計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在蚌埠閘水電站的應(yīng)用

代 波

（蚌埠閘工程管理處 蚌埠 233010）

1 前言

蚌埠閘水電站建于20世紀(jì)80年代，設(shè)備老化缺陷日益嚴(yán)重，機(jī)組保護(hù)、控制設(shè)備運(yùn)行可靠性低，回路絕緣劣化突出，部分設(shè)備已屬淘汰產(chǎn)品，嚴(yán)重影響電站的安全。為提高電站設(shè)備運(yùn)行可靠性，降低設(shè)備及回路的故障或事故機(jī)率，水電站技術(shù)人員通過對已進(jìn)行微機(jī)自動化改造的兄弟電站和國內(nèi)計算機(jī)監(jiān)控及自動化廠家的考察，在明確技改目標(biāo)和技改項目后，在2008年6月至9月進(jìn)行微機(jī)自動化改造。經(jīng)過兩年的運(yùn)行，已顯現(xiàn)出了其優(yōu)越性?，F(xiàn)結(jié)合該電站的實際情況，就計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在中小型水電站的應(yīng)用問題作一淺析。

2 電站概況

蚌埠閘位于淮河中游，距蚌埠市約6km，閘上流域面積12.1萬km2，是一座綜合水利樞紐工程，具有灌溉、防洪、航運(yùn)、發(fā)電及旅游等多種功能。電站于1986年4月投產(chǎn)發(fā)電，立式軸流定漿式機(jī)組，設(shè)計水頭4.1m，最大水頭6m，設(shè)計流量26.3m3/s，目前總裝機(jī)容量4×800+2×1200 kW，由蚌小線、蚌懷線兩條35kV線路連接至蚌埠電網(wǎng)。

3 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置

3.1 水電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示

3.2 電站控制層

主控機(jī)由兩套互為備用的主機(jī)/操作員工作站及外圍設(shè)備組成，是電站的實時監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)全廠的自動化功能（開停機(jī)自動流程控制、AGC、AVC等），歷史數(shù)據(jù)處理（事故分析處理、各種運(yùn)行報表等）及全廠的人機(jī)對話（全廠設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視、事故和故障報警等）。

主機(jī)/操作員工作站主要完成全廠的運(yùn)行自動化及其管理，包括站內(nèi)AGC、AVC、歷史數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)實時圖形顯示、發(fā)布操作命令、各種報表生成打印、事故故障信號的分析處理等功能。兩套主機(jī)/操作員工作站能無擾動切換。

3.3 現(xiàn)地單元控制層（LCU）

現(xiàn)地單元控制層分機(jī)組LCU、公共LCU兩部分，由人機(jī)界面終端（液晶觸摸屏）、智能I/O控制器、I/O模塊、準(zhǔn)同期裝置、輸出繼電器、轉(zhuǎn)速信號測量裝置、溫度測量裝置、數(shù)字式測量儀表和交直流雙供電源等設(shè)備組成。

機(jī)組LCU監(jiān)控范圍包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備等，實現(xiàn)對各生產(chǎn)對象的監(jiān)控，各LCU的CPU完成各LCU的管理，實現(xiàn)全開放的分布式數(shù)據(jù)庫；公用LCU則對開關(guān)站及公用設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)自動定時采集，并作必要預(yù)處理，按一定格式存入數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)需要上送主控機(jī)。

現(xiàn)地單元控制層負(fù)責(zé)對水輪發(fā)電機(jī)組、電氣設(shè)備及公用設(shè)備等實時監(jiān)控，通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各現(xiàn)地控制層與全站控制層連接交換信息，實現(xiàn)現(xiàn)地設(shè)備的監(jiān)控及數(shù)據(jù)共享。當(dāng)它與主機(jī)系統(tǒng)脫離后仍能在當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)對有關(guān)設(shè)備的監(jiān)視和控制功能，當(dāng)其與主機(jī)恢復(fù)聯(lián)系后又能自動地服從上位機(jī)系統(tǒng)的控制和管理。

