淺析水電廠計算機監控系統改造措施

陳皓帆

（五凌電力有限公司 湖南長沙 410000）

淺析水電廠計算機監控系統改造措施

陳皓帆

（五凌電力有限公司 湖南長沙 410000）

當前，計算機監控系統在水電廠中得到了有效應用，為水電廠的安全運行與管理提供了重要的技術支持，已經逐漸成為整個水電廠的生產保障。水電站的計算機監控系統必須具有較高的科技含量，才能夠適應水電廠的不斷發展與進步，本文即針對水電廠計算機監控系統的改造進行探討，以供參考。

水電廠；計算機監控系統；改造

1 引言

根據不完全統計，我國當前的水電廠計算機監控系統，其平均壽命通常為8年左右，最短甚至僅為5年。計算機監控系統基本上已經到了必須更行換代的時期，因此需要針對新型水電廠的計算機監控系統改造進行研究，明確改造基本思路，確定水電廠計算機監控系統經過升級改造后，能夠有效提高水電廠的運行生產效益。

2 水電廠計算機監控系統組成和基本功能

2.1 水電廠計算機系統的組成

現代化水電廠計算機監控系統主要由主站級、現地控制單元（LCU）等設備組成。主站級配有各種工作站、供電不間斷電源（UPS）、網絡系統設備、通信設備、全球定位系統（GPS），能夠代替人工值班。LCU由可編程邏輯控制器（PLC）、常規儀表、常規控制開關、同期裝置、觸摸屏、溫度巡檢裝置、轉速測量裝置、剪斷銷信號監測裝置、交流采樣表、電能表、通信管理裝置等組成。LCU主要完成對全廠設備的監視，對水輪發電機組的自動監視、控制和調節，對高低壓斷路器、隔刀和地刀等合分和保護跳閘，以及對輔機的自動控制。計算機監控系統采用開放式分層分布系統、全分布數據庫。系統按照功能而言，可分為上位機和下位機；兩個機位分別依靠不同的通信介質、相關網絡設備實現連接，通過總線型、星形或環網等方式連接在一起，構成總線形拓撲、星形拓撲或環形拓撲結構。

2.2 水電廠計算機監控系統改造的必要性

一般情況下，計算機設備的使用壽命為5～8年，超過這個年限，設備的現地LCU、主控級和網絡等就開始老化，嚴重影響設備的可靠性和穩定性，使得發生故障的可能性增大，從而影響設備的安全穩定運行。此外，因為水電廠計算機監控系統絕大多數都是國外的系統，這就造成設計思路、操作習慣和后期服務上的種種弊端，所以對水電廠計算機監控系統的改造勢在必行。

3 監控系統改造的總體思路

3.1 監控系統改造后應具備的功能

（1）數據采集及處理。系統自動定時采集重要設備的運行參數、運行狀態，且做相應的預處理，然后實時存入數據庫，完成計算機監控系統的各種控制計算、畫面顯示和制表打印等。對于現地的各種數據，完成各自的LCU采集過程。

（2）設備運行指導與管理。改造后的監控系統能夠實現如下幾點：①能夠對運行時間、停機時間、停運時間、機組工況轉換次數、事故動作次數、被控設備動作次數和峰谷負荷時的發電量分別進行自動統計；②能夠實現歷史數據庫的存儲；③對事故進行指導并處理，防止誤操作現象。

（3）調節與控制。系統能夠實現自動電壓控制、自動發電控制和一般的調節與控制，如機組的同期操作、機組開/停機的順序控制、給定值控制、油/氣/水系統的自動控制和點設備控制等；調節與控制隔離開關、斷路器和接地刀閘；調節與控制集控及其配電的相關設備、溢洪閘門；控制并操作水電廠的用電設備等。

（4）人機接口。監控系統具備優良的報表編輯工具，以及交互式編輯畫面，操作簡靈活、方便，可以通過鼠標、鍵盤等人及接口設備管理并控制設備，還可以通過實時監控畫面，完成數據刷新、故障事故報警和設備狀態監視等。

（5）自診斷與維護。監控系統具備完整的硬件、軟件自診斷功能，如離線診斷、請求診斷和在線周期性診斷等。軟件還應用了防火墻技術，防止病毒侵入監控系統。

（6）水電廠改造的設計要按照按無人值班（少人值守）進行設計和建設；設備選型時，要遵循實用、可靠、經濟原則。根據監控系統的需求分析，應該從以下方面來考慮：①4個層次，即現場自動化元件層、現地控制裝置及輔機控制裝置層、廠級計算機設備層、梯級及調度層；②3個接口，即：LCU的現場總線與通信接口模式、廠級計算機安全隔離信息交換接口、梯級或調度控制的信息交換接口；③2個界面，即：LCU的簡單操作型人機界面、廠站級豐富人機界面。

（7）在硬件方面，各國的監控系統上位機硬件都是選用世界上知名計算機廠家的產品，LCU主要硬件均選用世界知名廠家的PLC，或國內同等技術性能指標PLC；從軟件來看，主站大都是以UNIX、Windows為操作系統。

