淺談小水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展

辛博然

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系 云南 昆明 650203）

1 小水電站實(shí)施計(jì)算機(jī)監(jiān)控的目的和意義

小水電的開(kāi)發(fā)利用，既解決了缺電問(wèn)題，又促進(jìn)了水利建設(shè)，但大多數(shù)小水電站都存在裝機(jī)容量不大，自動(dòng)化水平不高，生產(chǎn)管理水平偏低，經(jīng)濟(jì)效益不顯著的現(xiàn)狀，如何降低生產(chǎn)成本，提高小水電站安全管理質(zhì)量，也是職能部門(mén)和投資業(yè)主面臨的一大難題。小水電站實(shí)施計(jì)算機(jī)監(jiān)控的目的和意義就是通過(guò)計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)電站各種設(shè)備信息進(jìn)行采集，處理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)視，控制，調(diào)節(jié)，保護(hù)，從而保證水電站設(shè)備充分利用水能安全穩(wěn)定運(yùn)行，并按電力系統(tǒng)要求優(yōu)化運(yùn)行，保證電能的質(zhì)量，同時(shí)減少運(yùn)行與維護(hù)成本，改善運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守或少人值守。

1.1 自動(dòng)化與優(yōu)化運(yùn)行相結(jié)合，使電站獲得最大的發(fā)電效益

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，使水電站運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備的操作工作量大大減少，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了水電站的運(yùn)行人員數(shù)量，使水電站實(shí)現(xiàn)少人或無(wú)人值守，減低了運(yùn)行費(fèi)用及發(fā)電成本，使水能利用率提高3%～5%。

1.2 設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，保障了電能供應(yīng)的穩(wěn)定可靠性

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不僅能準(zhǔn)確而迅速地反映水電站各設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)，還能及時(shí)反映水電站設(shè)備的不正常狀態(tài)及事故情況，自動(dòng)實(shí)施安全處理。水電站的自動(dòng)控制減少了運(yùn)行人員直接操作的步驟，從而大大降低了發(fā)生誤操作的可能性，避免運(yùn)行人員在處理事故的緊急關(guān)頭，發(fā)生誤操作，保證了水電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性，從而也保證了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

1.3 加快水電站控制調(diào)節(jié)過(guò)程，確保實(shí)施競(jìng)價(jià)上網(wǎng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可按預(yù)定的邏輯控制順序或調(diào)節(jié)規(guī)律，依次自動(dòng)完成水電站設(shè)備的控制調(diào)節(jié)，免去了人工操作在各個(gè)操作過(guò)程中的時(shí)間間隔，還免去了人工操作過(guò)程中的檢查復(fù)核時(shí)間，大大加快了控制調(diào)節(jié)過(guò)程,確保競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。

1.4 以選型的方式代替電氣設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作

采用常規(guī)控制，電氣設(shè)計(jì)非常繁瑣，訂貨時(shí)要向廠家提供原理圖，布置圖，還要進(jìn)行各種繼電器的選型。而自動(dòng)控制設(shè)備集成后，設(shè)計(jì)單位只要提供一次主接線盒保護(hù)配置及自動(dòng)化要求即可，故能以選型方法代替電氣設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，安裝和調(diào)試工作。

2 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的內(nèi)容

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控是指通過(guò)對(duì)對(duì)電站各種設(shè)備信息進(jìn)行采集、處理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的具體內(nèi)容在不同的水電站有所不同，但監(jiān)控的基本內(nèi)容都是：通過(guò)監(jiān)測(cè)電站設(shè)備的運(yùn)行情況，根據(jù)實(shí)際水能狀況和電力調(diào)度要求自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)機(jī)組發(fā)電，并通過(guò)各項(xiàng)保護(hù)措施，及時(shí)報(bào)警或故障處理，確保設(shè)備與人員安全；具體分為水電站機(jī)組的監(jiān)控、水電站機(jī)組附屬設(shè)備的監(jiān)控、水電站升壓站設(shè)備的監(jiān)控、水電站輔助設(shè)備的監(jiān)控、水工設(shè)施的監(jiān)控等。

3 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

水電站監(jiān)控系統(tǒng)按計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型可分為：

3.1 集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

集中式水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的控制過(guò)程如下：集中布置的計(jì)算機(jī)承擔(dān)整個(gè)水電廠的全部監(jiān)視和控制任務(wù)。幾乎水電廠的全部運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)、被控回路及執(zhí)行繼電器等都集中到計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備的輸入/輸出接口。全廠的數(shù)據(jù)采集和處理、運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的監(jiān)控、機(jī)組啟停和負(fù)荷調(diào)整、運(yùn)行狀態(tài)的顯示和記錄、異常狀態(tài)報(bào)警等任務(wù)均由計(jì)算機(jī)分時(shí)執(zhí)行。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較易于實(shí)現(xiàn)，是早期使用的典型系統(tǒng)。

3.2 分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和全分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。全分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)把系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)分布到各個(gè)計(jì)算機(jī)的節(jié)點(diǎn)上，使某個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響降低到最低，可靠性高，同時(shí)具有良好的可擴(kuò)充性，是目前計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展方向。

