水電站計算機監控系統與常規控制區別與應用

摘 要：結合大河水電站計算機監控系統與常規控制區別和應用，進一步說明水電站采用自動化控制對提高水電站的安全控制、經濟運行以及運行管理優越性。

關鍵詞：水電站；計算機監控系統；常規

眾所周知，水電站在電力系統中擔負著電能輸送的繁重任務，對電網的安全和經濟運行起著舉足輕重的作用。尤其是廣東每年眾多水力發電站的不斷投入運行使水電站的安全控制、電站經濟運行以及運行管理越顯得更為重要，如果水電站仍依靠原來的人工操作，依靠原來水電站的舊設備，而不進行技術改造的話，必然沒法滿足安全、穩定和經濟運行的需要，更談不上適應現代水利水電管理模式的需求。

1. 傳統的水電站監控存在的缺點

1.1 安全性、可靠性不能滿足現代電力系統高可靠性的要求

傳統的水電站大多數采用常規的設備，尤其是二次設備中的繼電保護采用電磁型或晶體管裝置，結構復雜、可靠性不高，本身又沒有故障自診斷的能力，只能靠一年一度的整定值的校驗發現問題，才進行調整與檢修或必須等到保護裝置發生拒動或誤動后才能發現問題。

1.2 供電質量缺乏科學的保證

衡量電能質量的主要指標是頻率和電壓。隨著國民經濟的持續發展，電力系統供電質量不斷提高，傳統的水電站，大多數不具備科學調測手段，不能滿足目前發展的電力市場的需求。

1.3 控制室占地面積大，增加了建筑投資

實現了綜合自動化的水電站與傳統的水電站相比，在一次設備方面，目前還沒有多大的差別，而差別較大的是二次設備。傳統的水電站，二次設備多數采用電磁式或晶體管式，體積大、笨重，因此，主控制室、繼電保護室占地面積大。如果水電站實現綜合自動化，則會大大減少占地面積，這對國家眼前和長遠的利益都是很有意義的。

1.4 不適應實時控制的要求

水電站要做到優質、安全、經濟運行，必須及時掌握系統的運行工況，才能采取一系列的自動控制和調節手段。但傳統的水電站不能滿足及時提供運行參數的要求，沒法進行實時控制，不利于水電工程的安全、穩定運行。

1.5 維護工作量大，設備可靠性差，不利于提高運行管理水平和自動化水平

常規的保護裝置和自動裝置多為電磁型或晶體管型，例如晶體管型保護裝置，其工作點易受環境溫度影響，因此其整定值必須定期停電校驗，每年校驗保護定值的工作量是相當大的；也無法實現遠方修改保護或自動裝置的定值。

2 計算機監控系統與常規控制的區別

常規水電站的二次設備由以下幾部分組成：繼電保護、自動裝置、測量儀表、操作控制屏和中央信號屏以及遠動裝置（較多電站沒有遠動裝置）。在微機化以前，上述各組成部分不僅功能不同，實現的原理和技術也各不相同，因而長期以來形成了不同專業和不同管理部門。80年代以來，由于集成電路技術和微機技術的發展，上述二次設備開始采用微機型裝置。例如，微機繼電保護裝置、微機型自動裝置、微機監控系統和微機RTU等。這些微機型裝置盡管功能不同，但其硬件結構大同小異，除微機系統本身外，一般都是由對各種模擬量的數據采集回路和1/0回路組成，而且所采集的量和所控制的對象還有許多是共同的。

