淺談小水電站計算機監控系統應用與發展

辛博然

（云南機電職業技術學院電氣工程系 云南 昆明 650203）

1 小水電站實施計算機監控的目的和意義

小水電的開發利用，既解決了缺電問題，又促進了水利建設，但大多數小水電站都存在裝機容量不大，自動化水平不高，生產管理水平偏低，經濟效益不顯著的現狀，如何降低生產成本，提高小水電站安全管理質量，也是職能部門和投資業主面臨的一大難題。小水電站實施計算機監控的目的和意義就是通過計算機、通訊、自動控制技術對電站各種設備信息進行采集，處理，實現自動監視，控制，調節，保護，從而保證水電站設備充分利用水能安全穩定運行，并按電力系統要求優化運行，保證電能的質量，同時減少運行與維護成本，改善運行條件，實現無人值守或少人值守。

1.1 自動化與優化運行相結合，使電站獲得最大的發電效益

水電站計算機監控技術的應用，使水電站運行實現自動化，運行人員對設備的操作工作量大大減少，減輕了運行人員的勞動強度，減少了水電站的運行人員數量，使水電站實現少人或無人值守，減低了運行費用及發電成本，使水能利用率提高3%～5%。

1.2 設備的安全可靠運行，保障了電能供應的穩定可靠性

計算機監控系統不僅能準確而迅速地反映水電站各設備正常運行的狀態參數，還能及時反映水電站設備的不正常狀態及事故情況，自動實施安全處理。水電站的自動控制減少了運行人員直接操作的步驟，從而大大降低了發生誤操作的可能性，避免運行人員在處理事故的緊急關頭，發生誤操作，保證了水電站設備運行的可靠性，從而也保證了電網運行的可靠性。

1.3 加快水電站控制調節過程，確保實施競價上網

計算機監控系統可按預定的邏輯控制順序或調節規律，依次自動完成水電站設備的控制調節，免去了人工操作在各個操作過程中的時間間隔，還免去了人工操作過程中的檢查復核時間，大大加快了控制調節過程,確保競價上網的優勢。

1.4 以選型的方式代替電氣設計，簡化設計工作

采用常規控制，電氣設計非常繁瑣，訂貨時要向廠家提供原理圖，布置圖，還要進行各種繼電器的選型。而自動控制設備集成后，設計單位只要提供一次主接線盒保護配置及自動化要求即可，故能以選型方法代替電氣設計，簡化設計，安裝和調試工作。

2 水電站計算機監控的內容

水電站計算機監控是指通過對對電站各種設備信息進行采集、處理，實現自動監測、控制、調節和保護。水電站計算機監控的具體內容在不同的水電站有所不同，但監控的基本內容都是：通過監測電站設備的運行情況，根據實際水能狀況和電力調度要求自動控制和調節機組發電，并通過各項保護措施，及時報警或故障處理，確保設備與人員安全；具體分為水電站機組的監控、水電站機組附屬設備的監控、水電站升壓站設備的監控、水電站輔助設備的監控、水工設施的監控等。

3 水電站計算機監控系統的典型結構

水電站監控系統按計算機的系統結構類型可分為：

3.1 集中式計算機監控系統

集中式水電廠監控系統的控制過程如下：集中布置的計算機承擔整個水電廠的全部監視和控制任務。幾乎水電廠的全部運行參數和狀態信號、被控回路及執行繼電器等都集中到計算機及其外圍設備的輸入/輸出接口。全廠的數據采集和處理、運行參數和狀態的監控、機組啟停和負荷調整、運行狀態的顯示和記錄、異常狀態報警等任務均由計算機分時執行。這種系統結構簡單，較易于實現，是早期使用的典型系統。

3.2 分布式計算機監控系統

分布式計算機監控系統結構分為分層分布式計算機監控系統結構和全分布式計算機監控系統結構。全分布式計算機監控系統結構把系統的數據庫分布到各個計算機的節點上，使某個節點的故障對整個系統的影響降低到最低，可靠性高，同時具有良好的可擴充性，是目前計算機監控系統結構發展方向。