微機(jī)保護(hù)裝置、測溫控制屏上轉(zhuǎn)速和多路溫度巡檢等設(shè)備均通過采用國內(nèi)外公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及接口方式（如Modbus Plus、RS232、RS485等）將溫度數(shù)據(jù)及報警信息上傳，通過現(xiàn)地LCU與以太網(wǎng)聯(lián)接，實現(xiàn)相應(yīng)參數(shù)的監(jiān)視和控制。

3.4 通訊網(wǎng)絡(luò)

電站控制中心與現(xiàn)地單元控制級之間的通信采用交換式以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用超五類雙絞線。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成電站控制層各工作站之間和來自現(xiàn)地控制層（LCU）的全部數(shù)據(jù)的傳輸和各種訪問請求。其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織OSI模型，具有良好的開放性。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不會因任何一個元器件發(fā)生故障而引起系統(tǒng)的誤操作。網(wǎng)絡(luò)成熟可靠，符合國際標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 監(jiān)控系統(tǒng)軟件

監(jiān)控系統(tǒng)軟件是采用長沙華自開發(fā)的MTC－3計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，它適合在開放環(huán)境下運(yùn)行。整個系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫，操作系統(tǒng)采用運(yùn)行經(jīng)驗成熟、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗病毒功能強(qiáng)的實時多任務(wù)開放式操作系統(tǒng)。接口支持多窗口操作，具有友善的用戶界面。系統(tǒng)軟件功能如圖2所示。

4 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能

4.1 監(jiān)控畫面功能

4.1.1 電氣接線狀態(tài)畫面。顯示電氣主接線所有開關(guān)的狀態(tài)，發(fā)電機(jī)出口的電氣和勵磁參數(shù)，主變壓器高、低壓側(cè)的電氣參數(shù)，35kV線路出口的電氣參數(shù)，6kV和35kV母線的電氣參數(shù)，廠用變壓器的電氣參數(shù)，電氣主接線上所有開關(guān)的分、合閘操作按鈕狀態(tài)。主接線的運(yùn)行狀態(tài)和操作均可在該畫面上進(jìn)行。

4.1.2 機(jī)組工藝系統(tǒng)狀態(tài)畫面。顯示機(jī)組及其氣、水、油等主要設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，主要設(shè)備的操作按鈕。

4.1.3 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)畫面。顯示監(jiān)控系統(tǒng)繼電保護(hù)、PLC和測量裝置的工作狀態(tài)和參數(shù)。

4.1.4 電站所有需要監(jiān)測的各種參數(shù)的實時和歷史曲線圖畫面、管理報表畫面、電站平面圖等。

4.2 數(shù)據(jù)采集和處理功能

4.2.1 電站控制層。自動周期性地實時采集水電站主要電氣量、非電氣量及有關(guān)過程參數(shù)，包括溫度、模擬量、狀態(tài)量、報警量、SOE量和電度量等。系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理計算，存入實時數(shù)據(jù)庫，并用于畫面顯示、刷新、控制調(diào)節(jié)、記錄檢索、統(tǒng)計、操作、管理指導(dǎo)等。

4.2.2 現(xiàn)地單元控制層LCU。自動定時采集機(jī)組主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，并作必要的預(yù)處理，按一定格式存入數(shù)據(jù)庫，對各類信息進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝后存放在現(xiàn)地控制單元的存儲單元中，并上傳電站控制層。

4.3 安全運(yùn)行監(jiān)視及事件報警功能

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以使運(yùn)行人員通過主機(jī)/操作員工作站顯示器屏幕對全廠主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)視，包括狀態(tài)變化監(jiān)視、越限檢查、過程監(jiān)視、歷史趨勢分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視等。當(dāng)電站發(fā)生事故或故障時，系統(tǒng)能用準(zhǔn)確、清晰的語言發(fā)出警報，同時對有關(guān)故障報警和參數(shù)越線、復(fù)限報警都作相應(yīng)的記錄，且能對事故發(fā)生前后的某些重要參數(shù)進(jìn)行追憶記錄，以供運(yùn)行人員對事故進(jìn)行分析。對事件發(fā)生的先后次序進(jìn)行排列，形成事件記錄并存入數(shù)據(jù)，可按設(shè)備進(jìn)行搜索記錄。

