孟凡振

(新疆電力設(shè)計(jì)院，烏魯木齊830002)

0 前言

隨著我國(guó)電力事業(yè)蓬勃發(fā)展，對(duì)于小水電站要求無(wú)人值班或者少人值班，要求區(qū)域小水電站有上一級(jí)水電站集中調(diào)度監(jiān)控。而且對(duì)供電質(zhì)量以及可靠性用戶(hù)提出的要求越來(lái)越高，所以對(duì)自動(dòng)化和數(shù)字化水平低的小型水電廠(chǎng)進(jìn)行微機(jī)監(jiān)視與控制是很有必要的。

近年來(lái)我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來(lái)越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設(shè)計(jì)的考慮因素。對(duì)于設(shè)備簡(jiǎn)單而且配置小的小水電站而言，通過(guò)提高控制裝置的集成度來(lái)減少監(jiān)控系統(tǒng)的成本。

針對(duì)我國(guó)小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)雜并且價(jià)格昂貴的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了出了一種適用于小型水電站性?xún)r(jià)比較高的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案，并且給出了具體實(shí)現(xiàn)流程［1］。

1 小水電站特點(diǎn)

小水電站容易修建、建設(shè)成本低并且建設(shè)工期也短。在一些區(qū)域或流域水電站群開(kāi)發(fā)當(dāng)中應(yīng)用比較多。

為了最大限度地開(kāi)發(fā)利用水資源，只有將規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、管理統(tǒng)一起來(lái)，才能做到最優(yōu)化［2］。

近年來(lái)我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來(lái)越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設(shè)計(jì)的考慮因素。

對(duì)于設(shè)備簡(jiǎn)單配置小的小水電站而言，通過(guò)提高控制裝置的集成度來(lái)減少監(jiān)控系統(tǒng)的成本。

Windows操作系統(tǒng)有很多商業(yè)軟件支持，應(yīng)用方便、維護(hù)量小同時(shí)考慮到小水電站自身特點(diǎn)，所以一般應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)都基于Windows操作系統(tǒng)［3］。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

在發(fā)達(dá)國(guó)家像美國(guó)、日本等國(guó)家無(wú)人值班和自動(dòng)化技術(shù)早已當(dāng)成常規(guī)技術(shù)應(yīng)用于小水電站。中級(jí)一萬(wàn)千瓦一下的中水電站，無(wú)人值班，都實(shí)行關(guān)門(mén)運(yùn)行并且都由上一級(jí)調(diào)度中心集中監(jiān)視控制。

國(guó)內(nèi)情況不像國(guó)外，有一些小水電站直接將大水電站的監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造拿來(lái)應(yīng)用，但不例外一些廠(chǎng)家研制一些針對(duì)小水電站的監(jiān)控系統(tǒng)比如像南瑞EC2000監(jiān)控軟件。近年來(lái)我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來(lái)越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設(shè)計(jì)的考慮因素。

20世紀(jì)90年代以前建造的水電廠(chǎng)，在2010年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班或者少人值班的更新改造規(guī)劃。

3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則有以下3點(diǎn):

1)無(wú)人值班或者少人值班。

2)能夠集中控制區(qū)域水電站群或階梯水電站群。

3)能夠進(jìn)行五合一集中控制即保護(hù)、監(jiān)控、勵(lì)磁、調(diào)速、輔機(jī)五位一體控制。

4 現(xiàn)地LCU系統(tǒng)

現(xiàn)地LCU系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)2個(gè)部分。

4.1 硬件系統(tǒng)

這是機(jī)組控制系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，它的兼容性和穩(wěn)定性在設(shè)計(jì)上是我們首先考慮的因素，所以西門(mén)子公司的S7—200系列PLC是主控設(shè)備上首選設(shè)備。

主要是它與同價(jià)位PLC相比，具有多功能、小型化、高速度、性能高的優(yōu)勢(shì)。高端產(chǎn)品CPU226被運(yùn)算單元S7—200系列采用，廣泛應(yīng)用于中小型和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制系統(tǒng)中，主機(jī)是由24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)集成，7個(gè)擴(kuò)展模塊可被連接，最多的時(shí)候可以擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。

它具有PPI通訊協(xié)議并且可以自帶兩個(gè)RS485通信/編程口，具有自由方式通信和MPI通訊協(xié)議的能力［4］。

另外需要擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字量混合輸入輸出模塊EM233，I/O點(diǎn)為8/8(24VDC)是根據(jù)機(jī)組上送的信號(hào)而考慮的。

對(duì)于24VDC繼電器輸出考慮到續(xù)流的作用，可以通過(guò)反并一個(gè)型號(hào)為IN4007二極管在繼電器線(xiàn)圈上。在發(fā)達(dá)國(guó)家像美國(guó)、日本等國(guó)家無(wú)人值班和自動(dòng)化技術(shù)早已當(dāng)成常規(guī)技術(shù)應(yīng)用于小水電站。

中級(jí)一萬(wàn)千瓦以下的中水電站，無(wú)人值班，都實(shí)行關(guān)門(mén)運(yùn)行并且都由上一級(jí)調(diào)度中心集中監(jiān)視控制。

國(guó)內(nèi)情況不像國(guó)外，有一些小水電站直接將大水電站的監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造拿來(lái)應(yīng)用，但不例外一些廠(chǎng)家研制一些針對(duì)小水電站的監(jiān)控系統(tǒng)比如像南瑞 EC2000 監(jiān)控軟件［5］。

