中小型電站自動(dòng)化信息系統(tǒng)建設(shè)探討

譚志蕩

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻公司天生橋水力發(fā)電總廠，貴州 興義 562400）

1 自動(dòng)化系統(tǒng)

1.1 監(jiān)控對(duì)象

中、小型水電站發(fā)電機(jī)組一般由2～4臺(tái)發(fā)電機(jī)構(gòu)成，小型水電站單機(jī)容量一般為幾百千瓦，中型水電站的單機(jī)容量一般從幾千千瓦到上萬(wàn)千瓦不等，發(fā)電機(jī)出口電壓為6kV或10kV。電站主變壓器為1～3臺(tái)，電氣主結(jié)線為單母線或單母線分段，一般升壓為35kV或110kV，出線1～4個(gè)回路，近區(qū)變1～2臺(tái)。水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、母線、饋線以及其它輔助設(shè)備的保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、計(jì)算等控制要求。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)中小型水電站的機(jī)組容量和機(jī)組數(shù)量的不同，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靈活配置。一般采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，分為中央控制室部分、現(xiàn)地控制單元部分和網(wǎng)絡(luò)單元。中央控制室部分配置由工程師站、操作員站、通信管理站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、GPS對(duì)時(shí)設(shè)備組成，主要實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示、數(shù)據(jù)管理、報(bào)表處理和下發(fā)控制指令、衛(wèi)星自動(dòng)校時(shí)等功能?，F(xiàn)地控制單元(LCU)部分一般由多套PLC和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表組成,主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、邏輯控制、運(yùn)算和輸出控制指令等功能。網(wǎng)絡(luò)單元一般選用可靠的光纖自隅環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，協(xié)議采用TCP/IP,百兆速度；或?yàn)楣?jié)省投資,選用單網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上下行傳送作用,并能夠滿足水電站網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的需要,可以非常方便地進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)容。

1.3 系統(tǒng)需具備的基本功能：保護(hù)功能；基本軟件功能；數(shù)據(jù)庫(kù)功能；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與控制功能

1.4 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范遵循IEEE和IEC等有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，可靠性高，擴(kuò)展性強(qiáng)，符合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向；現(xiàn)地控制單元采用可編程序控制器(PLC)，功能強(qiáng)大，抗干擾性能強(qiáng)，模塊化設(shè)計(jì)、組態(tài)靈活、維修方便，各裝置相對(duì)獨(dú)立，某一裝置故障不會(huì)影響其它裝置的運(yùn)行；操作站采用Windows多任務(wù)操作系統(tǒng)，人機(jī)交互界面友好，全中文顯示，可詳細(xì)顯示測(cè)控、保護(hù)、數(shù)據(jù)信息，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，信道及系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視，本地遙控操作，使用方便，易于掌握；系統(tǒng)功能齊全，包括數(shù)據(jù)采集、控制、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)等。系統(tǒng)具備良好的系統(tǒng)接口能力，可以非常方便地和網(wǎng)絡(luò)信息化系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享。同時(shí)，系統(tǒng)具備在線自檢、自診斷和恢復(fù)能力；由于采用了分層、分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，自動(dòng)化程度極高，可以實(shí)現(xiàn)水電站控制的無(wú)人值班（少人值守）。

2 信息化系統(tǒng)建設(shè)

根據(jù)各水電站的實(shí)際情況，請(qǐng)專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)公司構(gòu)建好一套適合企業(yè)的站局域網(wǎng)絡(luò)，主要管理部門(mén)均納入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，設(shè)置計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的外設(shè)。

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入站局域網(wǎng)，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)將管理需要的重要數(shù)據(jù)寫(xiě)入局域網(wǎng)服務(wù)器，便于數(shù)據(jù)的歷史管理。并且，任何一臺(tái)局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)只要通過(guò)許可均可以瀏覽到與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)完全相同的畫(huà)面，這樣，可以非常方便站長(zhǎng)，總工辦、生技科等管理部門(mén)人員的管理。

充分利用Web、Java等新技術(shù)，構(gòu)建企業(yè)的宣傳網(wǎng)站和數(shù)據(jù)瀏覽網(wǎng)頁(yè)，通過(guò)硬防火墻接入Internet，并設(shè)置安全權(quán)限，獲得系統(tǒng)通過(guò)的Internet用戶(hù)可以在任何地點(diǎn)通過(guò)計(jì)算機(jī)瀏覽水電站相關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。充分利用Internet網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建水電站群的遠(yuǎn)程集中管理模式。

