NC2000計算機監控系統在水電廠的應用

摘要：本文從NC2000計算機監控系統在水電廠的應用出發，對系統進行了簡要概述，并介紹了系統結構、軟硬件的配置以及功能實現，旨在為NC2000計算機監控系統更好的在水電廠得到應用以及功能的拓展做出貢獻。

關鍵詞：NC2000計算機監控系統 水電廠 軟硬件 結構

中圖分類號： TP31 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）05（a）-0000-00

1.NC2000計算機監控系統的概述

水電廠自上世紀70年代應用計算機監控系統以來，大致經歷了集中式監控系統，功能分散式監控裝置，以設備為單元的分層分布式監控系統，基于開放系統的分布式監控系統，基于對象技術的分布式監控系統五個發展歷程。

NC2000計算機監控系統主要面向的用戶是電力系統及大中型水電站，是大型的分布式面向對象計算機監控系統，具有跨平臺能力，能全面支持異構平臺，具有安全高效可靠的監控內核，功能強大，實用方便的組態工具和應用界面，多種標準化的接口，具有滿足水電廠應用需求的各種常規和高級功能。

水電廠應用NC2000計算機監控系統的目的有以下兩個方面：一是要提高水電廠設備運行的安全性和可靠性，便于設備維護人員掌握設備運行的參數和狀態，由維護人員采取恰當的處理措施或者系統發出停機指令，如果設備維護人員不能及時正確恰當的處理水電廠設備運行過程中出現的故障，將對設備造成一定程度的損害，影響水電廠正常供發電，而且，如果對水電廠設備缺乏實時監控和控制，將不能準確反映設備運行的各項參數，也就不能反映設備的運行狀態；二是水電廠承擔著為山區、偏遠地區供電的重要角色，隨著對電力需求的提高，對于水電廠的電能質量和電網運行的穩定性也提出了更高的要求，單純依靠人工控制，增加人員勞動強度的同時，調節電壓和頻率的效率嚴重滯后，系統具有自動控制的功能，解決了人工控制滯后的難題，對于提高水電廠水輪發電機組的電能質量和電網運行的穩定性及安全性具有重要意義。系統由于預先編制了程序，通過繼電器或者集成電路等硬件和軟件，能夠實現對水電廠、機組的控制調節及優化運行方案，使機組處于高效率狀態；三是水電廠應用監控系統代替了人員對設備進行監控，減少人員勞動強度和數量的同時大大提高了勞動生產效率，通過網路的應用，對水電廠進行遠程監控，實現了無人或者少人值班的目標，對于降低水電廠的費用和成本具有重要意義。

2.NC2000計算機監控系統結構

系統采用全分布開放式結構，控制系統分為兩層，一層是電廠級監控系統，用于水電廠設備集中監控，二層是現地監控系統，用于水輪發電機組的監控。水電廠電廠級監控系統利用的lOOMbps的星型以太網將系統服務器、操作員站、工程師站、語音警報站、網絡交換機、GPS衛星對時裝置、WEB服務器等電廠級設備進行連接，實現了廠內外計算機的通信，網絡協議采用TCP/IP，網絡通訊依靠高性能的網絡交換機實現，保證了通訊的傳輸效率，具有較強抗干擾能力；現地級層主要由6套LCU構成，其中每臺機組配置一套LCU，公用一套LCU，開關站一套LCU，實現分對象的監控，各LCU之間相互獨立，一套發生故障，不會影響其他LCU的功能，每個LCU配置以太網卡連接到lOOM光纖以太網，通過2臺交換機采用串口與通訊設備連接，再與機組LCU的PLC連接，交換機通過屏蔽雙絞線、多模光纖與其他單元進行連接，LCU通過高速串行線同分散的現場設備進行通信，符合分散控制的要求，節約了大量信號和控制電纜，現地級與廠站級通過網絡協議交換數據，廠站級周期性地讀取從站的輸入信息并周期的向從站發送輸出信息完成監控功能。

3.NC2000計算機監控系統軟硬件配置

3.1電廠級

系統服務器：是監控系統的核心，使用Solaris 10的操作系統采用UPS電源系統，2套在線式UPS每套配備l6個12Vl00Ah蓄電池，工作方式為雙機熱備用，可通過接觸式開關進行熱備切換，計算機之間相互獨立，一臺出現故障，不影響其他計算機的正常運行，主要實現了對水電廠的設備管理功能、數據庫管理功能、綜合管理功能、綜合計算功能、事故故障信號的分析處理功能等。

操作員站：是系統的控制部分，使用Redhat 9.0操作系統，操作員通過顯示器對設備進行實時監控，獲取設備運行信息，操作均有鼠標及鍵盤實現，并且配備了聲卡和語音設備，便于操作員對于監控對象發出語音報警信號提醒維護人員，實現了圖形顯示功能、定值設定功能、變更工作方式功能等。

工程師站：使用WINDOWS 2000操作系統，是系統管理和維護人員用于對系統進行編程、參數設定、修改定值、增減數據庫、畫面報表及操作培訓的部分。

通訊設備：使用Redhat 9.0操作系統，通訊設備通過通訊接口與廠內其它系統連接實現與流域內各電站的通訊，和監控對象之間的通訊。

網絡打印機：使用WINDOWS 2000操作系統，是為監控系統提供各種打印服務的部分。

GPS衛星對時裝置：由繼型時鐘BSS23Y 和二級鐘構成，二級鐘定時與主站數據服務器通過光纖相連進行對時，再由主用數據服務器站廣播對時至上位機所有站點，完成網絡上主要節點的對時任務，以保證這些節點時鐘的同步和準確。

