監(jiān)控系統(tǒng)在水電站增效擴容改造中的應(yīng)用

□蔡青長（莆田市萩蘆溪水電管理處）

監(jiān)控系統(tǒng)在水電站增效擴容改造中的應(yīng)用

□蔡青長（莆田市萩蘆溪水電管理處）

現(xiàn)代水電站逐漸向自動化方向發(fā)展，在自動化水電站中，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，文章介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的功能，詳細的闡述了監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)總體架構(gòu)，其中有設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)，工作人員通過不同結(jié)構(gòu)，更好的進行水電站增效擴容改造。通過分析監(jiān)控系統(tǒng)在外度水電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，從廠站監(jiān)控層、現(xiàn)場控制層功能和遠程調(diào)度層入手，不斷提高監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的運用性能，加快水電站的工作效率。

監(jiān)控系統(tǒng)；水電站；自動化系統(tǒng)；應(yīng)用

0　引言

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和智能電子裝置的大量運用，以及水電站增效擴容改造工作在全國各地逐步開展，水電站運行方式正傳統(tǒng)方式向由少人值守或無人值班方向發(fā)展。我國水電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展起步晚，還處于發(fā)展階段，并且許多項目還在逐步完善中。在水電站高度自動化過程中，要充分發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)的功能，確保水電站運行的安全性和可靠性。

1　工程簡況及改造要求

莆田外度水電站裝設(shè)三臺水輪發(fā)電機組(1×800kW+1× 1600kW×1×1000kW),發(fā)電機出線電壓為6.30 kV,分別通過三臺6.30 kV/10.50 kV變壓器升壓后，按單母線接線方式就近并入10kV電網(wǎng)。原控制方式采用老式的機旁就地控制加常規(guī)監(jiān)控。增效擴容工程設(shè)計要求采用無人值班或少人值守方式完成該水電站的監(jiān)控系統(tǒng)改造。

2　水電站監(jiān)控系統(tǒng)功能

水電站的監(jiān)控系統(tǒng)分為站控層和間隔層或現(xiàn)地控制層。其主要任務(wù)是開關(guān)量信號采集，脈沖量信號及模擬量信號采集，控制命令和調(diào)度命令的發(fā)出以及這些信號或命令的遠方傳送。核心為上位機或主控層，其主要職責(zé)是處理數(shù)據(jù)、站內(nèi)人機通信等。通常情況下，監(jiān)控系統(tǒng)功能應(yīng)當(dāng)包括以下內(nèi)容:收集水電站中的參數(shù)，并對參數(shù)進行處理；全程監(jiān)控水電站的安全運行狀況；監(jiān)視水電站中主要的工作設(shè)備；統(tǒng)計水電站的電能量、運行日志、故障發(fā)生次數(shù)等數(shù)據(jù)。

現(xiàn)地控制層具有各自獨立CPU,負責(zé)采集和預(yù)處理單元生產(chǎn)過程中所形成的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和通信。其功能：完成對單元數(shù)據(jù)的采集，對采集到的信息進行科學(xué)處理；動態(tài)記錄單元生產(chǎn)情況的詳細信息；具有自我診斷以及自我恢復(fù)功能；對數(shù)據(jù)的采集可以與其它部分設(shè)備以通訊的方式完成；在與上位機發(fā)生通信后，可以實施獨立報警，也可以脫離上位機的控制，單獨對單元進行控制；將系統(tǒng)在運行過程中所采集到的信息完整的傳輸給上位機并接受指令。

3　外度水電站監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.1設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

外度水電站按監(jiān)控系統(tǒng)功能在設(shè)計上應(yīng)當(dāng)采用開放式和全分布式的控制系統(tǒng)架構(gòu)，也就是在系統(tǒng)設(shè)計過程中構(gòu)建一個開放、多級、實時的任務(wù)全分布的監(jiān)控系統(tǒng)。主要分廠站監(jiān)控層、現(xiàn)場控制層以及遠方調(diào)度層。監(jiān)控系統(tǒng)是一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在實際運行中，因現(xiàn)地控制層具有各自獨立CPU，可以獨立完成各種控制功能，同時在運行過程中也可以與調(diào)度中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