由于水電站采用微機裝置投人運行以后，顯示出許多原來電站常規的二次設備所不能具備的優越性。因此，“水電站微機裝置”在近幾年來便成為熱門的話題，引起了有關部門的注意和重視，其優越性主要表現在如下幾個方面：

a） 水電站微機裝置利用當代計算機的技術和通信技術，提供了先進技術的設備，改變了傳統的二次設備模式，信息共享，簡化了系統，減少了連接電纜，減少控制室占地面積，降低造價，改變了水電站的面貌。

b） 提高了自動化水平，減輕了值班員的操作量，減少了維修工作量。

c） 隨著水電站復雜程度的增加（如：結合水庫防洪、灌溉、供水等），水電站與有關工程綜合成調度中心，及時掌握調度中心匯總的信息以便調動工程的生產運行。

d） 提高水電站的運行可控性，要求更多地采用遠方集中控制、操作、反事故措施等。

e） 采用少人值班管理模式，提高勞動生產率，減少人為誤操作的可能。

f） 全面提高運行的可靠性和經濟性，雖然采用常規的繼電保護和控制設備，也可實現上述一些要求，但全面滿足上述要求則是微機裝置需解決的問題。

3 大河水電站計算機監控系統應用

大河水庫（電站）工程位于漠陽江的支流西山河上，水庫的控制面積438 km2，總庫容3.322億m3，大河電站裝機容量為2x 15MW，采用韶關水輪機廠生產的HLD74 -LJ- 225水輪機，SF5 -24/5500發電機，設計水頭42 m，設計年均利用時間2 900 h，多年平均發電量8 700萬kW-h。兩臺SF8 - 2000/110變壓器連接大崆、大春、大圭三回出線。

為適應社會的發展，提高經濟效益，大河水電廠采用北京水科院研制的開放式分層分布H9000計算機監控系統。該系統由主控層和現地控制單元層兩級組成。主控級由三個工作站組成，承擔不同的系統功能。其中操作員工作站兩個，電話語音報警工作站一個。兩臺操作員工作站可同時工作，一個完成監視控制任務，另一個只進行正常監視。當監控工作站發生故障時，監視工作站可以升為監控站，完成監控任務。操作員工作站采用雙屏顯示。

現地控制單元（LCU）采用90/30PLC。全廠共設三套現地控制單元（LCU），包括二臺機組LCU、一臺公用LCU。機組LCU配有獨立同期裝置、機組順控裝置、溫度巡檢裝置，公用LCU配有一套同期裝置和電量綜合變送器。在LCU脫機運行時，可獨立實現對電廠主設備控制、監控和調節。系統主控級各站與現地控制單元的遞接采用開放式總線型以太網，網絡通訊介質：

3.1 現地控制單元

現地控制單元LCU通過PLC可編程控制器，完成對設備數據采集與處理功能，并通過網絡向主控級上傳實時數據，其中包括：

3.1.1機組：①機組電氣量采集；②機組溫度量采集；③機組非電采集；④機組電氣、機械保護報警量采集；⑤機組輔助設備模擬量、狀態量、報警量采集；⑥機組累計發出的有功電度和無功電度。

3.1.2 開關站：①電氣量采集；②開關狀態量采集；③電氣保護報警量采集；④累計發出有功電度和無功電度。

3.1.3 公用設備（包括400 V廠用電系統、高壓氣機、碟閥油壓裝置、油水風系統、消防系統等）：①電氣量采集；②壓力數據采集；③設備狀態量采集；④電氣、機械保護報警量采集；⑤水位信號的采集。

3.2 主控級功能

監控系統主控級自動定時地周期地采集單元控制級各LCU的有關過程參數（如模擬量、開關量、狀態量等）并存人數據庫，對采集的數據進行分析和處理，對電站單元控制級各機組LCU發出控制命令，實現中控室集中監控及管理。

3.2.1 運行監視及事件報警

a） 定時更新全站實時數據庫，在上位機顯示運行監視圖、操作接線圖等各種畫面以及趨勢曲線一覽表等。實時顯示設備的運行數據和狀態，通過上位機顯示使操作人員以可清晰的監視全站的運行狀態、操作過程和報警信息。

b） 對各LCU采集的數據進行模擬量越限比較，超限采用二級制，對開關量的狀態變化進行分析，對異常情況進行報警處理，發出聲響、報警打印，自動彈出事故提示，畫面閃光及變色打印事故追憶等，便操作人員能及時發現并處理事故。

