潘淵峰

(福建省南安市筍塔水庫(kù)管理處，福建 南安 362300)

1 電站概況

筍塔水庫(kù)有二個(gè)梯級(jí)水電站，一級(jí)電站位于水庫(kù)壩后左側(cè)，由水庫(kù)供水，設(shè)計(jì)水頭19m；二級(jí)電站位于一級(jí)電站下游約2km的羅溪右岸，引用一級(jí)電站尾水發(fā)電，壓力前池為倚地形開(kāi)挖的一個(gè)不規(guī)則蓄水池，壓力管道長(zhǎng)約66m，發(fā)電水頭32m。

一級(jí)電站總裝機(jī)容量2*250kW，兩臺(tái)進(jìn)水碟閥型號(hào)為D941—6 DN800，兩臺(tái)水輪機(jī)型號(hào)均為HLA551C-WJ-50、調(diào)速器為T(mén)c型彈簧儲(chǔ)能操作器，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)型號(hào)都為SFW250-8/850、出口電壓400V，勵(lì)磁機(jī)型號(hào)JL—55、額定勵(lì)磁電壓88V、額定勵(lì)磁電流5A、三相橋式整流輸出額定電壓43V額定電流165A，1臺(tái)主變型號(hào)為S11-630/10.5±2*0.25%/0.4，1臺(tái)高壓柱上斷路器型號(hào)ZW32—12/TS630—20，跌落式熔斷器型號(hào)為RW3—10/200A。有4G(5G)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。

二級(jí)電級(jí)總裝機(jī)容量2*320KW，進(jìn)水電動(dòng)閘閥2臺(tái)型號(hào)均為Z945T-10 DN600，水輪機(jī)2臺(tái)型號(hào)HLA551-WJ-43、調(diào)速器為T(mén)c型彈簧儲(chǔ)能操作器，發(fā)電機(jī)2臺(tái)型號(hào)SFWJ320-6/850、出口電壓400V，勵(lì)磁機(jī)型號(hào)JL—55、額定勵(lì)磁電壓57V、額定勵(lì)磁電流4.5A、三相橋式整流輸出額定電壓36V額定電流162A ，主變1臺(tái)型號(hào)為：S11-800/10.5±2*0.25%/0.4，高壓柱上斷路器1臺(tái)型號(hào)為ZW32-12/TS630—20，跌落式熔斷器型號(hào)為RW3—10/200A。有4G(5G)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。

2 建設(shè)的必要性

自動(dòng)化系統(tǒng)各項(xiàng)控制過(guò)程無(wú)須人工操作,其能解決一系列問(wèn)題：

①機(jī)組開(kāi)、停機(jī)及并網(wǎng)后的負(fù)荷調(diào)節(jié)可減少人工操作，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短、準(zhǔn)確度提高，水量損失減少、避免誤操作。②當(dāng)突發(fā)線路故障或其它原因?qū)е聶C(jī)組突然甩負(fù)荷時(shí)，可避免人工來(lái)不及關(guān)機(jī)使機(jī)組飛逸，減小對(duì)機(jī)組沖擊引起機(jī)械損壞，同時(shí)避免高電壓引起絕緣損壞，而造成事故。③系統(tǒng)具有較強(qiáng)的智能性、自控性、互動(dòng)性；能提供設(shè)備故障診斷和提前預(yù)警，達(dá)到快速搶修，避免故障延伸升級(jí)，減少維修費(fèi)用；優(yōu)化運(yùn)行水平，降低電站不正常工作狀態(tài)，減少手動(dòng)控制產(chǎn)生的疏漏或誤操作造成設(shè)備損壞或事故的概率，提高運(yùn)行的可靠性、安全性。④提高頻率和電壓偏差的調(diào)節(jié)精度，改善電能質(zhì)量。⑤能根據(jù)水庫(kù)或前池水位按電站優(yōu)化運(yùn)行方案給機(jī)組分配有功和無(wú)功功率任務(wù)，或設(shè)置主/從機(jī)根據(jù)不同水量選擇開(kāi)啟不同機(jī)組，使機(jī)組始終運(yùn)行在高水位高效率區(qū)；可使二級(jí)電站機(jī)組根據(jù)前池水位運(yùn)行，盡量避免上游水位過(guò)低機(jī)組效率下降或來(lái)水過(guò)多產(chǎn)生棄水。⑥對(duì)峰谷期不同電價(jià)、無(wú)功電量不足反扣電費(fèi)的情況，能靈活設(shè)定分時(shí)段定時(shí)發(fā)電，自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效益最大化。⑦有關(guān)專(zhuān)家可通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)排除故障，提高維修時(shí)效性。

