小型水電站監控系統的設計與實現流程

孟凡振

(新疆電力設計院，烏魯木齊830002)

0 前言

隨著我國電力事業蓬勃發展，對于小水電站要求無人值班或者少人值班，要求區域小水電站有上一級水電站集中調度監控。而且對供電質量以及可靠性用戶提出的要求越來越高，所以對自動化和數字化水平低的小型水電廠進行微機監視與控制是很有必要的。

近年來我國電網事業蓬勃發展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網系統對單座小水電站的并網、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。對于設備簡單而且配置小的小水電站而言，通過提高控制裝置的集成度來減少監控系統的成本。

針對我國小型水電站計算機監控系統復雜并且價格昂貴的現狀，設計了出了一種適用于小型水電站性價比較高的微機監控系統方案，并且給出了具體實現流程［1］。

1 小水電站特點

小水電站容易修建、建設成本低并且建設工期也短。在一些區域或流域水電站群開發當中應用比較多。

為了最大限度地開發利用水資源，只有將規劃、開發、管理統一起來，才能做到最優化［2］。

近年來我國電網事業蓬勃發展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網系統對單座小水電站的并網、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。

對于設備簡單配置小的小水電站而言，通過提高控制裝置的集成度來減少監控系統的成本。

Windows操作系統有很多商業軟件支持，應用方便、維護量小同時考慮到小水電站自身特點，所以一般應用的監控系統都基于Windows操作系統［3］。

2 國內外發展狀況

在發達國家像美國、日本等國家無人值班和自動化技術早已當成常規技術應用于小水電站。中級一萬千瓦一下的中水電站，無人值班，都實行關門運行并且都由上一級調度中心集中監視控制。

國內情況不像國外，有一些小水電站直接將大水電站的監控系統經過改造拿來應用，但不例外一些廠家研制一些針對小水電站的監控系統比如像南瑞EC2000監控軟件。近年來我國電網事業蓬勃發展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網系統對單座小水電站的并網、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。

20世紀90年代以前建造的水電廠，在2010年已經實現了無人值班或者少人值班的更新改造規劃。

3 監控系統設計原則

監控系統設計原則有以下3點:

1)無人值班或者少人值班。

2)能夠集中控制區域水電站群或階梯水電站群。

3)能夠進行五合一集中控制即保護、監控、勵磁、調速、輔機五位一體控制。

4 現地LCU系統

現地LCU系統包括硬件系統和軟件系統2個部分。

4.1 硬件系統

這是機組控制系統中最為重要的環節之一，它的兼容性和穩定性在設計上是我們首先考慮的因素，所以西門子公司的S7—200系列PLC是主控設備上首選設備。

主要是它與同價位PLC相比，具有多功能、小型化、高速度、性能高的優勢。高端產品CPU226被運算單元S7—200系列采用，廣泛應用于中小型和現場級的控制系統中，主機是由24輸入/16輸出共40個數字量I/O點集成，7個擴展模塊可被連接，最多的時候可以擴展至248路數字量I/O點或35路模擬量I/O點。

它具有PPI通訊協議并且可以自帶兩個RS485通信/編程口，具有自由方式通信和MPI通訊協議的能力［4］。

另外需要擴展一個數字量混合輸入輸出模塊EM233，I/O點為8/8(24VDC)是根據機組上送的信號而考慮的。

對于24VDC繼電器輸出考慮到續流的作用，可以通過反并一個型號為IN4007二極管在繼電器線圈上。在發達國家像美國、日本等國家無人值班和自動化技術早已當成常規技術應用于小水電站。

中級一萬千瓦以下的中水電站，無人值班，都實行關門運行并且都由上一級調度中心集中監視控制。

國內情況不像國外，有一些小水電站直接將大水電站的監控系統經過改造拿來應用，但不例外一些廠家研制一些針對小水電站的監控系統比如像南瑞 EC2000 監控軟件［5］。

近年來我國電網事業蓬勃發展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網系統對單座小水電站的并網、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。