系統(tǒng)軟件應(yīng)建立歷史數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。在局域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器中建立水電站運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。實(shí)際上，這是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，只是將原來(lái)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中需要?dú)v史保存的數(shù)據(jù)、事件和相關(guān)信息進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)的存放到數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中來(lái)，供需要時(shí)進(jìn)行查詢(xún)、打印或備份。模塊具備美觀的人機(jī)界面，方便的操作方式和豐富多彩顯示形式。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)接口SQL、ODBC、JDBC等，其他系統(tǒng)可以方便地獲得歷史數(shù)據(jù)資料。

提供效率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。水輪機(jī)效率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的作用。水輪機(jī)的在線監(jiān)測(cè)既可用于水電廠機(jī)組在安裝竣工或大修結(jié)束后的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)，以便檢查設(shè)計(jì)、制造、安裝和檢修質(zhì)量是否滿足要求，又能通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行性能進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，提供在不同的水流和工況條件下水輪機(jī)性能的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為確定電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)和負(fù)荷優(yōu)化分配以及機(jī)組的狀態(tài)檢修等提供參考。因此水輪機(jī)效率在線監(jiān)測(cè)一直是實(shí)現(xiàn)電廠經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)考核和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重大科技攻關(guān)課題。當(dāng)前，以廠網(wǎng)分開(kāi)為基礎(chǔ)的電力體制改革方案已經(jīng)出臺(tái)，電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)亦將成為必然的發(fā)展趨勢(shì)，因此，在保證安全運(yùn)行，滿足電力系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，不斷提高水資源利用率，設(shè)備可用率，減少運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，已成為每個(gè)水電站迫切需要開(kāi)展工作，以提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

為提高管理辦公效率，系統(tǒng)應(yīng)考慮建立OA系統(tǒng)和備件庫(kù)管理系統(tǒng)等，提供必要的企業(yè)管理者查詢(xún)系統(tǒng)等。

3 監(jiān)控系統(tǒng)

在水電站信息管理系統(tǒng)中，水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是最基本的組成部分，監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備同步投入，建成后可以達(dá)到無(wú)人值班（少人值守）的要求。但水電站具有地域分布較廣、運(yùn)行設(shè)備較多等特點(diǎn)，那么在運(yùn)行人員較少的情況下，如何更加有效地保障水電站安全可靠的運(yùn)行呢?在這樣的需求下，使用視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)作為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站運(yùn)行情況的全方位監(jiān)控管理將是一個(gè)非常好的選擇。

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用范圍

3.1.1 水庫(kù)大壩管理

通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)或水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)水庫(kù)蓄水水位情況；操作人員在使用控制系統(tǒng)操作閘門(mén)時(shí)，可通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)閘門(mén)和水流情況；在某些環(huán)境下，如水庫(kù)的溢洪道等地方，大部分時(shí)間屬于無(wú)人值守狀態(tài)，需要設(shè)置監(jiān)控?cái)z像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控；監(jiān)測(cè)水庫(kù)、壩區(qū)的周邊環(huán)境。

3.1.2 設(shè)備監(jiān)控

對(duì)站區(qū)重要室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，如：水輪機(jī)室、水車(chē)室、電纜廊道、發(fā)電機(jī)層、蝶閥層、技術(shù)供水室、電氣層、開(kāi)關(guān)室、尾水廊道等；對(duì)站區(qū)重要室外設(shè)備：主變壓器、副廠房、避雷器、開(kāi)關(guān)、刀閘、地刀等進(jìn)行監(jiān)控；監(jiān)控應(yīng)達(dá)到以下效果：清楚地監(jiān)視場(chǎng)地內(nèi)的人員活動(dòng)情況、清楚地看見(jiàn)發(fā)電或其他室外設(shè)備的具體運(yùn)行狀況；可以清楚地看見(jiàn)人員、設(shè)備情況。

3.1.3 安全防范

保障水電站空間范圍內(nèi)的建筑、設(shè)備的安全起到防盜、防火的作用。在圍墻、大門(mén)等處通過(guò)攝像、微波、紅外探頭以防止非法闖入；在建筑物門(mén)窗安裝報(bào)警探頭如門(mén)磁、紅外、玻璃破碎探測(cè)器等，并在重點(diǎn)部位安裝攝像機(jī)進(jìn)行24h不間斷視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)錄像的作用。

由于各個(gè)水電站對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求的不同，以上只是簡(jiǎn)單地對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)所能應(yīng)用的范圍作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹.在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)水電站的實(shí)際情況，在滿足運(yùn)行管理要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行監(jiān)控范圍的確定。

3.2 系統(tǒng)組成

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端視頻采集、網(wǎng)絡(luò)通訊和中心控制三個(gè)部分組成。