總之，自動(dòng)化系統(tǒng)既能減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又能減少故障、節(jié)省大量的維修費(fèi)用、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，甚至可減少運(yùn)行人員數(shù)，降低發(fā)電成本，提高發(fā)電效益，增強(qiáng)電站的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力；因此其建設(shè)非常必要。

3 建設(shè)原則

1)從實(shí)際情況出發(fā)，既要功能完善、技術(shù)先進(jìn)又要經(jīng)濟(jì)合理。技術(shù)上按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)上既要考慮系統(tǒng)運(yùn)行后的經(jīng)濟(jì)收益，又要考慮系統(tǒng)自身價(jià)格及實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)特殊要求所需的費(fèi)用、售后服務(wù)費(fèi)用等，不能采用中型電站高水準(zhǔn)的配置。

2)實(shí)現(xiàn)少人值班、無(wú)人值班的目標(biāo)：采用多功能為一體的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各電站生產(chǎn)過(guò)程的控制、保護(hù)、測(cè)量、遠(yuǎn)動(dòng)等功能，減少運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3)系統(tǒng)采用分層分布、開(kāi)放式結(jié)構(gòu)：其硬件、軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)硬件通用、功能模塊能帶電撥插即插即用，并留有一定的備用和可擴(kuò)充容量，便于設(shè)備的擴(kuò)充、系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和功能的增加。

4)系統(tǒng)各個(gè)層級(jí)各個(gè)功能模塊保持相對(duì)獨(dú)立，不允許單個(gè)故障范圍擴(kuò)大，局部故障不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其采用模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)備自檢到板、卡；出現(xiàn)故障，用戶(hù)更換相應(yīng)模塊即可[2]。

5)其通信網(wǎng)絡(luò)要有合理的帶寬、數(shù)據(jù)傳輸能力要強(qiáng)，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、安全可靠。

6)系統(tǒng)設(shè)備配置、選型要保證整個(gè)電站運(yùn)行可靠、安全穩(wěn)定，電能質(zhì)量達(dá)到上網(wǎng)要求。

7)人機(jī)交互直觀、操作簡(jiǎn)單。

8)系統(tǒng)要達(dá)到一定的正常運(yùn)行年限，有較長(zhǎng)的使用壽命。

4 自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、工作原理、操作特點(diǎn)

系統(tǒng)主要由現(xiàn)地控制層、網(wǎng)絡(luò)層、站控層、遠(yuǎn)程監(jiān)控端4個(gè)部分組成。對(duì)機(jī)組控制權(quán)限，手動(dòng)高于自動(dòng)；現(xiàn)地控制層高于站控層，站控層高于遠(yuǎn)程監(jiān)控端。按電站工作需要，可設(shè)置、修改控制權(quán)限；按權(quán)限層次實(shí)現(xiàn)操作閉鎖，同一時(shí)間只允許一個(gè)高權(quán)限者操作；事故停機(jī)、自動(dòng)裝置保護(hù)動(dòng)作的斷路器跳閘命令不因權(quán)限設(shè)置而閉鎖，具有最高的優(yōu)先權(quán)。系統(tǒng)對(duì)所有操作進(jìn)行邏輯檢查和校核(如斷路器的合閘操作必經(jīng)檢同期)，有誤的操作被禁止并報(bào)警，使操作正確率達(dá)100%；對(duì)任何自動(dòng)、受動(dòng)操作都記錄儲(chǔ)存。

4.1 現(xiàn)地控制層

現(xiàn)地控制層主要由采集各種項(xiàng)目數(shù)據(jù)的專(zhuān)項(xiàng)傳感器(如水位、溫度傳感器等)、低壓機(jī)組一體化自動(dòng)控制屏(LCU)、手動(dòng)控制柜等組成。筍塔水庫(kù)兩級(jí)水電站自動(dòng)化系統(tǒng)組成圖見(jiàn)圖1。

