,福建廈門 330096

作為水電站運行管理的主要組成部分，計算機監控系統在水電站的運用提高了水電站的自動化程度和經濟效益。本文先對國內外水電站計算機監控系統的發展進行了簡要分析，介紹了水電站計算機監控系統的類型、結構及應用原則，重點討論了水電站計算機監控系統的目的意義。

計算機監控系統；發展；類型結構；應用原則

1 水電站計算機監控系統的發展

1.1 國外的發展狀況

水電站計算機監控技術在歐美等一些工業發達國家得到較快且先進的發展，人們普遍將計算機監控技術、水電站自動控制水平及自動控制功能、性能等技術運用到在水電站監控系統上，使得減少了水電站的運行成本。水電站計算機監控系統的特點有集成度高、占地面積小、外部電纜數量少，水電站造價底。

國外水電站自動控制系統主要有兩種模式：一種是通用開放型模式，基于可編程控制器（PLC）功能分布 的“集成型”；另一種是功能集中專用模式的“專用型”。在發達國家現已廣泛采用技術成熟的“集成型”小水電站自動控制系統，但由于價格較高，仍較難在發展中國家推廣。近幾年來，為開拓發展中國家市場，很多國外公司開始致力研究開發適用于發展中國家小型水電站技術水平的“專用型”自動控制系統。在技術方面來看，“專用型”的開發是專門針對經濟水平較低的地區，雖處于初始階段，技術尚不夠成熟，但市場潛力較大，發展勢頭好。

1.2 國內的發展狀況

目前，國內水電站自動控制系統在水電站中的應用處在推廣階段，以常規設備為主，水電站計算機監控系統被較多的采用在新建的大型水電站中，常規自動控制設備則居多采用在中小型或許多老水電站中，對于一些技術稍領先的中小型水電站，或在常規自動控制系統的基礎上加上計算機監測系統，或加上計算機功能控制單元，或將計算機功能控制單元改換成常規自動控制系統。由此可見，計算機監控技術在水電站自動控制系統中的運用是發展的必然趨勢。

在我國小型水電站自動控制系統基本采用大中型水電站的“集成型”模式；水電站二次設備的組成部分有：以可編程控制器（PLC）為核心的現地控制單元、調速器、勵磁裝置、同期裝置、保護等設備都是按功能劃分的微機型產品，加上油、氣、水、廠用電等輔助設備的自動控制，因缺乏標準化規條，要實現多種設備的接口、通訊，與大型水電站相比，在系統復雜程度上相當，增加了水電站運行和維護的復雜性和用戶的投資。為克服“集成型”模式存在的結構復雜、運行維護不便利、投資大等問題，“專用型”自動控制系統的研究與開發現已開始在國內進行了。

2 水電站計算機監控系統的類型、結構與應用

2.1 水電站計算機監控系統的類型

水電站計算機監控系統一般按照計算機的作用、系統結構、配置、控制的層次、功能與操作方式進行分類。大、中、小型水電站計算機監控系統的類型包括：以計算機為主、常規設備為輔的監控系統，簡稱CBSC 方式；以計算機為輔、常規設備為主的監控系統，簡稱CASC 方式；以簡單的計算機監控與常規設備雙重設置方式，簡稱CCSC方式；取消常規設備的全計算機控制方式。其中CCSC 方式的兩種控制系統可獨立運行，結構較復雜，價格較高，優點是兩套系統互為備用，可以切換，可靠性高。而取消常規設備的全計算機控制方式實際上是CBSC的延伸，要求進一步提高計算機系統的冗余度和可靠性，投資較大,應用前景佳。

2.2 水電站計算機監控系統的結構模式

2.2.1 集中式監控系統

集中式監控系統是對整個水電站的運行進行集中監視與控制。所有的操作及控制命令都由計算機發出，并進行水電站的信息處理，由此可見，計算機一旦發生故障，則整個系統陷入癱瘓。目前，該模式已不在大、中型水電站中采用。但對于在機組容量小、機組數量少、送變電設備較少、主接線簡單的小型水電站，該結構模式應作為參考模式，可節省投資。

2.2.2 分層分布式監控系統

分布式監控系統的主要特征是控制對象分散，以控制對象為單元設置多套相應裝置，形成控制單元，完成控制對象的數據采集和處理等。該監控方式與電廠分層控制結合應用，形成水電廠分層、分布式控制系統。其特點：用戶的可移植性；應用軟件的可移植性；不同系統之間的相互操作性。最大優勢是系統擴展、升級更新方便，具有開放性，可保護用戶的利益。這種模式已廣泛應用于在國內外水電廠。