該電站監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理站中分布著歷史數(shù)據(jù)庫和全場數(shù)據(jù)庫,三臺發(fā)電機組的數(shù)據(jù)庫分別分布在不同的LCU中，系統(tǒng)的各個節(jié)點上都可以實現(xiàn)不同的功能，每個節(jié)點完成指定的任務(wù)。圖1為該電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

3.2監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)對軟件不僅要求軟件要完整齊全、標(biāo)準(zhǔn)，而且在實際應(yīng)用過程中必須要能夠與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的任意位置上的節(jié)點進行合理配置，并且在應(yīng)用過程中能夠重復(fù)和復(fù)制應(yīng)用，不僅能夠獨立運行，并且可以實現(xiàn)協(xié)同工作，從而使系統(tǒng)中所應(yīng)用的監(jiān)控軟件的可靠性和靈活性都能得到體現(xiàn)。

系統(tǒng)功能分布在不同的節(jié)點上，同時在應(yīng)用過程中與其它網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點進行通信，節(jié)點功能通過制定的系統(tǒng)配置文件實現(xiàn)。在對冗余配置進行應(yīng)用時，系統(tǒng)中存在的單個故障并不會對系統(tǒng)的功能造成不良影響；即使系統(tǒng)運行過程中，冗余設(shè)備出現(xiàn)了故障，也只會有部分功能受到影響，并且系統(tǒng)在運行過程中，可以通過重新分配的方式使其迅速恢復(fù)，在系統(tǒng)中的所有冗余設(shè)備的切換和檢測都由系統(tǒng)中的軟件自動完成，在特殊情況下，也可以通過手動的方式完成切換，在切換中不會發(fā)生擾動，因此極大提高了該系統(tǒng)在水電站運行的可靠性。

圖1　系統(tǒng)配置方案圖

4　監(jiān)控系統(tǒng)外度水電站的應(yīng)用

監(jiān)控系統(tǒng)在外度水電站的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下三個方面：

4.1廠站監(jiān)控層

作為水電站實施控制中心，水電站監(jiān)控層的主要職責(zé)就是實現(xiàn)全程數(shù)據(jù)的采集與處理，對單元層的數(shù)據(jù)進行控制，其在應(yīng)用過程中涉及到的主要單元模塊有：信息管理模塊，主要負責(zé)對電站層中涉及到的數(shù)據(jù)采集、處理、存檔；工程師工作，主要負責(zé)對系統(tǒng)的維護與開發(fā)；操作員工作，主要負責(zé)控制、監(jiān)視、打印等；數(shù)據(jù)管理，主要通過電站監(jiān)控系統(tǒng)以及其它系統(tǒng)獲取電站在運行過程中的數(shù)據(jù)，并且可以為MIS系統(tǒng)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，確保其運行的合理性。

4.2現(xiàn)場控制層功能

現(xiàn)場控制層單元利用PLC對其所管轄設(shè)備的生產(chǎn)進行全程監(jiān)控，通過輸入與輸出接口與生產(chǎn)合理的連接在一起，利用通信接口與相關(guān)設(shè)備，完成控制層信息的交換處理?，F(xiàn)場控制單元對控制層的相對獨立性，直接完成對生產(chǎn)中涉及到的數(shù)據(jù)的采集，完成三臺水輪發(fā)電機組的動態(tài)監(jiān)控，并對設(shè)備運行中出現(xiàn)的問題，采取針對性的解決措施。

4.3遠程調(diào)度層

遠程調(diào)度層的主要功能是監(jiān)控調(diào)度和報警兩方面。監(jiān)控功能在水電站自動化系統(tǒng)中的功能主要體現(xiàn)在機組啟停、運行模式、負荷調(diào)節(jié)、電壓調(diào)整等，報警功能主要包括變壓器報警、發(fā)電機報警和溫度報警等。

5　不斷提高監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的運用性能

水電站自動化化系統(tǒng)中應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)會隨計算機技術(shù)發(fā)展向更加強大的功能方向發(fā)展。主要要做好以下幾個方面的提高：

