基于水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建研究

邱明

摘 要：近年來，國(guó)家加大了對(duì)水電發(fā)展的扶持力度，小水電資源豐富的省份也相繼出臺(tái)扶持水電開發(fā)政策，加快了水電項(xiàng)目建設(shè)步伐。怎樣利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)使得水電站能高安全、高效的運(yùn)營(yíng)是擺在我們面前的一個(gè)重要課題。水電站自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動(dòng)控制架構(gòu)，能夠有效的提高水電站工作效率與工作質(zhì)量，確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。該文主要探討水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：水電站 自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng) 構(gòu)建

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（a）-0013-01

傳統(tǒng)的水電站控制系統(tǒng)必須在工作人員的輔助操作下進(jìn)行相應(yīng)的控制，并沒有把工作人員從重復(fù)的機(jī)械操作中完全解脫出來。而現(xiàn)代化的自動(dòng)控制系統(tǒng)利用因特網(wǎng)或工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將各種電力設(shè)備連接起來，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合光纖通信技術(shù)將遠(yuǎn)距離的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連接，統(tǒng)一在調(diào)控中心監(jiān)控各臺(tái)水力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。不僅節(jié)省了人力、物力，而且安全、高效。

1 水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的意義

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提升，人們對(duì)電力的要求越來越高，傳統(tǒng)的電力供應(yīng)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足社會(huì)對(duì)高質(zhì)量電能的要求。水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠提高水電站的發(fā)電質(zhì)量與效率，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無人值班的工作目標(biāo)。此系統(tǒng)的應(yīng)用不僅改善了廣大水電職工的工作、生活質(zhì)量，而且能提高電力系統(tǒng)的安全和效率。

國(guó)家電力體制改革以后，電力企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)不斷擴(kuò)大，水電站如果還是用傳統(tǒng)的人工操作監(jiān)控系統(tǒng)，不利于自身實(shí)力的提高，必將被社會(huì)所淘汰。所以說水電站應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的普及，許多新老水電站開始建立、改造自動(dòng)化系統(tǒng)，提高了水電站的工作質(zhì)量與效率，滿足了社會(huì)不斷擴(kuò)大的電力需求。

2 水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無人值班的工作環(huán)境，根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)思想，利用計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)必須遵循以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則，以便更好地實(shí)施自動(dòng)化建設(shè)。

2.1 先進(jìn)性

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮開放性標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)設(shè)置和設(shè)備選型都要為以后的發(fā)展留有改進(jìn)的空間。在自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中，LCU（現(xiàn)地控制單元）投運(yùn)之后，在某一段時(shí)間內(nèi)可能處于國(guó)際領(lǐng)先水平，這時(shí)要確保現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的可維護(hù)性、可靠性以及可擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)精度不僅要符合電力系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)定，而且要滿足以后更高的安全生產(chǎn)的要求。

2.2 安全性

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的局部故障不能影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間、平均維修時(shí)間及其他各項(xiàng)可用性指標(biāo)都要符合相關(guān)規(guī)定的要求。監(jiān)控系統(tǒng)可靠性指標(biāo)包括：供電系統(tǒng)的安全、可靠，監(jiān)控系統(tǒng)硬件的可靠性，設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)可靠性以及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性等。

2.3 開放性

科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度驚人，一項(xiàng)技術(shù)今年是最先進(jìn)的，可能到了明年就會(huì)被淘汰。為了使電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)始終與社會(huì)最先進(jìn)的技術(shù)保持一致，需要在設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)使用開放式的系統(tǒng)，整體系統(tǒng)軟件均使用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)。這樣就能夠適應(yīng)功能的增加與擴(kuò)展，方便系統(tǒng)的升級(jí)。

2.4 經(jīng)濟(jì)性

自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要以節(jié)約投資為標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上要使水電站能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，減少重建、維修、養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)又能夠改善值班人員的工作環(huán)境。