圖1 筍塔水庫(kù)兩級(jí)水電站自動(dòng)化系統(tǒng)組成圖

一體化屏將一次設(shè)備、二次設(shè)備、水輪機(jī)控制、智能通訊設(shè)備等安裝在同一屏內(nèi)；屏內(nèi)強(qiáng)電、弱電嚴(yán)格隔離，排列有序；強(qiáng)弱電各種電氣量經(jīng)小PT、小CT隔離，開(kāi)入開(kāi)出量、通信口經(jīng)光電隔離，有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力；其集控制保護(hù)低壓水輪發(fā)電機(jī)組安全生產(chǎn)所需的功能、通訊功能于一體。其一次設(shè)備有隔離刀閘、萬(wàn)能式空氣斷路器等；二次設(shè)備有電流互感器、測(cè)量裝置、及以PLC為基礎(chǔ)元件的自動(dòng)智能控制裝置和智能I/O綜合保護(hù)控制裝置、微機(jī)調(diào)速裝置、微機(jī)勵(lì)磁控制器、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、控制執(zhí)行設(shè)備(如用于自動(dòng)控制斷路器合閘與跳閘等的各類(lèi)出口繼電器)、彩色液晶觸摸屏等組成。兩級(jí)電站每臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組各采用一屏，型號(hào)相同、規(guī)格按機(jī)組額定容量選取。其可獨(dú)立地對(duì)被控水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、進(jìn)水閘閥、機(jī)組附屬設(shè)備、電氣一次設(shè)備等進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)和操控[3]。

手動(dòng)控制柜安裝在一體化屏旁邊，當(dāng)一體化屏故障時(shí)，操作切換裝置將其退出啟用手動(dòng)控制柜，邊發(fā)電邊維修。手動(dòng)控制柜由手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)、常規(guī)儀表、手動(dòng)同期并網(wǎng)裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、智能綜合保護(hù)器等組成，其由人工操作能完成所屬機(jī)組的開(kāi)機(jī)、同期并網(wǎng)、有功無(wú)功功率調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)其發(fā)電運(yùn)行所需的繼電保護(hù)功能、緊急關(guān)機(jī)和正常停機(jī)。

各現(xiàn)地控制層一體化屏、站控層計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)相連接，交換信息。當(dāng)站控層計(jì)算機(jī)退出運(yùn)行，現(xiàn)地控制層不受其影響可以獨(dú)立運(yùn)行。

現(xiàn)地控制層一體化屏的主要功能有：

1)數(shù)據(jù)采集和處理：實(shí)時(shí)采集機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的有關(guān)電氣量(如發(fā)電機(jī)和母線三相電壓、電流、頻率、有功功率、cosψ、勵(lì)磁電流等)、模擬量(如前池水位、流量、水輪機(jī)軸承溫度、發(fā)電機(jī)定子鐵芯及空氣冷卻器風(fēng)溫、尾水管真空度等)、開(kāi)關(guān)量(如斷路器和隔離刀閘狀態(tài)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等)及其它項(xiàng)目數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、計(jì)算，自動(dòng)編碼打包、分別存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并在顯示屏或相關(guān)儀表上顯示；同時(shí)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行越限、復(fù)限、狀態(tài)檢查，記錄保存檢查結(jié)果，超限時(shí)報(bào)警并按要求動(dòng)作于跳閘停機(jī)。對(duì)中斷輸入立即記下時(shí)標(biāo)，存入現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)；根據(jù)開(kāi)關(guān)量輸入變位性質(zhì)進(jìn)行邏輯處理(如報(bào)警等)。運(yùn)行人員據(jù)此可明了地監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行情況、操作動(dòng)態(tài)和報(bào)警狀況。

2)邏輯控制：①自動(dòng)開(kāi)機(jī)，當(dāng)水庫(kù)、前池水位及時(shí)間符合設(shè)定條件，自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)水閘、冷卻水閘、水機(jī)調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)。②自動(dòng)并網(wǎng)，通過(guò)分別檢測(cè)電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)側(cè)的電壓、頻率、相位，根據(jù)偏差量快速調(diào)節(jié)，當(dāng)這三項(xiàng)符合并網(wǎng)要求時(shí)，自動(dòng)并網(wǎng)。③自動(dòng)調(diào)整發(fā)電功率及功率因數(shù)，根據(jù)水位變化通過(guò)調(diào)速器自動(dòng)調(diào)整發(fā)電功率；智能微機(jī)勵(lì)磁控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，達(dá)到恒功率因數(shù)。④自動(dòng)關(guān)機(jī)，當(dāng)一級(jí)電站符合設(shè)定關(guān)機(jī)時(shí)間或二級(jí)電站水位下降到設(shè)定關(guān)機(jī)條件時(shí)，各自自動(dòng)關(guān)閉調(diào)速器減少功率、并減少勵(lì)磁電流、減至空載斷開(kāi)空氣斷路器、關(guān)機(jī)。⑤自動(dòng)開(kāi)關(guān)水閘閥，停機(jī)后達(dá)設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉冷卻水、進(jìn)水閘。⑥防止飛車(chē)，當(dāng)發(fā)電機(jī)組或電網(wǎng)故障，智能保護(hù)裝置動(dòng)作，斷路器直接斷開(kāi)，發(fā)出緊急關(guān)機(jī)指令，系統(tǒng)進(jìn)行滅磁、關(guān)閉調(diào)速器、停機(jī)；故障解除，符合設(shè)定開(kāi)機(jī)條件時(shí)自動(dòng)開(kāi)機(jī)。

