【摘 要】自動(dòng)化對(duì)于水電站現(xiàn)代化水平來說，至關(guān)重要。本文基于水電站自動(dòng)化的組成內(nèi)容，較為詳細(xì)地闡述了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)原則、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)控制架構(gòu)以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的相應(yīng)功能。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)控系統(tǒng)；應(yīng)用；水電站；自動(dòng)化系統(tǒng)

0引言

自動(dòng)化程度對(duì)于水電站的現(xiàn)代化水平來說，至關(guān)重要。而且，自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于水電站安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，是不可或缺的技術(shù)手段。機(jī)組容量地不斷增加，自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于水電站安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行所發(fā)揮的作用越來越重要。

大型水力發(fā)電站的設(shè)備相對(duì)較復(fù)雜，需要監(jiān)視以及控制的信息量很龐大，只有通過計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)化的控制才可解決許多關(guān)鍵的技術(shù)問題。所以，在大型水力發(fā)電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可確保電力系統(tǒng)與電網(wǎng)的安全、正常運(yùn)行。

1 水電站自動(dòng)化的組成內(nèi)容

1. 1水電站自動(dòng)化的組成部分

水電站自動(dòng)化是基于不同的自動(dòng)裝置從而實(shí)現(xiàn)的，其自動(dòng)裝置主要包括基礎(chǔ)自動(dòng)裝置以及綜合自動(dòng)裝置兩方面。每個(gè)機(jī)組都具備自動(dòng)裝置，比如：保持一定轉(zhuǎn)速的機(jī)組調(diào)速裝置，改變發(fā)電機(jī)無功功率以及維持電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，這些裝置都屬于自動(dòng)化的裝置，這些裝置組成為水電站自動(dòng)化的基礎(chǔ)。其它種類的屬于全站性的自動(dòng)裝置，比如頻率與有功功率調(diào)節(jié)的裝置、電壓與無功功率調(diào)節(jié)的裝置以及自動(dòng)巡回檢測(cè)的裝置等等，這些都屬于水電站綜合自動(dòng)化的組成部分。這些自動(dòng)裝置對(duì)整個(gè)電站的自動(dòng)控制以及檢測(cè)起到關(guān)鍵的作用，依據(jù)基礎(chǔ)自動(dòng)裝置從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)。計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)自動(dòng)裝置與綜合自動(dòng)裝置之間的相應(yīng)連接。

1.2水電站自動(dòng)化的內(nèi)容

所謂的水電站自動(dòng)化，主要指使水電站生產(chǎn)過程的相關(guān)操作、控制以及監(jiān)視能夠在少數(shù)人或者是無人的情況下，按照預(yù)先制定的計(jì)劃自動(dòng)地實(shí)施。水電站的相應(yīng)生產(chǎn)過程較簡為單，這可為水電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化奠定了良好的基礎(chǔ)。因?yàn)樗娬驹谙到y(tǒng)中的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)調(diào)頻調(diào)峰，所以，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的要求是能夠迅速地開停機(jī)、運(yùn)行工況的改變以及調(diào)節(jié)出力。上述的要求只有在水電站完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化之后方可高效率地完成。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

基于“無人值班”的總體設(shè)計(jì)思想，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)遵循如下相關(guān)幾方面的設(shè)計(jì)原則：

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要先進(jìn)

監(jiān)控系統(tǒng)要達(dá)到水電站機(jī)組的分期以及分批投產(chǎn)的要求，LCU投運(yùn)之后，在很長一段時(shí)間內(nèi)，仍將處于國際領(lǐng)先水平；現(xiàn)場的監(jiān)控設(shè)備應(yīng)該具有很高的可維護(hù)性、可用性、可靠性以及擴(kuò)展性；數(shù)據(jù)精度以及事件的響應(yīng)都要符合電力系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)定，并可以滿足電廠實(shí)際安全生產(chǎn)的相關(guān)要求；LCU的各個(gè)組成部分設(shè)計(jì)都要使用全開式的結(jié)構(gòu)，這樣可以方便今后的發(fā)展。

（2）系統(tǒng)要安全可靠

監(jiān)控系統(tǒng)的局部故障對(duì)于現(xiàn)場設(shè)備的正常運(yùn)行是沒有影響的，系統(tǒng)平均故障的間隔時(shí)間、平均的維修時(shí)間以及各項(xiàng)可用性的指標(biāo)都是要達(dá)到相關(guān)的要求，保證其國際先進(jìn)的水平。監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性主要表現(xiàn)于供電系統(tǒng)的安全可靠性、監(jiān)控系統(tǒng)的硬件可靠性、監(jiān)牢網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性以及設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)可靠性等幾方面的內(nèi)容。

（3）開放性要良好

監(jiān)控系統(tǒng)均使用開放式系統(tǒng)，整體系統(tǒng)的軟件均使用模塊化以及結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，這樣可以適應(yīng)不同功能的增加與各種規(guī)模類型的擴(kuò)充。

（4）人機(jī)界面要完善

水電站的運(yùn)行人員可根據(jù)豐富的人機(jī)接口設(shè)備，進(jìn)行全方位的監(jiān)視控制。這些人機(jī)接口設(shè)備主要包括操作員站、觸摸屏、大型的屏幕設(shè)備、監(jiān)測(cè)的終端、模擬屏、語音報(bào)警設(shè)備以及數(shù)據(jù)服務(wù)器等。加強(qiáng)對(duì)外通信功能的監(jiān)控系統(tǒng)具備了實(shí)時(shí)性好以及較強(qiáng)的抗干擾能力等特點(diǎn)，系統(tǒng)要滿足和上級(jí)調(diào)度中心之間的通信要求，從而實(shí)現(xiàn)“四遙”功能、調(diào)度優(yōu)化以及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，并且要實(shí)現(xiàn)和廠區(qū)子系統(tǒng)之間的互相通信。