2.2.3 功能分散式監控系統

功能分散式監控系統的主要特征是功能分散，能讓控制系統實現功能、負載、危險、地域分散等功能。能按不同的系統功能設立多套相應的設備，這些設備能獨立完成各自的功能。

2.3 水電站計算機監控系統的應用原則

2.3.1 小型水電站計算機監控系統的應用原則

小型水電站計算機監控系統的應用原則是：以安全、可靠性為主、經濟、實用性相結合，力爭提高系統的響應速度、可擴展性、可適應性，實現水電站的優化運行，減少操作人員，降低運行費用，使水電站實現遠程控制操作，實現無人或少人值班。

2.3.2 大、中型水電站計算機監控系統的應用原則

就大、中型水電站而言，計算機監控系統的層次結構通常分：梯級調度中心層、站級監控層和現地控制層。其監控系統設計的基本技術原則：現場監控設備應具備可用性、可擴展性、可維護性等特點，數據精度及事件響應指標需滿足電力系統的規定，達到電站實際安全生產的要求；應采用雙網冗余技術，以提高系統的可靠性；分散設備故障風險，以確保設備的安全運行；降低誤操作風險；系統供電可靠。

3 水電站計算機監控系統的目的意義

水電站計算機監控的目的就是通過采集并處理水電站各種設備的信息，實現自動監視、控制、調節、保護，使水輪發電機組所發出的電能的質量得到保證，從而保證水電站水輪發電機組穩定、安全、可靠運行，保證水電站所在區域及地區電網穩定、安全運行，加快水電站機組調節速度及整個電站故障處理速度，使水電站優化運行得以實現。

水電站計算機監控系統的意義主要體現在以下幾個方面：

1）提高水電站設備、電網運行的可靠、穩定性

計算機監控系統能快速、精準地反映水電站各設備運行的狀態和參數，通過設備運行的狀態和參數來判斷是否正常運行，當設備處于非正常運行情況下時，控制系統將自動發出告警信號以引起操作人員的注意或處理；當水電站設備的運行出現故障時，自動控制系統能及時停機，從而避免了故障的進一步擴大，以造成水電站設備的損壞，同時保證了水電站設備運行的可靠性和電網運行的穩定性。當設備處于正常可靠運行的情況下時，計算機監控系統能自動控制發電機的電壓幅值和頻率大小，根據電力系統調度的基本要求，實現發、供、用電的平衡調節，進而使水電站發出的電能的質量和電網運行的穩定性得到保障。

2）加快水電站控制、調節過程

計算監控系統被運用于水電站，可加快水電站、機組的調節過程。水電站采用計算機監控系統的邏輯順序控制和調節規律、計算機硬件和軟件構成，計算機監控系統可根據預設的邏輯控制順序和調節規律，快速完成各個環節的檢查復核，大大加快了控制調節的過程，實現水電站、機組的控制調節。

3）實現水電站優化運行，力求最大的發電效益

由于計算機監控系統技術在水電站的運用，使得水電站運行的自動化得以實現，大大減少了人工對設備操作的工作量，減輕了操作人員的負荷，使水電站實現無人或少人值班，進而降低了水電站的運行及發電成本。另一方面，促使水電站的優化運行功能較易實現，讓水電站能根據優化運行方案給機組分配有用功和無用功，以保證機組高效的運行。根據國內外資料表明，通過水電站的優化運行，可最大限度地利用水能，從某種意義上也就給水電站帶來了直接的經濟效益。

4）簡化設計工作，采用選型的方式進行設計

在常規控制中，電氣設計復雜度高，需向廠家提供原理圖、布置圖、各種繼電器的選型后才能成功訂貨，在采用了自動控制設備集成后，設計者只需提供一次主接線、保護配置及自動化要求即可，使設計、安裝和調試工作得以簡化。

4 結論

根據計算機監控技術的最新發展信息，現已推出了滿足水電站各種控制要求的監控系統，利用軟硬件相結合的技術是最新發展的水電站計算機監控系統的主要技術，提高了水電站的監控系統的可靠性與經濟效益。

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1674-6708（2011）35-0168-02