水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的概述

熊增生,鄭小平

武警水電二總隊(duì)第八支隊(duì),福建廈門 330096

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的概述

熊增生,鄭小平

武警水電二總隊(duì)第八支隊(duì),福建廈門 330096

作為水電站運(yùn)行管理的主要組成部分，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的運(yùn)用提高了水電站的自動化程度和經(jīng)濟(jì)效益。本文先對國內(nèi)外水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了簡要分析，介紹了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用原則，重點(diǎn)討論了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的目的意義。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；發(fā)展；類型結(jié)構(gòu)；應(yīng)用原則

1 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

1.1 國外的發(fā)展?fàn)顩r

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)在歐美等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到較快且先進(jìn)的發(fā)展，人們普遍將計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)、水電站自動控制水平及自動控制功能、性能等技術(shù)運(yùn)用到在水電站監(jiān)控系統(tǒng)上，使得減少了水電站的運(yùn)行成本。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)有集成度高、占地面積小、外部電纜數(shù)量少，水電站造價底。

國外水電站自動控制系統(tǒng)主要有兩種模式：一種是通用開放型模式，基于可編程控制器（PLC）功能分布 的“集成型”；另一種是功能集中專用模式的“專用型”。在發(fā)達(dá)國家現(xiàn)已廣泛采用技術(shù)成熟的“集成型”小水電站自動控制系統(tǒng)，但由于價格較高，仍較難在發(fā)展中國家推廣。近幾年來，為開拓發(fā)展中國家市場，很多國外公司開始致力研究開發(fā)適用于發(fā)展中國家小型水電站技術(shù)水平的“專用型”自動控制系統(tǒng)。在技術(shù)方面來看，“專用型”的開發(fā)是專門針對經(jīng)濟(jì)水平較低的地區(qū)，雖處于初始階段，技術(shù)尚不夠成熟，但市場潛力較大，發(fā)展勢頭好。

1.2 國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r

目前，國內(nèi)水電站自動控制系統(tǒng)在水電站中的應(yīng)用處在推廣階段，以常規(guī)設(shè)備為主，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)被較多的采用在新建的大型水電站中，常規(guī)自動控制設(shè)備則居多采用在中小型或許多老水電站中，對于一些技術(shù)稍領(lǐng)先的中小型水電站，或在常規(guī)自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，或加上計(jì)算機(jī)功能控制單元，或?qū)⒂?jì)算機(jī)功能控制單元改換成常規(guī)自動控制系統(tǒng)。由此可見，計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)在水電站自動控制系統(tǒng)中的運(yùn)用是發(fā)展的必然趨勢。

在我國小型水電站自動控制系統(tǒng)基本采用大中型水電站的“集成型”模式；水電站二次設(shè)備的組成部分有：以可編程控制器（PLC）為核心的現(xiàn)地控制單元、調(diào)速器、勵磁裝置、同期裝置、保護(hù)等設(shè)備都是按功能劃分的微機(jī)型產(chǎn)品，加上油、氣、水、廠用電等輔助設(shè)備的自動控制，因缺乏標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)條，要實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備的接口、通訊，與大型水電站相比，在系統(tǒng)復(fù)雜程度上相當(dāng)，增加了水電站運(yùn)行和維護(hù)的復(fù)雜性和用戶的投資。為克服“集成型”模式存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行維護(hù)不便利、投資大等問題，“專用型”自動控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)現(xiàn)已開始在國內(nèi)進(jìn)行了。

2 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

2.1 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的類型

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一般按照計(jì)算機(jī)的作用、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、配置、控制的層次、功能與操作方式進(jìn)行分類。大、中、小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的類型包括：以計(jì)算機(jī)為主、常規(guī)設(shè)備為輔的監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱CBSC 方式；以計(jì)算機(jī)為輔、常規(guī)設(shè)備為主的監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱CASC 方式；以簡單的計(jì)算機(jī)監(jiān)控與常規(guī)設(shè)備雙重設(shè)置方式，簡稱CCSC方式；取消常規(guī)設(shè)備的全計(jì)算機(jī)控制方式。其中CCSC 方式的兩種控制系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較高，優(yōu)點(diǎn)是兩套系統(tǒng)互為備用，可以切換，可靠性高。而取消常規(guī)設(shè)備的全計(jì)算機(jī)控制方式實(shí)際上是CBSC的延伸，要求進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的冗余度和可靠性，投資較大,應(yīng)用前景佳。

2.2 水電站計(jì)算機(jī)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)

集中式監(jiān)控系統(tǒng)是對整個水電站的運(yùn)行進(jìn)行集中監(jiān)視與控制。所有的操作及控制命令都由計(jì)算機(jī)發(fā)出，并進(jìn)行水電站的信息處理，由此可見，計(jì)算機(jī)一旦發(fā)生故障，則整個系統(tǒng)陷入癱瘓。目前，該模式已不在大、中型水電站中采用。但對于在機(jī)組容量小、機(jī)組數(shù)量少、送變電設(shè)備較少、主接線簡單的小型水電站，該結(jié)構(gòu)模式應(yīng)作為參考模式，可節(jié)省投資。

2.2.2 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)

