水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計及應用

劉丹

摘要：根據(jù)當前的水電站計算機監(jiān)控發(fā)展情況，通過計算機網(wǎng)絡技術，利用自動的電壓控制程序，合理分配各機組功率，實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)度來提高水電站的自動化水平。同時，使用計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以降低運行控制人員的勞動量和水電站的運行費用。隨著無人值班的普及，對于水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)有了更高的要求。因此，智能化水電站將在以后的水電站自動化發(fā)展中成為趨勢。

關鍵詞：計算機監(jiān)控系統(tǒng)；現(xiàn)地控制單元；廠站控制層

1.國內(nèi)外水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前在國外水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中有兩種監(jiān)控模式：“集成型”和“專用型”。兩種模式各具有優(yōu)缺點，“集成型”是一種開放的通用模式，其優(yōu)點是以可編程控制器（PLC）為核心，通過勵磁機、調(diào)速器、保護裝置等設備的上傳數(shù)據(jù)來實現(xiàn)監(jiān)控，從而具有靈活的結構，通用性強，但同時也形成了其缺陷，就是設備冗雜，功能分散。它已普遍使用于發(fā)達國家，而且具有比較成熟的技術；“專用型”相對于“集成型”系統(tǒng)簡潔，功能相對集中，但是設備進口的價格比較高。

2.某水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計

下文將以某水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)項目為背景，介紹該水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計、選型、功能和應用。

2.1水電站概況

該水電站位于江西干流，潯江末端的長洲島河段。本工程為江西下游河段廣西境內(nèi)的一個梯級電站。電站分為內(nèi)江廠房和外江廠房，共裝機15臺單機容量42MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機。發(fā)電機母線是擴大單元接線，每3臺發(fā)電機經(jīng)1臺變壓器升壓后接入開關站，內(nèi)江中控室控制全廠15臺機組及內(nèi)外江所有附屬設備，內(nèi)外江距離4km，使用24芯單模光纜連接。

2.2水電站的中體計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計

水電站監(jiān)控系統(tǒng)分為兩個部分，即外江計算機監(jiān)控系統(tǒng)和內(nèi)江計算機監(jiān)控系統(tǒng)，兩者既可以單獨運行也可以聯(lián)合運行。內(nèi)外江上位機均采用南京南瑞集團公司的NC 2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件。在整個電站建成后運行人員平時將在內(nèi)江廠房中的中控室對電站的所有設備進行監(jiān)控。因此，在本文主要介紹該水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的外江部分。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)是使用的全分布開放式的全廠集中監(jiān)控的方案，設置上位機（負責全廠集中監(jiān)控任務的電廠級控制系統(tǒng)）、負責完成機組等公用設備的監(jiān)控控制系統(tǒng)。

2.3上位機的設計

監(jiān)控系統(tǒng)的操作系統(tǒng)尤其重要，南瑞的NC2000是最常用的操作系統(tǒng)，它的適配性最好，價格最為便宜，運行操作簡單，但是其支持服務器能力沒有UNIX強大，UNIX是國際大型服務器系統(tǒng)的首選，因為其性能可靠，安全級別高，處理能力強，但是他的價格也相對昂貴。

因此，外江電廠級控制中心的主要設備有，兩套主機兼操作員工作站，作為外江電廠的控制中樞。兩套通信工作站，用于與上級調(diào)度系統(tǒng)以及外江的保護和錄波信息管理系統(tǒng)主機，故障錄波系統(tǒng)等的通信。一套計算機五防系統(tǒng)，主要有主機、通信適配器、編碼鎖等配套設備。兩臺網(wǎng)絡激光打印機。一套GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)。一套在線式主機冗余的不間斷電源（UPS），為外江電廠級控制中心及其他需要點源可靠性較高的設備提供電源。

2.4通信層的設計

網(wǎng)絡通信層是廠站層與廠站系統(tǒng)層的網(wǎng)絡通信的傳送通道，它的要求是：傳輸穩(wěn)定可靠、傳輸速度快、無丟包、抗干擾能力強故障率低。

電廠控制系統(tǒng)要求采用冗余星形的交換式100M/s光纖以太網(wǎng)。內(nèi)外江各配置兩臺，內(nèi)外江的連接采用1G/s的超級冗余連接。廠用配電裝置采用現(xiàn)場總線連接，公用設備和通風等公用設備與現(xiàn)地控制柜的通信采用星形交換式100M/s光纖以太網(wǎng)。

2.5現(xiàn)地控制單元（LCU）的設計

LCU采用冗余型PLC，具有分布式智能I/O模件、多計算機通信接口和雙100M/s以太網(wǎng)接口。在本地層PLC主要控制水輪機組、機組輔助設備、斷路器等。以PLC采集水輪機組數(shù)據(jù)為例：一是采集和處理模擬量，包括定時采集、保護措施、采集機組在有功和無功時的電流和電壓等等；二是采集和處理數(shù)字量，它主要完成定時采集，檢查狀態(tài)、對數(shù)據(jù)庫進行更新，如果有事故信息傳輸?shù)絃CU則就會根據(jù)事故信號來采取相應措施來保護設備；三是采集和處理電度量，利用串口的連接方式來連接智能電度表，采集機組電度量，在LCU屏內(nèi)安裝這個智能電度表。

2.6緊急停機回路

機組還配備了手動緊急停機回路，在LCU機柜上設計緊急停機按鈕，直接作用于緊急停機電磁閥和機組出口開關跳閘回路。其工作原理就是通過硬布線直接作用于緊急停機電磁閥和機組出口開關跳閘回路。這樣設置的優(yōu)點是萬一機械及電氣的保護裝置無法對機組的異常反饋事故信息，但是監(jiān)控系統(tǒng)中的其他方式發(fā)現(xiàn)異?；蛘哐不貦z查時發(fā)現(xiàn)異?？梢栽诂F(xiàn)場進行人工緊急停機。硬布線可以在計算機完全失去作用后也能保證機組解列停機，這樣就為設備安全和人身安全增加了一道防線。

3.某水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀

到目前年為止，該水電站已經(jīng)完成建設并且其計算機監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)運行了6年左右的時間，在運行過程中仍在對其不斷地完善和發(fā)展，現(xiàn)在該系統(tǒng)能夠完成正常的上下機位之間的通信，實時完成模擬量、開關量、SOE、電能量等的采集工作，同時還能進行實時地數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理、處理以及訪問。該水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，實時可靠，能夠滿足對于長洲水電站的監(jiān)測以及控制，符合現(xiàn)代化水電站對于監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

4.結語

計算機監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的各個領域中得到了廣泛的應用，并且在應用中取得了很好的實際效果。通過本文的分析可以看出，在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中合理的設計LCU以及利用PLC，可以保證電站運行的可靠性，同時也能夠很好的提高電站的自動化水平，希望在以后的發(fā)展中能夠更好地利用計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電站中的應用。

參考文獻：

[1]余紹春.基于PLC的中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)設計分析[J].科技創(chuàng)新導報，2011.2（18）：34-36

[2]孫晉東.長洲水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計應用[J].水電廠自動化，2011.2（32）：18-24

[3]梁吟曦.PLC在中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].中國集體經(jīng)濟，2009.2（10）：123-125.