4.4 控制、操作與調(diào)節(jié)功能

4.4.1 電站主接線圖上的斷路器和開關(guān)的控制。

4.4.2 機(jī)組順序控制。

4.4.3 機(jī)組開、停機(jī)過程及有功、無功功率的調(diào)節(jié)控制。

4.4.4 公共系統(tǒng)的控制（高、低壓壓縮空氣，供水泵、碟閥的打開、關(guān)閉，調(diào)速器油壓力高低，冷卻水壓力等信號）。

4.4.5 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的控制（滅磁開關(guān)的跳、合閘及勵磁電壓、電流調(diào)節(jié)工作等）。

4.4.6 AGC和AVC調(diào)節(jié)。

4.5 數(shù)據(jù)通信功能

完成與本單元機(jī)組控制PLC設(shè)備、微機(jī)溫度巡檢裝置、微機(jī)調(diào)速器、微機(jī)勵磁裝置及保護(hù)設(shè)備之間數(shù)據(jù)變換。

4.6 人機(jī)的聯(lián)系和界面功能

4.7 定值管理、系統(tǒng)診斷、生產(chǎn)報表、時鐘同步等功能

5 電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點

一是電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的軟、硬件均采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計。

二是監(jiān)控軟件采用面向?qū)ο?、全模塊化、結(jié)構(gòu)化編程，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，采用堆疊式模塊組成，各模塊獨立完成相應(yīng)功能，編程擴(kuò)展方便，易組態(tài)、全開放。

三是操作系統(tǒng)采用運(yùn)行經(jīng)驗成熟、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、抗病毒功能強(qiáng)的實時多任務(wù)開放式操作系統(tǒng)。用戶接口支持多窗口操作，具有友善的用戶界面。

四是機(jī)組控制采用模塊式歐姆龍可編程控制（PLC），監(jiān)控界面采用菜單型式，并具有強(qiáng)大的實時圖形界面顯示，可方便地進(jìn)行機(jī)組控制和參數(shù)設(shè)置。

五是采用國際標(biāo)準(zhǔn)的模塊化結(jié)構(gòu)，模塊互換能力強(qiáng)。

六是不同監(jiān)控層的設(shè)備相互獨立，局部故障不影響整個監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行?，F(xiàn)地控制層在監(jiān)控系統(tǒng)退出后仍能對機(jī)組進(jìn)行正?？刂撇僮?。

七是系統(tǒng)主要設(shè)備都具備自檢功能，對通訊網(wǎng)絡(luò)和所有軟、硬件具有巡檢功能，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。

八是可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一個節(jié)點均可任一時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，可以不分主從，方便地構(gòu)成多主系統(tǒng)。

九是主機(jī)、輔機(jī)監(jiān)控設(shè)備和公用開關(guān)站的保護(hù)設(shè)備均相對獨立，僅通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，整體可靠性不受局部影響，具備高度的靈活性和擴(kuò)展性，便于系統(tǒng)維護(hù)。

6 結(jié)語

蚌埠閘計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計時根據(jù)水電站的實際情況，并充分借鑒其他站的經(jīng)驗教訓(xùn)，設(shè)計理念符合微機(jī)監(jiān)控的發(fā)展趨勢。蚌埠閘水電站技改后，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了電站運(yùn)行管理、安全檢測、自動控制的計算機(jī)化，在電站的安全運(yùn)行、節(jié)水發(fā)電、降低人員勞動強(qiáng)度等方面取得了良好的效果，極大地提高了經(jīng)濟(jì)效益，保障了自動化系統(tǒng)長期穩(wěn)定的工作