我國(guó)水電站運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的分析研究

【摘要】我國(guó)水電站運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展概況及前景、設(shè)計(jì)原則及結(jié)構(gòu)。水電站監(jiān)控系統(tǒng)的類型包括CBSC方式、CASC方式、CCSC方式及全計(jì)算機(jī)監(jiān)控。水電站監(jiān)控系統(tǒng)大致分為三種模式，即：集中式監(jiān)控系統(tǒng)、分層分布監(jiān)控系統(tǒng)和功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用的安全性及水電站監(jiān)控系統(tǒng)意義。

【關(guān)鍵詞】水電站；監(jiān)控系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)

歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)起步早發(fā)展快，而在國(guó)內(nèi)水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)雖然起步晚但發(fā)展較快，已經(jīng)步入推廣階段。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)有：計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)、自動(dòng)控制水平、自動(dòng)控制功能及自動(dòng)控制性能。這些技術(shù)的引用極大的減少了水電站的成本消耗，是我國(guó)的水電站自動(dòng)化水平得到了很大程度上的提高。

現(xiàn)階段我國(guó)小型水電站基本采用“集成型”，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，PLC控制單元、調(diào)速器、同期裝置、保護(hù)裝置及一系列輔助設(shè)備的連接和通訊上比較復(fù)雜，提高了水電站的投資成本。

我國(guó)的水電站多是中小型或老水電站，且自動(dòng)控制系統(tǒng)也多采用常規(guī)設(shè)備，而水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)多應(yīng)用于一些新建大型水電站中。為提高中小型水電站的技術(shù)水平，多采用常規(guī)設(shè)備加計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。從經(jīng)濟(jì)、安全及系統(tǒng)化等角度分析，水電站運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)在水電站領(lǐng)域有著廣闊的前景。

1、水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須遵循使用安全的原則，如實(shí)現(xiàn)智能全廠監(jiān)控，減少值班人員的工作量，盡可能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班。對(duì)突發(fā)故障設(shè)置緊急停機(jī)回路，可以即時(shí)處理故障，做到可靠安全；遵循信息暢通的原則，即全場(chǎng)的系統(tǒng)化，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)必須與其他部分建立可靠的連接，保證系統(tǒng)之間通訊的快捷流暢；遵循高度可擴(kuò)的原則，軟件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化可以提高系統(tǒng)地可擴(kuò)性，方便水電站設(shè)備的完善和水電站的擴(kuò)建；遵循較強(qiáng)實(shí)時(shí)性的原則，實(shí)時(shí)性的提高可以降低干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)地穩(wěn)定性。

按照上述設(shè)計(jì)原則可以構(gòu)建包括遠(yuǎn)方調(diào)度層、場(chǎng)站監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層的一個(gè)開(kāi)放式與全分布互相結(jié)合的綜合型系統(tǒng)，保證水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的同時(shí)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的系統(tǒng)化和閉環(huán)控制，方便監(jiān)控中心對(duì)系統(tǒng)地監(jiān)控。

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分多采用分布式系統(tǒng)框架，它在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單明了，且其具有較強(qiáng)的靈活性和可靠性，不僅配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)任務(wù)方便，可實(shí)現(xiàn)二次利用，而且它還可以和其它軟件協(xié)同合作。系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)是各個(gè)功能的交叉點(diǎn)，系統(tǒng)配置文件決定其功能，各節(jié)點(diǎn)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信，這就增強(qiáng)了系統(tǒng)地靈活性。這種節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，還可以降低系統(tǒng)故障對(duì)系統(tǒng)地影響。如某一部分出現(xiàn)故障時(shí)，可以只中斷部分功能，系統(tǒng)地其他部分可以通過(guò)系統(tǒng)地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正常交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2、水電站監(jiān)控系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)及功能

2.1水電站監(jiān)控系統(tǒng)類型

水電站監(jiān)控系統(tǒng)的類型包括：CBSC方式（計(jì)算機(jī)為主常規(guī)設(shè)備為輔）、CASC方式（計(jì)算機(jī)為輔常規(guī)設(shè)備為主）、CCSC方式（計(jì)算機(jī)監(jiān)控和常規(guī)設(shè)備雙重配置）、全計(jì)算機(jī)監(jiān)控。CCSC雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高，但兩套設(shè)備可獨(dú)立運(yùn)行，在特定情況下可進(jìn)行切換和備用，具有較高的可靠性。而全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是未來(lái)水電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，它具有更高的靈活性和可靠性，但在設(shè)備耗資較高。

2.2水電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

水電站監(jiān)控系統(tǒng)大致分為三種模式，即：集中式監(jiān)控系統(tǒng)、分層分布監(jiān)控系統(tǒng)和功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)。