分布式監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征是控制對象分散，以控制對象為單元設(shè)置多套相應(yīng)裝置，形成控制單元，完成控制對象的數(shù)據(jù)采集和處理等。該監(jiān)控方式與電廠分層控制結(jié)合應(yīng)用，形成水電廠分層、分布式控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)：用戶的可移植性；應(yīng)用軟件的可移植性；不同系統(tǒng)之間的相互操作性。最大優(yōu)勢是系統(tǒng)擴(kuò)展、升級更新方便，具有開放性，可保護(hù)用戶的利益。這種模式已廣泛應(yīng)用于在國內(nèi)外水電廠。

2.2.3 功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)

功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征是功能分散，能讓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能、負(fù)載、危險(xiǎn)、地域分散等功能。能按不同的系統(tǒng)功能設(shè)立多套相應(yīng)的設(shè)備，這些設(shè)備能獨(dú)立完成各自的功能。

2.3 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用原則

2.3.1 小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用原則

小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用原則是：以安全、可靠性為主、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用性相結(jié)合，力爭提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度、可擴(kuò)展性、可適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)水電站的優(yōu)化運(yùn)行，減少操作人員，降低運(yùn)行費(fèi)用，使水電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作，實(shí)現(xiàn)無人或少人值班。

2.3.2 大、中型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用原則

就大、中型水電站而言，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)通常分：梯級調(diào)度中心層、站級監(jiān)控層和現(xiàn)地控制層。其監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技術(shù)原則：現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具備可用性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)精度及事件響應(yīng)指標(biāo)需滿足電力系統(tǒng)的規(guī)定，達(dá)到電站實(shí)際安全生產(chǎn)的要求；應(yīng)采用雙網(wǎng)冗余技術(shù)，以提高系統(tǒng)的可靠性；分散設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行；降低誤操作風(fēng)險(xiǎn)；系統(tǒng)供電可靠。

3 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的目的意義

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的目的就是通過采集并處理水電站各種設(shè)備的信息，實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)，使水輪發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的電能的質(zhì)量得到保證，從而保證水電站水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行，保證水電站所在區(qū)域及地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行，加快水電站機(jī)組調(diào)節(jié)速度及整個電站故障處理速度，使水電站優(yōu)化運(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)。

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）提高水電站設(shè)備、電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、穩(wěn)定性

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能快速、精準(zhǔn)地反映水電站各設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)和參數(shù)，通過設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)和參數(shù)來判斷是否正常運(yùn)行，當(dāng)設(shè)備處于非正常運(yùn)行情況下時，控制系統(tǒng)將自動發(fā)出告警信號以引起操作人員的注意或處理；當(dāng)水電站設(shè)備的運(yùn)行出現(xiàn)故障時，自動控制系統(tǒng)能及時停機(jī)，從而避免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，以造成水電站設(shè)備的損壞，同時保證了水電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)設(shè)備處于正?？煽窟\(yùn)行的情況下時，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能自動控制發(fā)電機(jī)的電壓幅值和頻率大小，根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度的基本要求，實(shí)現(xiàn)發(fā)、供、用電的平衡調(diào)節(jié)，進(jìn)而使水電站發(fā)出的電能的質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得到保障。

2）加快水電站控制、調(diào)節(jié)過程

計(jì)算監(jiān)控系統(tǒng)被運(yùn)用于水電站，可加快水電站、機(jī)組的調(diào)節(jié)過程。水電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯順序控制和調(diào)節(jié)規(guī)律、計(jì)算機(jī)硬件和軟件構(gòu)成，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯控制順序和調(diào)節(jié)規(guī)律，快速完成各個環(huán)節(jié)的檢查復(fù)核，大大加快了控制調(diào)節(jié)的過程，實(shí)現(xiàn)水電站、機(jī)組的控制調(diào)節(jié)。

3）實(shí)現(xiàn)水電站優(yōu)化運(yùn)行，力求最大的發(fā)電效益

由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)在水電站的運(yùn)用，使得水電站運(yùn)行的自動化得以實(shí)現(xiàn)，大大減少了人工對設(shè)備操作的工作量，減輕了操作人員的負(fù)荷，使水電站實(shí)現(xiàn)無人或少人值班，進(jìn)而降低了水電站的運(yùn)行及發(fā)電成本。另一方面，促使水電站的優(yōu)化運(yùn)行功能較易實(shí)現(xiàn)，讓水電站能根據(jù)優(yōu)化運(yùn)行方案給機(jī)組分配有用功和無用功，以保證機(jī)組高效的運(yùn)行。根據(jù)國內(nèi)外資料表明，通過水電站的優(yōu)化運(yùn)行，可最大限度地利用水能，從某種意義上也就給水電站帶來了直接的經(jīng)濟(jì)效益。

4）簡化設(shè)計(jì)工作，采用選型的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)

在常規(guī)控制中，電氣設(shè)計(jì)復(fù)雜度高，需向廠家提供原理圖、布置圖、各種繼電器的選型后才能成功訂貨，在采用了自動控制設(shè)備集成后，設(shè)計(jì)者只需提供一次主接線、保護(hù)配置及自動化要求即可，使設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試工作得以簡化。

4 結(jié)論

根據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的最新發(fā)展信息，現(xiàn)已推出了滿足水電站各種控制要求的監(jiān)控系統(tǒng)，利用軟硬件相結(jié)合的技術(shù)是最新發(fā)展的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)，提高了水電站的監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性與經(jīng)濟(jì)效益。

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