C） 對運行設備和各種數據進行歸檔、統計，形成運行日志，維護數據庫并形成日報表、月報表，還可以對各種報表進行定時打印、召喚打印和歷史打印。

d） 通過事故追憶分析事故原因。事故追憶功能是指監控對象發生事故時，監控系統能按照事先設定的要求和記錄格式：對事故發生前后一段時間內與事故相關的一些重要參量的測值進行自動記錄、歸檔，為事故分析提供歷史數據。

3.2.2 系統界面及操作

a） 計算機監控系統采用圖形人機對話方式，操作人員可以通過控制臺上的功能鍵盤和鼠標與計算機進行信息交換，調用各種畫面監視設備運行工況，啟動打印記錄，修改越限值，拷貝需要的畫面等，并對監控對象進行調節與控制。

b） 全廠電氣接線圖，發電機組監視圖，顯示機組的開、停機狀態，斷路器和隔離開關的分、合閘狀態，各電氣設備的實時電壓、電流、有功、無功值，1號、2號廠變、廠用母線I段，廠用母線Ⅱ段，及廠用母線至各配電開關柜的接線，能顯示斷路器、隔離開關的分合閘狀態及廠用變壓器低側電流，廠用變壓器有功、無功、廠用低壓母線低壓值，以及能夠顯示機組的各種非電量參數，包括導葉開度、上游水位、下游水位、凈水頭等。

c） 機組開停機過程監視圖，能分步顯示開停機流程框圖，顯示機組開停機過程中發電機組有功，無功，機端電壓，定子電流，及勵磁電流、電壓實時數值，及斷路器，滅磁開關，調速器等投切狀態及控制方式，并且能發出開停機（計算機控制時），調帶功率、頻率等指令。

全廠供排水系統圖、全廠油系統圖、全廠壓縮空氣系統圖、全廠水力監測系統圖、全廠負荷系統圖，顯示了全廠的運行工況。

3.3 計算機監控的效果

3.3.1 操作安全性

a）計算機監控系統正常運行時，對設備的操作均有閉鎖條件和確認菜單對話框，運行人員只有在條件滿足并通過確認后才能執行，這樣，減少人為誤操作，提高運行的可靠性。 b） 本系統設有密碼分級管理，運行人員使用前必須先注冊，經確認后才能操作。同時，計算機會自動記錄操作時間和操作人姓名，這樣就能避免無關人員操作設備造成事故。

3.3.2 控制安全性

a） 選用高性能的硬件，合理配置系統，選用成熟的組態軟件，采取正確的控制方式，并把一些安全防范設于每道控制程序之中。把常規由運行人員把關的問題現由計算機把關，具有相當嚴謹的監視，判斷和防誤閉鎖功能，對保證設備安全運行起到重大作用。

b） 在事故處理方面由于計算機監控系統詳細記錄開關設備狀態，電氣模擬量、繼電保護動作的情況，時間分辨高，并有事故追憶軟件，對分析事故、查找事故原因迅速除故障起到很大的作用。

3.4 經濟運行方面

3.4.1與常規監控方式比較起來，計算機監控系統采用集中監控。設備控制操作簡單，免去常規操作繁鎖的操作步驟，減少人為操作錯誤，提高設備運行可靠性。減輕運行人員的勞動強度，節約人力資源，降低經營成本。

3.4.2 采用微機同期裝置，并網速度快，減少水資源浪費。

4. 結語

大河水電站通過計算機監控系統實施以來，實現了對電站的自動監控、自動監視與調節，明顯提高電站的自動化管理水平和安全運行水平；H9000監控裝置的開停機、并網、電機出力等操作自如，電站實現了經濟運行，年發電量達到原設計效果。

我省中小水電站總裝機近500萬kW，中小水電站作為我省水利水電的半壁河山，更應適應當今科技發展步伐，裝備一流設備裝置。總之，水電站實現微機自動化可以全面地提高水電站的技術水平和運行管理水平，使其能適應現代化水電運營的需要。

作者簡介

林智海（1978—），男，民族：漢族。大學本科畢業，自動控制工程師。從事水電站自動化微機監控研究工作。