3.2.1 前端視頻采集部分

攝像裝置是收集被攝物體的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電視信號(hào)的備。它是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，包括鏡頭、攝像機(jī)、防護(hù)罩及支撐設(shè)備等。根據(jù)被攝物體及攝像地點(diǎn)的不同，攝像裝置的具體配置也各不相同。

同時(shí)，為適應(yīng)夜間監(jiān)控的要求，可在監(jiān)控點(diǎn)附近安裝大功率的探照燈，系統(tǒng)可遠(yuǎn)程控制燈光電源開(kāi)關(guān)，保證人員清楚的監(jiān)控到夜間的情況。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)通信部分

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，可直接應(yīng)用在局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)上。具體的通道方式可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

3.2.3 中心控制部分

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用Brower/Sever結(jié)構(gòu)，用戶(hù)在調(diào)度/監(jiān)控中心設(shè)置一臺(tái)圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器，主要完成現(xiàn)場(chǎng)圖像接收，用戶(hù)登錄管理，優(yōu)先權(quán)的分配，控制信號(hào)的協(xié)調(diào)，圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控，錄象的存儲(chǔ)、檢索、回放、備份等。在本地監(jiān)控點(diǎn)可安裝網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的客戶(hù)端，用戶(hù)利用IE瀏覽器查看本地和遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)情況。在客戶(hù)端上還可實(shí)現(xiàn)多畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)云臺(tái)、燈光控制、制訂錄像計(jì)劃等操作。由于水電站一般為梯級(jí)結(jié)構(gòu)，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，一般是將調(diào)度中心與監(jiān)控中心合二為一，設(shè)在某一個(gè)地理距離較為理想的水電站中作為控制中心部分，而在各級(jí)電站安裝前端視頻采集部分，并設(shè)置一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行對(duì)本電站進(jìn)行監(jiān)控。各級(jí)電站的視頻監(jiān)控情況通過(guò)光纖或無(wú)線通道傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心進(jìn)行集中控制，同時(shí)遠(yuǎn)程控制中心也可通過(guò)廣域網(wǎng)將信息傳輸?shù)焦究偛抗╊I(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行察看，特別在水庫(kù)大壩出現(xiàn)險(xiǎn)情的時(shí)候能為領(lǐng)導(dǎo)決策起到很好的作用。

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

現(xiàn)場(chǎng)圖像可根據(jù)地點(diǎn)分成監(jiān)控組，以4分屏、9分屏或者16分屏方式顯示，組內(nèi)圖像可自動(dòng)輪巡，切換時(shí)間可以任意調(diào)節(jié)；自動(dòng)控制鏡頭光圈的大小、聚焦的遠(yuǎn)近、焦距的長(zhǎng)短等參數(shù)，以改變圖像的大??；自動(dòng)控制云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，變換攝像機(jī)的方位，從而根據(jù)使用需要調(diào)整視場(chǎng)；自動(dòng)控制前端各設(shè)備電源的開(kāi)關(guān)，如攝像機(jī)電源的開(kāi)關(guān)及照明電源的開(kāi)關(guān)等；可設(shè)置手動(dòng)錄像、計(jì)劃錄像和報(bào)警自動(dòng)錄像等多種錄像方式；錄像記錄可按照時(shí)間、地點(diǎn)和報(bào)警類(lèi)型查詢(xún)并回放；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化，分級(jí)式的電子地圖，直觀顯示攝像點(diǎn)的位置；調(diào)度中心和發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音雙向?qū)χv；多路報(bào)警直接接入，聯(lián)動(dòng)錄像、攝像機(jī)預(yù)置位、現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備；當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，可任意聯(lián)動(dòng)其他設(shè)備，如警燈、警號(hào)，同時(shí)可在客戶(hù)端彈出報(bào)警提示；連接水電站已有的消防報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息化系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)水電站的遠(yuǎn)程系統(tǒng)集中管理。

4 結(jié)語(yǔ)

中小型水電站在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起到了相當(dāng)重要的作用，為滿足經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、用電量的不斷增加提供了重要保障。水電站一般遠(yuǎn)離城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)，計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)水電站的無(wú)人值班（少人值守），提高電站設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和效率，確保供電安全可靠。系統(tǒng)采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，將微機(jī)保護(hù)、監(jiān)控、調(diào)速、勵(lì)磁及電站其它控制設(shè)備融為一體，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和管理。

[1]徐倩倩.電站自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用[J].低壓電器，2008-01-30.

[2]劉吉臻.現(xiàn)代電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)展[J].現(xiàn)代電力，2005-02-28.