采用西門子TP系列的TP170A實現人機對話(HMI)，這是一款基于WINDOWS操作系統屏幕為藍色的觸摸屏，灰度為4級，可以支持50 000 h連續的工作，現場級的監控由其自帶的32位 RISC/66MHZ完全可以自我滿足，支持動態對象以及圖形等等。用它非常直觀和方便的顯示各種故障狀態及運行工況。

4.2 軟件系統

由兩大塊組成的整個現地LCU的監控程序:觸摸屏監控程序以及機組PLC監控程序［6］。

由開機子程序，主程序，電氣事故子程序，停機子程序和水機事故子程序，以及緊急停機關主閥子程序和機組狀態子程序還包括各狀態量報警子程序，還有輸出子程序總共9個子程序構成PLC程序。主要對機組各部進行監視和控制，保證機組可靠、安全地運行。它主要是從比較直觀的角度來反映機組主要設備的狀態的觸摸屏程序，運行人員對機組當前情況便于監視。

屏幕開機和停機也受到支持，為了實時顯示報警量，采用圖形的方式來反映(圖1)機組和發電機出口開關的狀態。

另外，用戶以后可以根據實際情況添加I/O量是因為整個系統(PLC，觸摸屏)都留有備用接點的緣故。現地LCU觸摸屏主畫面見圖1。

圖1 現地LCU觸摸屏主畫面

5 上位機系統

對于上位機部分:能夠實現對實時數據通信的接收的功能。

由實時數據庫和歷史數據庫報表打印、電廠主接線圖顯示構成了監視控制系統。

控制操作的事件順序記錄(SOE)，Intranct企業信息網接入。

編程，通訊部分深入Windows內核，利用消息傳遞機制和多線程技術。調用了操作系統底層的API函數，使應用程序與操作系統緊密、高效的結合。數據庫部分采用Borland公司的BDE引擎，對數據庫和事件順序記錄(SOE)實施高效的管理。

Intranet企業信息網部分采用基于TCP/IP協議的UDP廣播方式，調用WinSocket API函數實現，系統運行高效可靠。程序流程圖見圖2。

圖2 程序流程圖

6 結語

在發達國家像美國、日本等國家無人值班和自動化技術早已當成常規技術應用于小水電站。中級一萬千瓦以下的中水電站，無人值班，都實行關門運行并且都由上一級調度中心集中監視控制。

小水電站容易修建、建設成本低并且建設工期也短。在一些區域或流域水電站群開發當中應用比較多。

為了最大限度的開發利用水資源，只有將規劃、開發、管理統一起來，才能做到最優化。近年來我國電網事業蓬勃發展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網系統對單座小水電站的并網、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。

為了響應小水電站無人值班(少人值班)的工作要求，能夠集中控制區域水電站群或階梯水電站群，能夠進行五合一集中控制即保護、監控、勵磁、調速、輔機五位一體控制。

隨著我國電力事業蓬勃發展，對于小水電站要求無人值班或者少人值班，要求區域小水電站有上一級水電站集中調度監控。

而且對供電質量以及可靠性用戶提出的要求越來越高，所以對自動化和數字化水平低的小型水電廠進行微機監視與控制是很有必要的。

［1］周晨，李鹍，鄭連清.水電站上位機監控系統研究［J］.低壓電器，2008(03):43-47.

［2］宋昭.基于VC的水電站(變電站)監控系統探討與研究［J］. 商，2012(09):142.

［3］李延頻，陳德新，陳貴生.小型水電站計算機監控系統的設計與設備選擇［J］. 水力發電，2007，33(03):66-67.

［4］付邦勝，巫付專.小型水電站監控系統的設計［J］.中原工學院學報，2008，19(04):72-75.

［5］姚益群，宋文娟.水電站監控系統的方案設計及實現［J］.南京工程學院學報:自然科學版，2011，09(03):67-72.

［6］但富中，溫柳，朱靜華.拉西瓦水電站計算機監控系統的設計及優化［J］. 電力設備，2008，09(10):52-55.