監控系統在水電站增效擴容改造中的應用

□蔡青長（莆田市萩蘆溪水電管理處）

監控系統在水電站增效擴容改造中的應用

□蔡青長（莆田市萩蘆溪水電管理處）

現代水電站逐漸向自動化方向發展，在自動化水電站中，監控系統發揮著重要作用，文章介紹了監控系統的功能，詳細的闡述了監控系統的系統總體架構，其中有設計系統結構、監控軟件結構，工作人員通過不同結構，更好的進行水電站增效擴容改造。通過分析監控系統在外度水電站自動化系統中的應用，從廠站監控層、現場控制層功能和遠程調度層入手，不斷提高監控系統在水電站的運用性能，加快水電站的工作效率。

監控系統；水電站；自動化系統；應用

0　引言

隨著計算機技術的快速發展和智能電子裝置的大量運用，以及水電站增效擴容改造工作在全國各地逐步開展，水電站運行方式正傳統方式向由少人值守或無人值班方向發展。我國水電站自動化系統的發展起步晚，還處于發展階段，并且許多項目還在逐步完善中。在水電站高度自動化過程中，要充分發揮監控系統的功能，確保水電站運行的安全性和可靠性。

1　工程簡況及改造要求

莆田外度水電站裝設三臺水輪發電機組(1×800kW+1× 1600kW×1×1000kW),發電機出線電壓為6.30 kV,分別通過三臺6.30 kV/10.50 kV變壓器升壓后，按單母線接線方式就近并入10kV電網。原控制方式采用老式的機旁就地控制加常規監控。增效擴容工程設計要求采用無人值班或少人值守方式完成該水電站的監控系統改造。

2　水電站監控系統功能

水電站的監控系統分為站控層和間隔層或現地控制層。其主要任務是開關量信號采集，脈沖量信號及模擬量信號采集，控制命令和調度命令的發出以及這些信號或命令的遠方傳送。核心為上位機或主控層，其主要職責是處理數據、站內人機通信等。通常情況下，監控系統功能應當包括以下內容:收集水電站中的參數，并對參數進行處理；全程監控水電站的安全運行狀況；監視水電站中主要的工作設備；統計水電站的電能量、運行日志、故障發生次數等數據。

現地控制層具有各自獨立CPU,負責采集和預處理單元生產過程中所形成的數據，并對數據進行預處理和通信。其功能：完成對單元數據的采集，對采集到的信息進行科學處理；動態記錄單元生產情況的詳細信息；具有自我診斷以及自我恢復功能；對數據的采集可以與其它部分設備以通訊的方式完成；在與上位機發生通信后，可以實施獨立報警，也可以脫離上位機的控制，單獨對單元進行控制；將系統在運行過程中所采集到的信息完整的傳輸給上位機并接受指令。

3　外度水電站監控系統總體架構

3.1設計系統結構

外度水電站按監控系統功能在設計上應當采用開放式和全分布式的控制系統架構，也就是在系統設計過程中構建一個開放、多級、實時的任務全分布的監控系統。主要分廠站監控層、現場控制層以及遠方調度層。監控系統是一個完整的閉環控制系統，在實際運行中，因現地控制層具有各自獨立CPU，可以獨立完成各種控制功能，同時在運行過程中也可以與調度中心計算機監控系統實現遠程監控。

該電站監控系統中的數據管理站中分布著歷史數據庫和全場數據庫,三臺發電機組的數據庫分別分布在不同的LCU中，系統的各個節點上都可以實現不同的功能，每個節點完成指定的任務。圖1為該電站監控系統結構圖。

3.2監控軟件結構

監控系統對軟件不僅要求軟件要完整齊全、標準，而且在實際應用過程中必須要能夠與監控網絡中的任意位置上的節點進行合理配置，并且在應用過程中能夠重復和復制應用，不僅能夠獨立運行，并且可以實現協同工作，從而使系統中所應用的監控軟件的可靠性和靈活性都能得到體現。

系統功能分布在不同的節點上，同時在應用過程中與其它網絡通信節點進行通信，節點功能通過制定的系統配置文件實現。在對冗余配置進行應用時，系統中存在的單個故障并不會對系統的功能造成不良影響；即使系統運行過程中，冗余設備出現了故障，也只會有部分功能受到影響，并且系統在運行過程中，可以通過重新分配的方式使其迅速恢復，在系統中的所有冗余設備的切換和檢測都由系統中的軟件自動完成，在特殊情況下，也可以通過手動的方式完成切換，在切換中不會發生擾動，因此極大提高了該系統在水電站運行的可靠性。