2.5 完善人機(jī)界面

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)豐富多彩的人機(jī)接口設(shè)備來完成水電站全方位的監(jiān)控工作，人機(jī)接口設(shè)備主要包括：操作員工作站、LCU觸摸屏、監(jiān)控中心大屏、監(jiān)測(cè)終端、語音報(bào)警設(shè)備以及數(shù)據(jù)服務(wù)器等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要注意加強(qiáng)對(duì)外通信功能以及抗干擾能力的設(shè)計(jì)，盡量使系統(tǒng)滿足調(diào)度通信的要求，實(shí)現(xiàn)“四感”功能以及廠區(qū)各個(gè)系統(tǒng)之間的相互通信。

3 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的總體構(gòu)架及功能

3.1 系統(tǒng)的核心LCU

LCU是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，它主要用來監(jiān)控水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備，將監(jiān)控的信息發(fā)向電廠級(jí)并接受電廠級(jí)的命令。LCU的核心是PLC（可編程邏輯控制器），它通過總線獲取輸入/輸出模塊采集到的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理，同時(shí)它還負(fù)責(zé)與外界的通訊聯(lián)系，將收集到的數(shù)據(jù)上送到主站，主站下發(fā)的控制命令后，及時(shí)執(zhí)行操作。

3.2 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

水電站自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備涉及的范圍廣，所以一般采用分布式的系統(tǒng)軟件進(jìn)行整體監(jiān)控的布局。這種情況下，功能軟件結(jié)構(gòu)比較清晰，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件不僅具備完整性、標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)，而且能在網(wǎng)絡(luò)中任意位置的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的配置，這樣多個(gè)LCU既能夠脫離主機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，又能夠在主機(jī)的運(yùn)行下協(xié)同工作，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)軟件的靈活性、可靠性、獨(dú)立性以及并行性等特點(diǎn)。系統(tǒng)的具體架構(gòu)組成為：調(diào)度中心和電站級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用100Mbps因特網(wǎng)，采用星形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP/IP。在調(diào)度中心和電站各配置一臺(tái)交換機(jī)，然后利用五類雙絞線將各個(gè)交換機(jī)與主計(jì)算機(jī)相連。另外還要在每臺(tái)交換機(jī)上各配置一臺(tái)單模光纖收發(fā)器，通過單模光纖將其連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。LCU廣泛采用PLC設(shè)備，用工控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行機(jī)組的控制。

3.3 廠站監(jiān)控層的功能

廠站監(jiān)控層是水電站的控制中心，通過控制各個(gè)現(xiàn)地單元層的數(shù)據(jù)信息來實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)化功能。其工作內(nèi)容包括：信息管理工作站，信息管理主要是對(duì)廠站層的數(shù)據(jù)采集、分析、歸檔處理等工作的實(shí)施；操作員工作站主要負(fù)責(zé)設(shè)備的監(jiān)控、調(diào)節(jié)控制、報(bào)表的打印等工作；工程師工作站的主要工作是系統(tǒng)的維護(hù)與管理以及功能的應(yīng)用與開發(fā)；培訓(xùn)仿真工作站主要負(fù)責(zé)運(yùn)行人員的培訓(xùn)工作；調(diào)度通信服務(wù)器主要工作是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接及協(xié)議轉(zhuǎn)換。

3.4 現(xiàn)地控制層的功能

自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管轄區(qū)域的生產(chǎn)過程進(jìn)行全程監(jiān)控，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制單元都具有相對(duì)的獨(dú)立性，能夠?qū)ιa(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接采集及預(yù)處理，進(jìn)而完成對(duì)各個(gè)設(shè)備的監(jiān)視、調(diào)控。

4 結(jié)語

水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合體，它所涉及的范圍很廣，采用的技術(shù)比較先進(jìn)，對(duì)通信要求比較高，需要技術(shù)人員進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，最大限度的提高系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)型，降低水電站投入和運(yùn)營(yíng)成本，保證水電站安全、高效地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡學(xué)文.監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)用在水電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的研究[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2013（8）：162.

[2] 玉素甫江·依扎提.水電站全方位自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的分析與研究[J].電腦與信息技術(shù)，2010，18（4）：61-62.

[3] 王學(xué)軍，惠杰，田金平.水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)分析研究[J].陜西水利，2010（3）：132-134.

[4] 陳勉.綜述水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（36）：256-258.