3)保護(hù)功能：發(fā)電機(jī)容量都小400kW，其保護(hù)比較簡(jiǎn)單只設(shè)置：過(guò)載保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、低壓保護(hù)、高頻保護(hù)、低頻保護(hù)、失磁保護(hù)、掉電保護(hù)。還有當(dāng)發(fā)生冷卻水阻塞不通、潤(rùn)滑油油位低、機(jī)組溫度過(guò)高、機(jī)組或引水壓力鋼管振動(dòng)度過(guò)大的某種現(xiàn)象，都會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。2個(gè)電站在變壓器高壓側(cè)均選擇安裝跌落式開(kāi)關(guān)和戶(hù)外斷路器。利用跌落式開(kāi)關(guān)為檢修提供高壓側(cè)明顯的斷開(kāi)點(diǎn)；由于機(jī)組容量小，其高壓熔斷絲可作為變壓器過(guò)電流及短路電流的保護(hù)；跌落式開(kāi)關(guān)一般情況下不允許帶負(fù)荷操作，可作為空載變壓器的投、切操作之用；高壓斷路器經(jīng)設(shè)置可用于分、合負(fù)荷電流、過(guò)載電流及短路電流。發(fā)電機(jī)出口斷路器經(jīng)設(shè)定可用于低電壓、過(guò)電流、短路保護(hù)。

4)人機(jī)接口：液晶顯示屏能顯示機(jī)組主要參數(shù)、狀態(tài)、報(bào)警信息，可輸入控制和負(fù)荷調(diào)節(jié)指令，可設(shè)置和修正有關(guān)設(shè)備的參數(shù)。

5)自診斷及自恢復(fù)：當(dāng)硬件或軟件故障時(shí)能自診斷、產(chǎn)生報(bào)警信息，對(duì)某些異常情況進(jìn)行自恢復(fù)或冗余部件切換處理。當(dāng)系統(tǒng)某單元發(fā)生故障或錯(cuò)誤時(shí)，能正確地判斷出故障內(nèi)容，并檢測(cè)、指出故障設(shè)備、故障插板，以便迅速排除。

6)通信功能：其配置以太網(wǎng)接口和多個(gè)串行接口，具有與上位機(jī)或其它智能設(shè)備通信的功能，實(shí)現(xiàn)將采集到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息向網(wǎng)絡(luò)傳輸，接收站控層、遠(yuǎn)程監(jiān)控端的管理操作指令。

4.2 網(wǎng)絡(luò)層

根椐實(shí)際情況，各電站應(yīng)建設(shè)一套由機(jī)組監(jiān)控子系統(tǒng)、 圖像視頻子系統(tǒng)、廠內(nèi)通信子系統(tǒng)等組成的1000M級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)，不同子系統(tǒng)、不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)不同的接口(光口、電口、網(wǎng)口)，然后由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分配數(shù)據(jù)。

各電站每臺(tái)一體化屏LCU、圖像視頻子系統(tǒng)等設(shè)備以星形方式和本站控層計(jì)算機(jī)通過(guò)1000M網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接成工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)是光纖。 LCU 的PCL與其他設(shè)備以串口方式通訊，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為T(mén)CP/IP。某臺(tái)一體化屏LCU或圖像視頻子系統(tǒng)或其它某一設(shè)備故障，其自動(dòng)從網(wǎng)絡(luò)上退出，不影響網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)的正常工作。