5.1不斷提高監(jiān)控系統(tǒng)對外圍環(huán)境的抗干擾能力

對快速瞬變脈沖群及其他形式干擾，不僅要對機箱結(jié)構(gòu)進行EMC設(shè)計，而且對電氣部分特別對高速低電平信號、低功耗的數(shù)字信號部分進行EMC設(shè)計，同時還需通過實驗分析判斷以達到抗干擾性能與成本費用的平衡。

5.2歷史數(shù)據(jù)庫

監(jiān)控系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部分就是歷史數(shù)據(jù)庫，將原監(jiān)控系統(tǒng)中需要保存的數(shù)據(jù)存在歷史數(shù)據(jù)庫中，便于后期應(yīng)用時對數(shù)據(jù)進行查詢分析。歷史數(shù)據(jù)庫可以通過單獨的計算機實現(xiàn)。人機界面友好度高，減輕監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中的負擔(dān)，使監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用變得更加簡單合理。

5.3效率檢測

在線檢測水輪機的工作效率，長期以來都是水電站在運行過程中經(jīng)濟運行和經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)所要攻克的一項重要的技術(shù)難題。近幾年，人們加強了對在線檢測技術(shù)的研究，并且逐漸對其進行推廣與應(yīng)用，從而逐漸使其功能在水電廠運行過程中發(fā)揮出應(yīng)有的作用。隨著通信、測控、計算機技術(shù)的高速發(fā)展以及在水電站中的應(yīng)用，都給在線檢測項目開發(fā)提供了技術(shù)支持，這也將使監(jiān)控系統(tǒng)能夠在水電站自動化系統(tǒng)中得到更好的應(yīng)用。

5.4電能量檢測

在水電站對自動化系統(tǒng)應(yīng)用過程中，水電站中使用的每條線路和每臺發(fā)電機，都安裝了相應(yīng)的電度量表，傳統(tǒng)的電度量表輸出電度量脈沖到計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)對電度量的采集。在對智能電度表應(yīng)用后，利用電表可以實現(xiàn)對電度量表中數(shù)據(jù)的完整保存，并且利用通信接口可以獲取電度量數(shù)據(jù)。因此，在水電站中以智能電表為基礎(chǔ)，通過通信接口，將水電站所有的數(shù)據(jù)都匯聚在一起，在系統(tǒng)中配備了實時數(shù)據(jù)管理功能的計算機在運行過程中可以構(gòu)成電度量檢測系統(tǒng)。若采用交流采樣模式，監(jiān)控系統(tǒng)電能計算精度滿足要求時，在計量部門認(rèn)定后，可逐步取消電能表，直接由監(jiān)控系統(tǒng)計算電能量，從而更充分利用水電站的監(jiān)控系統(tǒng)。

5.5狀態(tài)檢修

對設(shè)備運行壽命的評估與設(shè)備狀態(tài)的檢修是監(jiān)控系統(tǒng)對水電站進行監(jiān)控的關(guān)鍵，不僅是設(shè)備檢修工作發(fā)展的一項必然趨勢，而且也是一項具有較強技術(shù)性的工作。目前，我國多數(shù)水電廠都具有一套相對完善的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，并且匯聚了大量的檢測設(shè)備，在水電站運行過程中，從節(jié)省成本的角度對問題進行分析，監(jiān)控系統(tǒng)與狀態(tài)檢測之間的許多數(shù)據(jù)是可以實現(xiàn)共享的。狀態(tài)檢修系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，也要加強對監(jiān)控系統(tǒng)的考慮，合理的將兩者結(jié)合，可以節(jié)省掉一部分零部件，使監(jiān)控系統(tǒng)變得整體結(jié)構(gòu)更簡單，并且通過監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對水電站的監(jiān)控，確保水電站中設(shè)備的安全運行。

6　結(jié)語

外度水電站中應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了對現(xiàn)場各種控制和操作功能的實施，而且也具有遠程通訊和控制功能，實現(xiàn)少人值守或無人值班的改造要求，提高了水電站的整體操作水平，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。對當(dāng)前進行的水電站增效擴容工作提供了重要技術(shù)支持。

（責(zé)任編輯：劉青）

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2016-05-19