語音報警站：配備一臺HPXW4200 工作站，操作系統采用Windows2OOOServer，配有揚聲器，一旦有事故發生，報警站經根據預先設定發出語音報警或者光字牌顯示。

網絡設備：交換機兩臺，且每臺各自通過超五類屏蔽雙絞線與上位機各站的雙網卡相連，通過多模光纖與LCU以太網模塊相連，構成雙冗余100Mbps星型以太網。

3.2現地級

現地級層由6套LCU構成，四套現地控制單元LCU，一套公用LCU，一套開關站LCU，優點是熱備技術水平高，且模塊帶電插拔能力方面最優。現地級機組控制單元包括機組LCU、多功能表、調速器、溫度巡檢裝置、微機保護等組成。

機組LCU：是系統最基層的部分，是發揮監控功能的核心，分布在發電機組附近，就近對水電廠水輪機組進行監控。

調速器：通過SJ一30通訊管理裝置與機組LCU實現了高速通訊。網調或運行人員向電廠級發出功調及工況轉換命令，電廠級接收到后，由現地級控制單元通過串行通信接口直接下達給調速器的控制裝置，然后調速器將依據自身調節原理將機組調整至目標值。此外，調速器還具有向現地級控制單元提供導葉開度等各種實時參數及故障信息供人機界面顯示的功能。

溫檢測裝置：集中采集、顯示溫度測量，可以做出報警處理，還可將收集到的數據與機組LCU進行通訊，具有可靠性強、抗電磁干擾性能強的優點，能夠對機組推力軸承、導軸承瓦溫、定子鐵芯、油箱油溫、冷卻器進出口溫度的定點/巡檢監視和測量溫度的功能。

百超表數據采集處理作為系統的一項重要基礎，具有快速響應和高精度的優點，還能夠采集四臺機的PT、CT信號，然后將采集的數據通過高速運算，產生其它所需參量（功率、電度、頻率、功率因數等），通過P90FIBUS現場總線接傳輸到現地級LCU。

4.NC2000計算機監控系統功能實現

系統能夠實現實時信息采集和監控，機組順序控制（啟停）及非正常條件閉鎖，綜合量計算，語音報警和電話語音報警，溫度監視，必要的事件記錄，有功率、無功率調節，一覽表、報表、歷史曲線查詢，與調度的通訊，與保護、電度量、直流系統的通訊，AGC/AVC等功能。

監測顯示：本地數據顯示和操作功能由人機界面實現，機組及其輔助設備的運行狀態及運行參數的圖像、趨勢曲線等可以通過顯示器顯示出來，另外，還可以完成有關報警、操作過程信息、限值修改等操作。

數據采集與處理：通過開放的LCU的模塊、溫度測量裝置、電池監測裝置、交流采集裝置完成對監控對象各種模擬量、開關、中斷、通訊、溫度、電量等的收集工作。收集到的各種監控對象的數據量通過上送至電廠級，并且在現地級的顯示器上進行顯示；一旦出現事故或者發生故障，還可以實現自動收集事故或者故障數據的功能，并且按照事故或者故障發生順序進行記錄其發生的時間、性質。

音響、信號：PLC電路定期監測故障信號，一旦發現故障，及時做出相應并采取措施，記錄故障發生的時間、動作設備名稱、內容等信號，時間精確到時、分、秒，觸摸顯示屏可以顯示監控對象的各種狀況的信號和內容。

測量：LCU有電量監測及溫度測量等智能測量裝置，實時數據可以在現地級的觸摸屏上現地顯示，而且這些智能測量裝置可以完成將實時數據通過通訊設備傳至PLC，并上送電廠級。

控制與調節功能：PLC至少應完成下列控制和調節：機組開、停機順序控制；機組輔助設備啟、停控制；發電機出口斷路器分、合閘控制；機組有功功率、無功功率的調節；各種整定值和限值的設定。

診斷功能：PLC至少應能診斷出下列硬件故障：CPU模件、I/0控制模件故障、13模件故障、通訊控制模件故障、電源故障。診斷時鎖定故障點應該可以自動閉鎖控制出口，并將故障信息上送至電廠級。與此同時，在機組單元控制器可以實現顯示和報警控制器。PLC軟件從診斷到故障診斷軟件功能塊及其屬性。

通信功能：通信功能的PLC水平應具備和主計算機的通訊功能，應該能夠接受從電廠級發來的控制命令，并將反饋信息送至電廠級。PLC和溫度測量裝置、電力監控裝置、微機勵磁系統、微機調速器、繼電保護通信系統和其他輔助設備。與設備采用現場總線通信協議，通信速率和滿足需要的運行可靠性。

5.結束語

綜上所述，NC2000計算機監控系統作為分布式面向對象計算機監控系統，具有滿足水電廠應用需求的各種常規和高級功能，已在大中型、巨型水電廠獲得成功應用，提高了水電廠管理效率，優化了資源的配置，取得了良好的社會效益和經濟效益。

參考文獻

[1]方輝欽.現代水電廠計算機監控技術與試驗[J].北京：中國電力出版社.2004.

[2]徐金壽，張仁貢等.水電站計算機監控技術與應用[J].浙江大學出版.2001.ISBN978—7—308—08616—5.

[3]林志勇，王玲玲.監控系統在無人值班變電站中的應用[J].電力安全技術.2005，（10）：47-48.