近年來(lái)我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來(lái)越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設(shè)計(jì)的考慮因素。

采用西門(mén)子TP系列的TP170A實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)(HMI)，這是一款基于WINDOWS操作系統(tǒng)屏幕為藍(lán)色的觸摸屏，灰度為4級(jí)，可以支持50 000 h連續(xù)的工作，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的監(jiān)控由其自帶的32位 RISC/66MHZ完全可以自我滿(mǎn)足，支持動(dòng)態(tài)對(duì)象以及圖形等等。用它非常直觀(guān)和方便的顯示各種故障狀態(tài)及運(yùn)行工況。

4.2 軟件系統(tǒng)

由兩大塊組成的整個(gè)現(xiàn)地LCU的監(jiān)控程序:觸摸屏監(jiān)控程序以及機(jī)組PLC監(jiān)控程序［6］。

由開(kāi)機(jī)子程序，主程序，電氣事故子程序，停機(jī)子程序和水機(jī)事故子程序，以及緊急停機(jī)關(guān)主閥子程序和機(jī)組狀態(tài)子程序還包括各狀態(tài)量報(bào)警子程序，還有輸出子程序總共9個(gè)子程序構(gòu)成PLC程序。主要對(duì)機(jī)組各部進(jìn)行監(jiān)視和控制，保證機(jī)組可靠、安全地運(yùn)行。它主要是從比較直觀(guān)的角度來(lái)反映機(jī)組主要設(shè)備的狀態(tài)的觸摸屏程序，運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組當(dāng)前情況便于監(jiān)視。

屏幕開(kāi)機(jī)和停機(jī)也受到支持，為了實(shí)時(shí)顯示報(bào)警量，采用圖形的方式來(lái)反映(圖1)機(jī)組和發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

另外，用戶(hù)以后可以根據(jù)實(shí)際情況添加I/O量是因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)(PLC，觸摸屏)都留有備用接點(diǎn)的緣故?，F(xiàn)地LCU觸摸屏主畫(huà)面見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)地LCU觸摸屏主畫(huà)面

5 上位機(jī)系統(tǒng)

對(duì)于上位機(jī)部分:能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信的接收的功能。

由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)報(bào)表打印、電廠(chǎng)主接線(xiàn)圖顯示構(gòu)成了監(jiān)視控制系統(tǒng)。

控制操作的事件順序記錄(SOE)，Intranct企業(yè)信息網(wǎng)接入。

編程，通訊部分深入Windows內(nèi)核，利用消息傳遞機(jī)制和多線(xiàn)程技術(shù)。調(diào)用了操作系統(tǒng)底層的API函數(shù)，使應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)緊密、高效的結(jié)合。數(shù)據(jù)庫(kù)部分采用Borland公司的BDE引擎，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和事件順序記錄(SOE)實(shí)施高效的管理。

Intranet企業(yè)信息網(wǎng)部分采用基于TCP/IP協(xié)議的UDP廣播方式，調(diào)用WinSocket API函數(shù)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行高效可靠。程序流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 程序流程圖

6 結(jié)語(yǔ)

在發(fā)達(dá)國(guó)家像美國(guó)、日本等國(guó)家無(wú)人值班和自動(dòng)化技術(shù)早已當(dāng)成常規(guī)技術(shù)應(yīng)用于小水電站。中級(jí)一萬(wàn)千瓦以下的中水電站，無(wú)人值班，都實(shí)行關(guān)門(mén)運(yùn)行并且都由上一級(jí)調(diào)度中心集中監(jiān)視控制。

小水電站容易修建、建設(shè)成本低并且建設(shè)工期也短。在一些區(qū)域或流域水電站群開(kāi)發(fā)當(dāng)中應(yīng)用比較多。

為了最大限度的開(kāi)發(fā)利用水資源，只有將規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、管理統(tǒng)一起來(lái)，才能做到最優(yōu)化。近年來(lái)我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來(lái)越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設(shè)計(jì)的考慮因素。

為了響應(yīng)小水電站無(wú)人值班(少人值班)的工作要求，能夠集中控制區(qū)域水電站群或階梯水電站群，能夠進(jìn)行五合一集中控制即保護(hù)、監(jiān)控、勵(lì)磁、調(diào)速、輔機(jī)五位一體控制。

隨著我國(guó)電力事業(yè)蓬勃發(fā)展，對(duì)于小水電站要求無(wú)人值班或者少人值班，要求區(qū)域小水電站有上一級(jí)水電站集中調(diào)度監(jiān)控。

而且對(duì)供電質(zhì)量以及可靠性用戶(hù)提出的要求越來(lái)越高，所以對(duì)自動(dòng)化和數(shù)字化水平低的小型水電廠(chǎng)進(jìn)行微機(jī)監(jiān)視與控制是很有必要的。

［1］周晨，李鹍，鄭連清.水電站上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.低壓電器，2008(03):43-47.

［2］宋昭.基于VC的水電站(變電站)監(jiān)控系統(tǒng)探討與研究［J］. 商，2012(09):142.

［3］李延頻，陳德新，陳貴生.小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇［J］. 水力發(fā)電，2007，33(03):66-67.

［4］付邦勝，巫付專(zhuān).小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，19(04):72-75.

［5］姚益群，宋文娟.水電站監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)［J］.南京工程學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，09(03):67-72.

［6］但富中，溫柳，朱靜華.拉西瓦水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化［J］. 電力設(shè)備，2008，09(10):52-55.