4 水電站計算機監控系統的功能

主控層為電站實時監控中心，負責廠自動化功能、歷史數據處理以及全廠的人機對話等。主要通過上位機軟件來實現。其功能分配及實現為全廠生產過程的運行參數的采集、處理；安全監視和實時報警；主設備運行狀態的監視和主設備生產過程的遠方控制；運行日志、電能量、故障次數、操作次數的統計和報表；主設備參數設置及修正；系統故障在線診斷；與上級部門通信及信息交流。機組現地控制單元（LCU）是多微機系統，其中可編程控制器（PLC），智能交流電參數測量儀，數字溫度巡檢儀，微機保護裝置等均帶有自己獨立的一個或幾個CPU，因此，這些裝置單元均能獨立運行，從而使機組現地控制單元具有很高的可靠性。機組現地控制單元主要完成水電站機組和水電站機組附屬設備的測量，狀態檢測，控制，調節，保護，數據通訊等功能。

5 小水電站計算機監控系統的發展現狀和方向

5.1 國外發展情況

在歐美等一些工業發達國家，水電站計算機監控技術發展較快，也較先進，自80年代起，在水電站監控系統上普遍采用計算機監控技術，水電站自動控制水平及自動控制功能、性能得到大大提高，許多水電站實現了無人值班或少人值班，提高了水電站設備運行的可靠性，降低了水電站運行費用。水電站計算機監控系統集成度高，減少了控制系統的占地面積及外部電纜數量，降低了水電站造價。

5.2 國內發展情況

國內水電站自動控制系統主要以常規設備為主，在新建的大型水電站，較多地采用了水電站計算機監控系統，中小型水電站或已運行的許多老電站則采用常規自動控制設備居多，技術稍先進的中小型電站，或在常規自動控制系統的基礎上加上計算機功能控制單元，或用計算機功能控制單元改造常規自動控制系統，或在常規自動控制系統的基礎上加上計算機監測系統。可以預見，在水電站自動控制系統中采用計算機監控技術已是大勢所趨，是技術進步的必然結果。

5.3 小水電監控技術的未來的發展

隨著計算機和自動控制技術的發展，小水電站計算機監控系統的技術日新月異，新的系統結構、新的控制裝置、新的軟件等不斷涌現，目前水電站計算機監控技術主要朝著網絡化、智能化、人性化、軟件組態化、控制無人化方向發展。

1）網絡化

隨著通訊技術的日益完善，小水電站計算機監控系統朝著網絡化的方向展，實現數據共享、裝置共享，并有利于系統的擴展。

2）智能化

計算機技術的高速發展，使人工智能技術得到了迅速發展，智能化也是水電站計算機監控系統的一大發展方向。水電站計算機監控系統智能化主要體現在對監控系統的自動診斷，大大提高了監控系統的可靠性。將事故、故障控制在最小的范圍內，使事故、故障造成的損失變為最小。

3）人性化

多媒體計算機已能聽、說、看，并能識別中文手寫文字，除通過傳統的鍵盤、顯示器、打印機等外設與人進行交流外，與人進行交流、溝通的途徑、渠道已越來越多，并越來越便利。將多媒體技術和工業電視系統用于水電站計算機監控系統，水電站計算機監控系統也就具備了人機交流能力。

4）軟件組態化

通過組態軟件的使用使上位機操作使用直觀；在維護方面，其優點明顯突出，組態軟件都提供有工具軟件，使得控制系統的開發者不必為每個控制系統編制源程序，只需根據對控制系統的要求，對軟件的功能進行設置組合，就完成了控制系統的軟件的組態，當監控系統有設備或功能增減時，同樣可以方便地完成軟件的維護。

5）控制無人化

水電站計算機監控系統向無人化方向發展，其最大的優點就是極大地減少了電站運行人員，減少了電站的運行費用，長年累月節省下來的運行費用是非常可觀的，運行人員的減少，也減少了電站生活設施等附屬建筑物，減少了電站的投資。

6 結語

采用計算機監控可以提高電站運行的效益，例如利用計算機系統監控水庫來水和中長期預報在內的優化運行、曲線編制及科學調度、多發峰電等，每年可增加發電量2%左右；同時采用計算機監控電廠電力、電量及運行工況后，及時發現并排除事故隱患，事故后能及時處理事故，避免事故擴大，盡快恢復供電使系統事故率下降，處理事故時間減少，而且能產生巨大的社會效益；另外采用計算機監控可以實現其它控制裝置所無法實現的動態調節功能，使電力系統保持有功、無功的優化運行及穩定性、安全性。總之，在采用計算機監控系統以后，在減少人員、增加效率的同時也減少了相應的生活辦公設施和工資支出，經濟效益十分可觀。因此，小水電站計算機監控系統在未來將有很好的市場前景。

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