林倩影

（福建水口發(fā)電集團有限公司）

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的探討

林倩影

（福建水口發(fā)電集團有限公司）

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)是水電站運行管理的重要組成部分，是對整個水電站的設(shè)備進行監(jiān)視、測量、控制和保護的計算機自動控制系統(tǒng)，提高了水電站的經(jīng)濟效益和自動化程度。本文主要分析了水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了其結(jié)構(gòu)、類型、原則，并對水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的意義做了討論。

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)；類型結(jié)構(gòu)；意義

隨著電力體制“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)”的改革深化，計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的應(yīng)用越來越廣泛，水電站的監(jiān)控水平和自動化水平日益提高。目前現(xiàn)階段，國內(nèi)中大型水電站已經(jīng)普遍應(yīng)用水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、可靠的重要性不言而喻。

1 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展狀況

在歐美地區(qū)的一些工業(yè)發(fā)達國家，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)得到了較快且先進的發(fā)展[1]。在20世紀80年代起，計算機監(jiān)控技術(shù)、水電站自動控制的功能、性能等就已經(jīng)普遍應(yīng)用在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，這個系統(tǒng)的特點是占地面積小、外部電纜數(shù)量少、集成度高、造價低。國外的水電站自動控制系統(tǒng)的模式主要有兩種：集成型和專用型。水電站自動控制系統(tǒng)在國內(nèi)的應(yīng)用尚處于推廣階段，都是以常規(guī)設(shè)備為主。為了實現(xiàn)各個設(shè)備的通訊、聯(lián)系、正常安全運轉(zhuǎn)，降低投資成本，專用型的自動控制系統(tǒng)早已經(jīng)成為了業(yè)界研究開發(fā)的重點[2]。如表1所示的就是我國水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

2 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)模式、應(yīng)用原則

2.1 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的類型

表1 我國水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

根據(jù)計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、作用、配置、控制層次、功能等方面對水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行分類，則水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的類型主要包括：①CASC方式，即以水電站的常規(guī)設(shè)備為主，計算機監(jiān)控為輔的監(jiān)控系統(tǒng)。②CBSC方式，即以水電站常規(guī)設(shè)備為輔，計算機監(jiān)控為主的監(jiān)控系統(tǒng)。③CCSC方式，即水電站常規(guī)設(shè)備與簡單計算機監(jiān)控雙重設(shè)置的監(jiān)控系統(tǒng)。④去掉水電站常規(guī)設(shè)備的全計算機監(jiān)控系統(tǒng)。在這四種類型中，CCSC方式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價較高，其雙重監(jiān)控系統(tǒng)可以獨立運行，互為備用，可以切換，所以整個系統(tǒng)的可靠性更高。而最后一種全計算機監(jiān)控系統(tǒng)實際上是CBSC的延伸，對計算機系統(tǒng)的冗余度和可靠性的要求較高，應(yīng)用前景較好。

2.2 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式

2.2.1 集中式監(jiān)控系統(tǒng)

這種監(jiān)控系統(tǒng)是對水電站整體運行的狀況進行集中的監(jiān)視和控制，所有的操作控制指令和信息處理都是由計算機發(fā)出并完成的，這也導(dǎo)致了這個系統(tǒng)的一個缺陷：一旦計算機發(fā)生故障，那么整個監(jiān)控系統(tǒng)都將陷入癱瘓[3]。目前這種模式已經(jīng)基本不在中大型水電站中使用，但是由于其投資較少，控制簡單，所以對于一些機組容量小、送變電設(shè)備少，主接線簡單的小型水電站來說，這種模式仍然可以作為參考模式。

2.2.2 功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)

這種監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征是控制功能分散（以微處理機為中心構(gòu)成子系統(tǒng)），管理集中（用計算機管理），從而實現(xiàn)負載、功能、危險、地域分散等功能。系統(tǒng)根據(jù)不同的功能設(shè)立多套對應(yīng)設(shè)備，這些設(shè)備要能夠獨立完成各自功能。

2.2.3 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)

這種系統(tǒng)的主要特征是控制對象比較分散，所以根據(jù)控制對象設(shè)置相應(yīng)的配套裝置，形成控制單元，從而完成對控制對象的數(shù)據(jù)采集。這種監(jiān)控系統(tǒng)是與水電站的分層控制系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用，形成分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，其特點是用戶和應(yīng)用軟件可以移植，不同系統(tǒng)之間可以相互操作，系統(tǒng)擴展、升級和更新都比較方便，保護用戶的利益。這種模式已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的水電廠。

2.3 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用原則

2.3.1 大中型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用原則

對于大中型水電站來說，計算機監(jiān)控系統(tǒng)一般分為幾個層次結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場控制層、站級監(jiān)控層、梯級調(diào)度中心層[4]。整個監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的基本原則是：監(jiān)控設(shè)備擴展性、維護性、可靠性較好，數(shù)據(jù)精度和相應(yīng)指標符合規(guī)定和生產(chǎn)要求，同時采用雙網(wǎng)冗余技術(shù)來分散設(shè)備風險，提高系統(tǒng)的可靠性，降低誤操作性。

2.3.2 小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用原則

小型水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要是以安全、可靠、經(jīng)濟、實用為主要原則，提高系統(tǒng)的擴展性、適應(yīng)性，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行，降低成本。