網(wǎng)絡(luò)層主要功能是將各臺(tái)一體化屏LCU、圖像視頻子系統(tǒng)等設(shè)備的數(shù)據(jù)信息全部上傳給站控層計(jì)算機(jī)，并下傳站控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控指令，與相關(guān)設(shè)備通訊，實(shí)現(xiàn)站控層、遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)現(xiàn)地單元設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)操作及監(jiān)視等。

考慮到二個(gè)電站之間整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)架設(shè)專(zhuān)線的路程遠(yuǎn)點(diǎn)、費(fèi)用較高、又受環(huán)境影響較大易損壞，維修不方便；于是各個(gè)電站內(nèi)部架設(shè)專(zhuān)網(wǎng)，兩個(gè)電站間及遠(yuǎn)程監(jiān)控端的通訊采用電信或移動(dòng)公網(wǎng)。

4.3 站控層

設(shè)在各電站控制室，由計(jì)算機(jī)、三合一黑白打字復(fù)印掃描機(jī)、時(shí)鐘同步裝置、語(yǔ)音報(bào)警裝置、通訊設(shè)備等組成；其主要通訊配置有交換機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸模塊包括4G(5G)移動(dòng)通信模塊、防火墻、網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)加密隔離裝置、光傳輸設(shè)備等。

其協(xié)調(diào)和管理本站各現(xiàn)地控制層、圖像視頻子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)的工作，對(duì)本站生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理、儲(chǔ)存；實(shí)時(shí)準(zhǔn)確有效地對(duì)本站運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行全方位的安全監(jiān)視、控制。運(yùn)行人員可通過(guò)人機(jī)接口對(duì)各臺(tái)一體化屏LCU、圖像視頻子系統(tǒng)等設(shè)備下達(dá)監(jiān)控命令、輸出有控制權(quán)的操作指令。通過(guò)輸入密碼可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面在線修改，可對(duì)一體化自動(dòng)控制屏設(shè)定、修正保護(hù)限值，設(shè)置監(jiān)控狀態(tài)、事故處理和恢復(fù)操作指導(dǎo)。

其可對(duì)機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行事故追憶(對(duì)事故前后一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)采樣按序記錄，可進(jìn)行回放、打印，通過(guò)分析、比較，判斷保護(hù)動(dòng)作是否正確)、統(tǒng)計(jì)分析(對(duì)主要設(shè)備動(dòng)作次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、故障和事故進(jìn)行載錄建立檔案；對(duì)全站運(yùn)行日志和各種生產(chǎn)報(bào)表、操作及事件一覽表等能定期召喚按時(shí)序打印)、實(shí)施高效的生產(chǎn)管理。

GPS或北斗時(shí)鐘授時(shí)系統(tǒng)，其輸出SNTP協(xié)議給監(jiān)控系統(tǒng)校時(shí)，以保證系統(tǒng)時(shí)間的統(tǒng)一，滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。

站控層通過(guò)4G(5G)移動(dòng)通信模塊經(jīng)移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)站控層與遠(yuǎn)程監(jiān)控端的數(shù)據(jù)交互。一將站控層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息通過(guò)4G(5G)通信模塊經(jīng)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控端的通信模塊，二將遠(yuǎn)程監(jiān)控端的控制、操作等命令傳輸給站控層；實(shí)現(xiàn)站控層與遠(yuǎn)程監(jiān)控端的數(shù)據(jù)交互。

為防止系統(tǒng)受木馬、病毒攻擊，造成系統(tǒng)誤動(dòng)作或癱瘓，應(yīng)安裝防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全裝置。

4.4 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)做到：①采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，確保今后系統(tǒng)功能的增加及規(guī)模擴(kuò)充的需要，同時(shí)盡可能地保護(hù)現(xiàn)有的設(shè)備資源。②其硬件設(shè)備的選型、配置要符合技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)和步伐，主控制軟件和各個(gè)設(shè)備之間的通訊能很好地兼容，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中良好的聯(lián)動(dòng)通信和數(shù)據(jù)傳輸。③當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，具備多種冗余措施繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控，并能迅速查明故障原因和故障點(diǎn)。④實(shí)時(shí)性要好、抗干擾性要強(qiáng)。⑤按運(yùn)行人員操作習(xí)慣設(shè)計(jì)，采用功能較強(qiáng)全漢化界面的人機(jī)接口。