圖1　系統配置方案圖

4　監控系統外度水電站的應用

監控系統在外度水電站的應用主要體現在以下三個方面：

4.1廠站監控層

作為水電站實施控制中心，水電站監控層的主要職責就是實現全程數據的采集與處理，對單元層的數據進行控制，其在應用過程中涉及到的主要單元模塊有：信息管理模塊，主要負責對電站層中涉及到的數據采集、處理、存檔；工程師工作，主要負責對系統的維護與開發；操作員工作，主要負責控制、監視、打印等；數據管理，主要通過電站監控系統以及其它系統獲取電站在運行過程中的數據，并且可以為MIS系統提供相應的數據，確保其運行的合理性。

4.2現場控制層功能

現場控制層單元利用PLC對其所管轄設備的生產進行全程監控，通過輸入與輸出接口與生產合理的連接在一起，利用通信接口與相關設備，完成控制層信息的交換處理?，F場控制單元對控制層的相對獨立性，直接完成對生產中涉及到的數據的采集，完成三臺水輪發電機組的動態監控，并對設備運行中出現的問題，采取針對性的解決措施。

4.3遠程調度層

遠程調度層的主要功能是監控調度和報警兩方面。監控功能在水電站自動化系統中的功能主要體現在機組啟停、運行模式、負荷調節、電壓調整等，報警功能主要包括變壓器報警、發電機報警和溫度報警等。

5　不斷提高監控系統在水電站的運用性能

水電站自動化化系統中應用的監控系統會隨計算機技術發展向更加強大的功能方向發展。主要要做好以下幾個方面的提高：

5.1不斷提高監控系統對外圍環境的抗干擾能力

對快速瞬變脈沖群及其他形式干擾，不僅要對機箱結構進行EMC設計，而且對電氣部分特別對高速低電平信號、低功耗的數字信號部分進行EMC設計，同時還需通過實驗分析判斷以達到抗干擾性能與成本費用的平衡。

5.2歷史數據庫

監控系統的一個關鍵部分就是歷史數據庫，將原監控系統中需要保存的數據存在歷史數據庫中，便于后期應用時對數據進行查詢分析。歷史數據庫可以通過單獨的計算機實現。人機界面友好度高，減輕監控系統在運行過程中的負擔，使監控系統的應用變得更加簡單合理。

5.3效率檢測

在線檢測水輪機的工作效率，長期以來都是水電站在運行過程中經濟運行和經濟技術指標所要攻克的一項重要的技術難題。近幾年，人們加強了對在線檢測技術的研究，并且逐漸對其進行推廣與應用，從而逐漸使其功能在水電廠運行過程中發揮出應有的作用。隨著通信、測控、計算機技術的高速發展以及在水電站中的應用，都給在線檢測項目開發提供了技術支持，這也將使監控系統能夠在水電站自動化系統中得到更好的應用。

5.4電能量檢測

在水電站對自動化系統應用過程中，水電站中使用的每條線路和每臺發電機，都安裝了相應的電度量表，傳統的電度量表輸出電度量脈沖到計算機監控系統中，從而實現對電度量的采集。在對智能電度表應用后，利用電表可以實現對電度量表中數據的完整保存，并且利用通信接口可以獲取電度量數據。因此，在水電站中以智能電表為基礎，通過通信接口，將水電站所有的數據都匯聚在一起，在系統中配備了實時數據管理功能的計算機在運行過程中可以構成電度量檢測系統。若采用交流采樣模式，監控系統電能計算精度滿足要求時，在計量部門認定后，可逐步取消電能表，直接由監控系統計算電能量，從而更充分利用水電站的監控系統。

5.5狀態檢修

對設備運行壽命的評估與設備狀態的檢修是監控系統對水電站進行監控的關鍵，不僅是設備檢修工作發展的一項必然趨勢，而且也是一項具有較強技術性的工作。目前，我國多數水電廠都具有一套相對完善的計算機監控系統，并且匯聚了大量的檢測設備，在水電站運行過程中，從節省成本的角度對問題進行分析，監控系統與狀態檢測之間的許多數據是可以實現共享的。狀態檢修系統構建的過程中，也要加強對監控系統的考慮，合理的將兩者結合，可以節省掉一部分零部件，使監控系統變得整體結構更簡單，并且通過監控系統實現對水電站的監控，確保水電站中設備的安全運行。

6　結語

外度水電站中應用的監控系統，不僅實現了對現場各種控制和操作功能的實施，而且也具有遠程通訊和控制功能，實現少人值守或無人值班的改造要求，提高了水電站的整體操作水平，確保設備的安全穩定運行。對當前進行的水電站增效擴容工作提供了重要技術支持。

（責任編輯：劉青）

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2016-05-19