3 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的意義

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)是通過對水電站各種設(shè)備信息的采集和處理，實現(xiàn)對水電站的監(jiān)視、控制和保護，使水電站更加安全可靠、穩(wěn)定的運行。它的意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和水電站設(shè)備的可靠性

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)水電站的運行狀況，在水電站發(fā)生突發(fā)事故或者設(shè)備不正常運行時，監(jiān)控系統(tǒng)可以迅速獲取設(shè)備運行的參數(shù)和狀態(tài)，并自動發(fā)出警告信號，引起操作人員注意。當水電站的設(shè)備出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)可以自動將其停機，避免故障進一步擴大，保證了水電站設(shè)備運行的可靠性。當設(shè)備正?？煽窟\行時，監(jiān)控系統(tǒng)可以自動控制發(fā)電機的電壓和頻率，并根據(jù)用電調(diào)度要求，實現(xiàn)發(fā)電、供電、用電的平衡，保證電能質(zhì)量和電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

3.2 加快水電站的控制調(diào)節(jié)過程

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以按照預(yù)定的控制程序和規(guī)律依次自動完成對機組的調(diào)節(jié)，免去了人工操作的時間和復(fù)核時間，有效加快水電站的控制調(diào)節(jié)過程。尤其是當區(qū)域電網(wǎng)發(fā)生故障時，監(jiān)控系統(tǒng)必須盡快將事故備用機組啟動并入電網(wǎng)，帶上負荷調(diào)節(jié)運作，進而保證電網(wǎng)供電，這樣才能適應(yīng)“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)”的電力體制改革[5]。

3.3 實現(xiàn)水電站的優(yōu)化運行，使水電站獲得最大的發(fā)電效益

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用一方面實現(xiàn)了水電站的自動化，大大減少了人工操作工作量，減輕了人員負荷，降低了運行成本，另一方面實現(xiàn)了水電站的優(yōu)化運行，通過對各機組、設(shè)備的監(jiān)控，保證水電站可以根據(jù)最佳優(yōu)化方案給機組分配任務(wù)，從而保證機組的高效運行，最大限度地利用水能，提高效率，給水電站帶來直接的經(jīng)濟效益。

4 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用實例——彭水水電站

彭水水電站通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程控制和現(xiàn)地控制，包括了電站調(diào)節(jié)和上級調(diào)度調(diào)節(jié)。

4.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則

在設(shè)計和配置彭水水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)時，整體的原則是無人值班或少人值班并最終實現(xiàn)關(guān)門運行，同時要確保電廠能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)對整個電站的監(jiān)控需求。設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)采用的是模塊化、分布式結(jié)構(gòu)，滿足標準化的控制要求，各個監(jiān)控、保護系統(tǒng)相互獨立，同時又能兼容擴充。系統(tǒng)還應(yīng)具有防止誤操作、自我診斷、自我修復(fù)、自我保護功能，設(shè)置交直流電源系統(tǒng)，保證電源突然斷電時不丟失信息。

4.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

整體結(jié)構(gòu)是計算機為主，常規(guī)控制為輔，這種結(jié)構(gòu)可以利用系統(tǒng)的自動化程度來提高監(jiān)控可靠性，同時一旦出現(xiàn)突發(fā)狀況，還可以使用常規(guī)控制方式。結(jié)構(gòu)采用的是分層分布式結(jié)構(gòu)，主控機是電站級，控制對象是現(xiàn)地單元控制級，并使用雙以太網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，使用人機界面和計算機對接進行監(jiān)控。控制層的網(wǎng)絡(luò)中，電站級控制層采用雙環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)監(jiān)控，現(xiàn)地單元控制層采用現(xiàn)場連線的方式實現(xiàn)遠程和監(jiān)控設(shè)備的連接。

4.3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的配置

電站級的監(jiān)控中心需要實現(xiàn)對水電站進行整體綜合計算、優(yōu)化調(diào)度、事故信號分析、信息處理和時鐘管理，同時還需要采集、存儲、管理數(shù)據(jù)，生成報表和運行管理檔案等工作。在系統(tǒng)配置上，發(fā)出、設(shè)定監(jiān)控、調(diào)節(jié)等指令需要運用人機接口工作平臺；遠程維護和診斷采用電話撥號的形式；監(jiān)控系統(tǒng)與集控中心之間的通信需要使用集控通信服務(wù)器；監(jiān)控中心與調(diào)度中心之間的通信需要使用調(diào)度通信服務(wù)器。各個現(xiàn)地級控制單元都含有冗余模塊、電源、現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)、機架等。

5 總結(jié)

我國目前已經(jīng)研發(fā)出了許多滿足要求的水電站計算機控制系統(tǒng)，應(yīng)用高新技術(shù)提高了水電站監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性和經(jīng)濟效益。彭水水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余和開放式結(jié)構(gòu)，不僅運行穩(wěn)定，安全可靠，而且功能完善，可以實現(xiàn)對水電站的整體集中控制。

[1]熊增生，鄭小平.水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的概述[J].科技傳播，2011，3（2）：168～169.

[2]周令，楊 平.水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].湖南農(nóng)機，2013，40（3）：38～39.

[3]范徐根，徐美君.水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)流程優(yōu)化設(shè)計[J].小水電，2011，15（6）：125～126.

[4]劉興偉.水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造[J].云南電力技術(shù)，2011，39（3）：51～52.

[5]李震.關(guān)于中小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和特點及發(fā)展趨勢的分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，12（23）：298～299.

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2016-8-30