監(jiān)控系統(tǒng)軟件由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、支持軟件、工具軟件和應(yīng)用軟件等組成。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件等；它管理和控制計(jì)算機(jī)軟硬件及外部設(shè)備等所有資源，提供其它軟件與系統(tǒng)資源的接口，是其它軟件的運(yùn)行環(huán)境，方便用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)。操作系統(tǒng)選用易用、易構(gòu)置、低成本(包括維護(hù))的win10。支持軟件有VS中文版軟件、3D圖形軟件、PLC編程軟件等；工具軟件有系統(tǒng)管理軟件、周期數(shù)據(jù)綜合計(jì)算軟件，報(bào)表生成轉(zhuǎn)換工具、圖形開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)調(diào)試、程序維護(hù)診斷等軟件；應(yīng)用軟件是為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)所有功能而開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)軟件(如機(jī)組運(yùn)行工況統(tǒng)計(jì)、定時(shí)任務(wù)管理、故障自診斷隔離和恢復(fù)、事故追憶等軟件)的總稱(chēng)；其采用組態(tài)軟件，能減少系統(tǒng)編程的工作量，它能較好地與其它軟件共存實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和優(yōu)化綜合管理全站控制設(shè)備使之協(xié)調(diào)動(dòng)作。這些軟件共同管理控制了整個(gè)水電站資源，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集管理、安全監(jiān)視、數(shù)據(jù)發(fā)送接收校驗(yàn)通訊管理、機(jī)組開(kāi)停順序控制、運(yùn)行調(diào)節(jié)、故障診斷恢復(fù)、參數(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能。

性能主要要求：①要嚴(yán)格限定監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間、控制單元向各個(gè)設(shè)備發(fā)出控制指令傳輸和執(zhí)行的時(shí)間，控制命令的傳輸時(shí)間要控制在 0.5s 以?xún)?nèi)，設(shè)備要在第一時(shí)間對(duì)接收到的具體控制指令做出相應(yīng)的動(dòng)作，其響應(yīng)時(shí)間控制在 0.3s 以?xún)?nèi)。②監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備可利用率≥99.9%。③正常情況下，任意30分種內(nèi)計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備負(fù)荷率<45%，事故狀態(tài)下 10s內(nèi)應(yīng)<65%。⑤要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力。

4.5 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻信息由機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳送，會(huì)干擾影響機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)造成運(yùn)行誤控；還有視頻信息傳輸速率遠(yuǎn)高于機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，若把兩者結(jié)合一起要達(dá)到所需的傳輸速率，務(wù)必大增投資；于是兩者應(yīng)獨(dú)立使用。

各電站視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要由前端攝像機(jī)、光纖收發(fā)器、DVR 超級(jí)模數(shù)混合監(jiān)控一體機(jī)、 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，主要負(fù)責(zé)采集、編碼、存儲(chǔ)及上傳電站的視頻數(shù)據(jù)信息。

本子系統(tǒng)要能直觀地顯示監(jiān)控區(qū)域的實(shí)時(shí)情況。其對(duì)廠房?jī)?nèi)整體，壓力前池水位，水輪機(jī)及調(diào)速器、發(fā)電機(jī)、一體化監(jiān)控屏、主變、閘閥等的重要部位(如冷卻水、油位、開(kāi)關(guān)及閘閥等設(shè)備的狀態(tài)、儀表指示等)和主要場(chǎng)所進(jìn)行全面實(shí)時(shí)地監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)事故或操作與視頻聯(lián)動(dòng)，觀察設(shè)備動(dòng)作情況；與其它監(jiān)控子系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地收集各電站的各種(包括水位、繼電保護(hù)等)數(shù)據(jù)，以滿(mǎn)足各電站運(yùn)行控制的要求。

DVR 及攝像機(jī)提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能，通過(guò)視頻監(jiān)控平臺(tái)軟件按用戶(hù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行等級(jí)授權(quán)。用戶(hù)可按不同權(quán)限獲取相應(yīng)信息；憑權(quán)限對(duì)所轄電站的任一攝像機(jī)進(jìn)行遙控，實(shí)時(shí)預(yù)覽、云臺(tái)控制并對(duì)視頻錄像進(jìn)行檢索、回放和下載，可修改設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)。

4.6 遠(yuǎn)程監(jiān)控端

遠(yuǎn)程監(jiān)控端有PC端、手機(jī)APP及微信端。它們通過(guò)不同的設(shè)置，經(jīng)各個(gè)電站的4G、5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、交換機(jī)，可以直接訪問(wèn)各臺(tái)機(jī)組的一體化自動(dòng)控制屏、及視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，實(shí)施對(duì)機(jī)組、視頻等設(shè)備的監(jiān)控。