現(xiàn)階段集中監(jiān)控系統(tǒng)在水電站中的應(yīng)用較少，因?yàn)樗糜?jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)水電廠進(jìn)行監(jiān)控和控制，一旦計(jì)算機(jī)癱瘓，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常工作，往往給電廠帶來(lái)極大的損失，但由于其設(shè)備數(shù)量少，接線簡(jiǎn)單，投資較少，一些小型水電站仍然使用集中監(jiān)控系統(tǒng)。

而分布式監(jiān)控系統(tǒng)在控制和監(jiān)控方式完全的改變了集中監(jiān)控系統(tǒng)地模式，采用控制對(duì)象分散化模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的分散化監(jiān)控、控制及數(shù)據(jù)采集。并且分布式監(jiān)控系統(tǒng)與分層控制相結(jié)合，還可以實(shí)現(xiàn)電廠的分層、分布控制。現(xiàn)在這種模式在我國(guó)水電系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，它具有較強(qiáng)的可移植性和系統(tǒng)間的協(xié)同操作。由于其較強(qiáng)的擴(kuò)展性，更新時(shí)更為方便，用戶也更傾向于這種系統(tǒng)。

功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是功能的分散化控制，能按照系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、負(fù)載及危險(xiǎn)等功能配置多套相應(yīng)設(shè)備，從而獨(dú)立進(jìn)行工作，具有更強(qiáng)的獨(dú)立性，當(dāng)系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)故障時(shí)，其他部分任然能夠獨(dú)立進(jìn)行工作，系統(tǒng)往往具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。但由于設(shè)備數(shù)量的增加，設(shè)備的投資也會(huì)相應(yīng)增加。

2.3監(jiān)控系統(tǒng)的功能

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有三種實(shí)用控制方式。一、完全由人手工掌控，即：手動(dòng)控制方式；二、上位機(jī)發(fā)出命令，PLC的相關(guān)模塊接受命令并執(zhí)行，即：遠(yuǎn)方自動(dòng)控制模式；三、PLC與觸摸屏共同完成工作，PLC的I/O模塊收取信號(hào)，接收并輸出指令。工作人員用觸摸屏執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)，即：現(xiàn)地自動(dòng)控制模式。

3、系統(tǒng)應(yīng)用的安全性

安全問(wèn)題是監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中的重要問(wèn)題，為確保計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全，如證操作權(quán)安全，由于監(jiān)控系統(tǒng)的用戶操作權(quán)限通常分為監(jiān)事權(quán)限、培訓(xùn)權(quán)限、運(yùn)行權(quán)限、值長(zhǎng)權(quán)限和超級(jí)用戶權(quán)限，所以設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)要在登錄界面設(shè)置操作權(quán)限，為用戶設(shè)置個(gè)人的登錄密碼，用戶需輸入正確的信息后才可繼續(xù)操作，這就為用于的操作安全提供了一定的保障。此外操作步驟的安全也是安全問(wèn)題中的重要一項(xiàng)，上位機(jī)和PLC的配合可為步驟安全設(shè)置保護(hù)膜。上位機(jī)的操作步驟都學(xué)要工作人員的核對(duì)，這就有效的減少了錯(cuò)誤的發(fā)生，而且輸入正確密碼后，程序還會(huì)自動(dòng)采集運(yùn)行狀態(tài)信息，當(dāng)運(yùn)行程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)停止下步運(yùn)行，這也可以保障步驟安全。在保障上述安全的同時(shí)，工作人員還應(yīng)該保證其他一些外部環(huán)境的安全如：供電安全、元件使用安全、必要的防雷措施等。

4、水電站監(jiān)控系統(tǒng)的意義

水電站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際上就是采集并處理水電站的各種信息數(shù)據(jù)，對(duì)水電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)化的監(jiān)控過(guò)程，保證水電站的正常運(yùn)行。首先水電站監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，水電站監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)水電站的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從各部分采集數(shù)據(jù)信息，來(lái)判斷水電站各個(gè)部分是否運(yùn)行正常。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，監(jiān)控系統(tǒng)可及時(shí)將故障信息反饋給監(jiān)控中心，用最短的時(shí)間對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行修復(fù)，盡量減少故障帶來(lái)的損失，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；其次，監(jiān)控系統(tǒng)可以加快水電站控制、調(diào)節(jié)過(guò)程；此外水電站監(jiān)控系統(tǒng)，可以優(yōu)化水電站工作，提高水電站工作效益。

總之，隨著水力發(fā)電在我國(guó)電力系統(tǒng)應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，為保證水電站的可靠性和安全性，以及其經(jīng)濟(jì)效益的提高，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。

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