3.2 監控系統改造內容

對于水電廠計算機監控系統的改造，主要是更換網絡設備、上位機全部設備和PLC升級等工作。具體的改造內容如下：

（1）監控系統網絡設備改造。網絡設備改造包括安裝并配置監控網絡主交換機；安裝標準的網絡機柜；鋪設監控機房的雙絞線；鋪設監控機房到中控室、主繼保室、機旁小室及線路保護室的光纜。

（2）監控系統上位機硬件系統改造。主要包括安裝并調試各個工作站的設備；安裝并調試主機設備和員工操作站顯示器；接入監控系統專用網絡；安裝基本應用軟件。

（3）監控系統上位機軟件系統改造。上位機軟件改造包括安裝監控系統支持軟件和主機操作系統；安裝并調試高級應用軟件；安裝并調試數據庫；語音報警、報表、廠內通信和調度遠動程序編寫調試；調試監控系統功能。

（4）監控系統LCU的改造。LCU的改造包括安裝并調試PLC各模塊，確保下位機實現對原有設備的控制與監視；上位機和下位機正常的通訊；鋪設直流電源的電纜；安裝交直流雙供電源等。

4 水電廠計算機監控系統改造實例分析

4.1 水電廠當前系統概況

某水電廠河床式水電廠，裝設了3臺單機容量為21MW的軸流轉槳式機組，采用的是常規繼電器硬接線控制回路，實現對機電設備的操作與控制。此類操作控制方式的維護量較大，可靠程度低，容易造成設備的誤動或拒動。該水電廠在運行10多年后，設備已出現明顯的陳舊老化，嚴重影響電廠正常穩定發電運行。為了提高其自動化程度與安全運行水平，決定對電廠實施計算機監控系統自動化改造，由傳統的繼電器硬接線自動控制方式改為計算機監控系統控制方式。

4.2 改造方案

該水電廠在設備檢修期間，合理地安排了監控系統的改造工作，添加的3臺機組LCU、開關站LCU、公用LCU先后全部投入運行。運行期間，監控系統運行穩定，狀況良好，極大提高了電廠生產效率與運行管理水平。

4.3 改造工程的具體實施

該水電廠的結構較為復雜，其中的主接線圖如圖1所示。

圖1 電氣主接線圖

電廠內裝設3臺水輪發電機組，其單機容量達到21MW，分別接在2段10kV的母線上；廠內總共有2臺主變器，110kV的采用的是單母不分段接線方法，設置有2回110kV線路，1回為備用。此外還有2臺廠用變壓器。

在安裝調試的同時，還要求保證水電廠的發電運行與設備安全，在工程項目實施前，技改小組需要根據實際的安裝、調試內容，制訂詳細方案，根據統計出的I/O量，對設備現場進行走訪，繪制出二次接線圖與電纜圖。工程實施的過程中，技改領導小組還應當與技術人員團結協作，運用設備檢修停運期間，合理安排技改工作進程，同時確保電廠發電運行。電廠技術骨干提前做好了安全措施，先從上位機系統入手，將監控系統網絡設備、UPS設備和部分上位機安裝調試完畢后進行#3機組下位機改造。利用#3機組檢修機會，拆除舊控制屏接線，撤去舊控制屏，將監控系統LCU控制屏就位，焊接固定。沿電纜溝、橋架敷設電纜、對線，按設計圖紙進行接線，同時與廠家技術人員共同進行最后的設備、程序調試，在#3機組調試完畢接入新監控系統且運行穩定后，再對開關站和公用LCU進行改造。最后進行#1、#2機組LCU改造工作。在整個改造過程中，新舊監控系統同時運行，保障了改造工程中電廠發電設備和對外通信（上級調度）的穩定運行。

4.4 改造成果

新的監控系統要求能夠實現集中監控、電站優化運行等功能，監控系統改造對象包括：①3臺水輪發電機組1F、2F、3F及其調速器、勵磁調節器、保護裝置等其它機組附屬設備；②2臺主變壓器；③升壓站開關設備、110kV出線及10.5kV母線；④水電廠的公用和輔助設備。主要有：技術供水系統、廠房滲漏排水系統，中、低壓空氣壓縮系統，400V廠用電系統、220V直流電源系統等。

該水電廠的計算機監控系統，采用的是全分布開放式總線網絡結構，由電廠級計算機層、現地控制單元層組成。而電廠級的計算機層與現地控制單元層之間，設計采用100MB網絡交換機進行聯結，形成雙以太網通訊，其網絡結構如圖2所示。

圖2 系統網絡結構圖

5 結語

水電廠改造工作完成后，計算機監控系統應該具備了良好的擴充能力，能夠全面按照用戶的實際需求，進行資源的配置與調整，排除冗余系統，同時在計算機監控系統結構化設計、分布軟件和數據庫分布模塊等的處理工作上，能夠全面保障開放性，確保監控系統改造的順利進行。

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TV736

A

1004-7344（2016）15-0292-02

2016-5-10

陳皓帆（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事水電二次監控系統運維工作。