一體化屏部件一般使用專(zhuān)用的通訊協(xié)議，而網(wǎng)頁(yè)或APP、微信使用網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議一般不能直接和其通訊，因此現(xiàn)場(chǎng)控制終端需要加裝一個(gè)通訊模塊(如巨控GRM530)，電站數(shù)據(jù)經(jīng)其安全通訊網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)一體化屏部件專(zhuān)用協(xié)議和網(wǎng)頁(yè)或APP、微信通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換。設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸嚴(yán)格的權(quán)限管理，采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)、云技術(shù)平臺(tái)安全認(rèn)證、防火墻，在完成數(shù)據(jù)傳輸功能下，實(shí)現(xiàn)電站網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的安全隔離。

PC端及手機(jī)APP、微信平臺(tái)服務(wù)利用4G、5G無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控系統(tǒng)，只需在電站相關(guān)服務(wù)器安裝B/S架構(gòu)應(yīng)用程序；遠(yuǎn)程PC端用戶(hù)則可打開(kāi)瀏覽器通過(guò)IP地址進(jìn)入管理系統(tǒng)，憑管理員分配的用戶(hù)名(賬號(hào))和密碼就可以登陸操作管理。手機(jī)用戶(hù)可在任何有移動(dòng)網(wǎng)信號(hào)的地方通過(guò)IOS或Android版本APP、微信登陸系統(tǒng)，登陸賬號(hào)和密碼與PC端登陸相同。系統(tǒng)利用Web端無(wú)縫聯(lián)接各種服務(wù)的功能，使用戶(hù)可以隨時(shí)隨地使用終端計(jì)算機(jī)或手機(jī)APP、微信通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄網(wǎng)頁(yè)查看電站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)圖片、歷史數(shù)據(jù)，了解水電站的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)接收故障告警，關(guān)注整體情況不錯(cuò)過(guò)任何重要信息，及時(shí)分析，對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，排除故障，保持水電站的正常工作和對(duì)其有效管理。

4.7 防雷設(shè)施

本系統(tǒng)智能設(shè)備工作電壓、信息電流只有幾伏、幾微安，易受強(qiáng)雷電磁場(chǎng)的干擾、破壞；為此，應(yīng)建立具有整體性、多重性、立體性、功能完備的強(qiáng)有效防雷體系。要結(jié)合多種防雷技術(shù)，采用多級(jí)防雷：

1)防止直擊雷，利用建設(shè)物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在電站廠房屋頂敷設(shè)一圈避雷帶。

2)變壓器高壓側(cè)采用一組HY5WZ-12-32.4(1)型避雷器，低壓側(cè)使用一組HY1.5WS-0.50/2.6型避雷器。

3)監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)線以特制的屏蔽線為主，并穿管鋪設(shè)；為避免感應(yīng)雷影響出現(xiàn)的瞬態(tài)過(guò)電壓，其兩端使用浪涌保護(hù)器作為支路實(shí)現(xiàn)向大地排放電流。

4)一體化屏及手動(dòng)控制柜等設(shè)備箱體、各單元器件外殼接地要良好，甚至重要的專(zhuān)用設(shè)備應(yīng)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的金屬屏蔽網(wǎng)。

5)針對(duì)雷擊高電位從電源線引入的約占80%，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)電源裝設(shè)三級(jí)避雷保護(hù)。

6)在視頻傳輸線、信號(hào)控制線等進(jìn)入前端設(shè)備之前或進(jìn)入控制臺(tái)前應(yīng)加裝相應(yīng)的避雷保護(hù)器(如三合一防雷器)。

7)對(duì)有的構(gòu)筑物、設(shè)備還可選擇避雷針或消雷器進(jìn)行保護(hù)。

本系統(tǒng)要求各單元的接地電阻<4Ω，接地線要可靠連接。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)本梯級(jí)特小型水電站的地位、特點(diǎn)等實(shí)際情況，采用現(xiàn)代水電站自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)，既不追求中型水電站的監(jiān)控系統(tǒng)大而全的模式和配置，也不失信息時(shí)代的先進(jìn)要求，選擇出適合自身要求的可靠、實(shí)用、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)型的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率和電能質(zhì)量，大幅減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使電站獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。