4 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能

主控層為電站實(shí)時(shí)監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)廠自動(dòng)化功能、歷史數(shù)據(jù)處理以及全廠的人機(jī)對(duì)話等。主要通過(guò)上位機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其功能分配及實(shí)現(xiàn)為全廠生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行參數(shù)的采集、處理；安全監(jiān)視和實(shí)時(shí)報(bào)警；主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和主設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)方控制；運(yùn)行日志、電能量、故障次數(shù)、操作次數(shù)的統(tǒng)計(jì)和報(bào)表；主設(shè)備參數(shù)設(shè)置及修正；系統(tǒng)故障在線診斷；與上級(jí)部門(mén)通信及信息交流。機(jī)組現(xiàn)地控制單元（LCU）是多微機(jī)系統(tǒng)，其中可編程控制器（PLC），智能交流電參數(shù)測(cè)量?jī)x，數(shù)字溫度巡檢儀，微機(jī)保護(hù)裝置等均帶有自己獨(dú)立的一個(gè)或幾個(gè)CPU，因此，這些裝置單元均能獨(dú)立運(yùn)行，從而使機(jī)組現(xiàn)地控制單元具有很高的可靠性。機(jī)組現(xiàn)地控制單元主要完成水電站機(jī)組和水電站機(jī)組附屬設(shè)備的測(cè)量，狀態(tài)檢測(cè)，控制，調(diào)節(jié)，保護(hù)，數(shù)據(jù)通訊等功能。

5 小水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和方向

5.1 國(guó)外發(fā)展情況

在歐美等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)發(fā)展較快，也較先進(jìn)，自80年代起，在水電站監(jiān)控系統(tǒng)上普遍采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)，水電站自動(dòng)控制水平及自動(dòng)控制功能、性能得到大大提高，許多水電站實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班或少人值班，提高了水電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性，降低了水電站運(yùn)行費(fèi)用。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成度高，減少了控制系統(tǒng)的占地面積及外部電纜數(shù)量，降低了水電站造價(jià)。

5.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

國(guó)內(nèi)水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)主要以常規(guī)設(shè)備為主，在新建的大型水電站，較多地采用了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，中小型水電站或已運(yùn)行的許多老電站則采用常規(guī)自動(dòng)控制設(shè)備居多，技術(shù)稍先進(jìn)的中小型電站，或在常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上計(jì)算機(jī)功能控制單元，或用計(jì)算機(jī)功能控制單元改造常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，或在常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)中采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)已是大勢(shì)所趨，是技術(shù)進(jìn)步的必然結(jié)果。

5.3 小水電監(jiān)控技術(shù)的未來(lái)的發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，小水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)日新月異，新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、新的控制裝置、新的軟件等不斷涌現(xiàn)，目前水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)主要朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化、軟件組態(tài)化、控制無(wú)人化方向發(fā)展。

1）網(wǎng)絡(luò)化

隨著通訊技術(shù)的日益完善，小水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向展，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、裝置共享，并有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。

2）智能化

計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，使人工智能技術(shù)得到了迅速發(fā)展，智能化也是水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一大發(fā)展方向。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)智能化主要體現(xiàn)在對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)診斷，大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。將事故、故障控制在最小的范圍內(nèi)，使事故、故障造成的損失變?yōu)樽钚　?/p>

3）人性化

多媒體計(jì)算機(jī)已能聽(tīng)、說(shuō)、看，并能識(shí)別中文手寫(xiě)文字，除通過(guò)傳統(tǒng)的鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)等外設(shè)與人進(jìn)行交流外，與人進(jìn)行交流、溝通的途徑、渠道已越來(lái)越多，并越來(lái)越便利。將多媒體技術(shù)和工業(yè)電視系統(tǒng)用于水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也就具備了人機(jī)交流能力。

4）軟件組態(tài)化

通過(guò)組態(tài)軟件的使用使上位機(jī)操作使用直觀；在維護(hù)方面，其優(yōu)點(diǎn)明顯突出，組態(tài)軟件都提供有工具軟件，使得控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者不必為每個(gè)控制系統(tǒng)編制源程序，只需根據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)的要求，對(duì)軟件的功能進(jìn)行設(shè)置組合，就完成了控制系統(tǒng)的軟件的組態(tài)，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)有設(shè)備或功能增減時(shí)，同樣可以方便地完成軟件的維護(hù)。

5）控制無(wú)人化

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向無(wú)人化方向發(fā)展，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是極大地減少了電站運(yùn)行人員，減少了電站的運(yùn)行費(fèi)用，長(zhǎng)年累月節(jié)省下來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用是非常可觀的，運(yùn)行人員的減少，也減少了電站生活設(shè)施等附屬建筑物，減少了電站的投資。

6 結(jié)語(yǔ)

采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控可以提高電站運(yùn)行的效益，例如利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控水庫(kù)來(lái)水和中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)在內(nèi)的優(yōu)化運(yùn)行、曲線編制及科學(xué)調(diào)度、多發(fā)峰電等，每年可增加發(fā)電量2%左右；同時(shí)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控電廠電力、電量及運(yùn)行工況后，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除事故隱患，事故后能及時(shí)處理事故，避免事故擴(kuò)大，盡快恢復(fù)供電使系統(tǒng)事故率下降，處理事故時(shí)間減少，而且能產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益；另外采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)其它控制裝置所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能，使電力系統(tǒng)保持有功、無(wú)功的優(yōu)化運(yùn)行及穩(wěn)定性、安全性?？傊诓捎糜?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以后，在減少人員、增加效率的同時(shí)也減少了相應(yīng)的生活辦公設(shè)施和工資支出，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。因此，小水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在未來(lái)將有很好的市場(chǎng)前景。

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