（5）經(jīng)濟(jì)性要良好

監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)上須確保電站的能夠長期、穩(wěn)定以及安全地運(yùn)行，這樣可以顯著提高經(jīng)濟(jì)效益，那么，值班人員的工作條件在一定程度上也會(huì)有效改善。

3 系統(tǒng)的總體構(gòu)架

3. 1 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的整體相關(guān)設(shè)計(jì)原則，監(jiān)控系統(tǒng)比較適用于使用全分布以及開放式的控制系統(tǒng)架構(gòu)，也就是建立一個(gè)開放、多級(jí)以及實(shí)時(shí)多任務(wù)的全分布式的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為廠站的監(jiān)控層、現(xiàn)場的控制層以及遠(yuǎn)方的調(diào)度層。整體系統(tǒng)屬于完整的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的系統(tǒng)，不僅能獨(dú)立完成不同現(xiàn)場閉環(huán)控制的相應(yīng)功能，而且還能根據(jù)和調(diào)度中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的互相聯(lián)網(wǎng)從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)的全廠數(shù)據(jù)庫以及歷史數(shù)據(jù)庫均分布于相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理站內(nèi)，每個(gè)單元數(shù)據(jù)庫均分布于每個(gè)LCU中，系統(tǒng)的各個(gè)功能分布于系統(tǒng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處，每個(gè)節(jié)點(diǎn)須嚴(yán)格執(zhí)行指定的任務(wù)，而且要根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的通信。監(jiān)控系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3. 2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件大多數(shù)是采用分布式的系統(tǒng)架構(gòu)，功能軟件的結(jié)構(gòu)相對(duì)清晰。監(jiān)控系統(tǒng)的軟件不僅具備完整齊全以及標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)，還能簡便地在網(wǎng)絡(luò)中任意位置的節(jié)點(diǎn)出進(jìn)行相應(yīng)的配置，而且可以復(fù)制以及重復(fù)進(jìn)行使用，既能獨(dú)立運(yùn)行，又能對(duì)工作進(jìn)行協(xié)同，系統(tǒng)軟件充分體現(xiàn)了靈活性以及可靠性等性能。系統(tǒng)功能分布于系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處，并根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，通過系統(tǒng)的配置文件指定節(jié)點(diǎn)的功能，從而實(shí)現(xiàn)了各個(gè)節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的靈活配置。

4 系統(tǒng)功能

4. 1 廠站監(jiān)控層的功能

廠站監(jiān)控層是電站的實(shí)時(shí)控制中心，其任務(wù)是負(fù)責(zé)全廠自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)、對(duì)來自現(xiàn)場控制單元層的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理、電站的人機(jī)對(duì)話、與現(xiàn)場控制單元層以及調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)等進(jìn)行相應(yīng)通信。主要包括如下幾方面的內(nèi)容：

（1）信息管理工作站。該節(jié)點(diǎn)的主要工作是廠站層的數(shù)據(jù)采集、處理以及相應(yīng)的歸檔。

（2）操作員工作站。該節(jié)點(diǎn)的主要工作是進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)與控制以及報(bào)表的打印等。

（3）工程師工作站。該節(jié)點(diǎn)的主要工作是維護(hù)與管理系統(tǒng)以及功能應(yīng)用與開發(fā)等。

（4）培訓(xùn)仿真工作站。該節(jié)點(diǎn)的主要工作是對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行相應(yīng)的操作培訓(xùn)等。

（5）調(diào)度通信服務(wù)器。該節(jié)點(diǎn)的主要工作是與上級(jí)調(diào)度中心的光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接以及協(xié)議轉(zhuǎn)換。

4. 2 現(xiàn)場控制層的功能

現(xiàn)場的控制層單元可以對(duì)其管轄的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行全程的監(jiān)控，根據(jù)輸入和輸出接口與生產(chǎn)過程進(jìn)行相應(yīng)的連接，根據(jù)通信接口以及相應(yīng)的設(shè)備和主控制層進(jìn)行信息的交換。每個(gè)現(xiàn)場的控制單元均具備相對(duì)的獨(dú)立性，能夠直接采集和預(yù)處理生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成各個(gè)設(shè)備的監(jiān)視、調(diào)整以及控制等相應(yīng)功能。

5結(jié)束語

計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“無人值班”或者是只有少數(shù)人值班，其本身具備一定的人機(jī)界面、防誤操作的措施以及處理事故的能力。監(jiān)控系統(tǒng)除了具備現(xiàn)場的各種監(jiān)視、操作以及控制等相應(yīng)功能，還具備可與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行通信的能力。因此，水電站通過開發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)，可以提高設(shè)備的整體操作水平，對(duì)于設(shè)備的安全及穩(wěn)定的運(yùn)行，是非常有利的。

參考文獻(xiàn)

[1]胡家駒，高光華，陳美林，等.DL/T 578）955水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件6編制說明[J].電力標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量， 1996（2）：28.

[2]王勝強(qiáng).青海省黃河直崗拉卡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[J].珠江現(xiàn)代建設(shè)，2006（1）：15-18.

[3]張俊蔚.水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].甘肅水利水電技術(shù)，2008，44：27-29.