水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢探討

梁賢平

摘 ?要：隨著計算機、網絡、通信技術的發(fā)展，以及水電廠自動化設備的不斷完善，水電廠形成了機構分層、功能分散、信息共享的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。本文就此進行探究，首先闡述了水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的重要性，其次分析了一般系統(tǒng)結構組成，然后對該系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進行總結。

關鍵詞：水電廠;計算機監(jiān)控;分布式結構

1水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)概述

計算機監(jiān)控系統(tǒng)又稱為水電廠生產綜合管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要作用是為水電廠運行決策等提供數(shù)據支持，通常情況下，水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)建立與省級電力調度中心信息溝通渠道，通過信息匯總、傳輸實現(xiàn)調度中心對于水電廠運行管理進行跟蹤監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)承擔電廠所有機組啟停以及公用設備長期、連續(xù)的操作監(jiān)控任務，監(jiān)控系統(tǒng)的重要設備采用冗余配置，局部故障不影響整個系統(tǒng)的正常運行。

2水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成

這里以某水電站為例進行分析，該電站總裝機容量為5×30 MW，多年平均發(fā)電量6.4 億 kW·h，裝機利用小時數(shù) 4265 h;電站以 2 回110 kV出線接入220 kV向市區(qū)電網供電，線路長約為2×8 km。電站按照“無人值班”（少人值守）的管理模式設計，計算機監(jiān)控系統(tǒng)為全開放的分布式結構，分電廠控制級和現(xiàn)地控制級;泄水閘壩計算機監(jiān)控系統(tǒng)由電站遠控級、壩頂變電所控制級和現(xiàn)地控制級構成，其中電站遠控級不單獨設置，與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)共用上位機。泄水閘壩計算機監(jiān)控系統(tǒng)二層交換機通過光纖接入電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)千兆交換機，搭建電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)對泄水閘壩計算機監(jiān)控系統(tǒng)遠程管理的網絡通道，并發(fā)送電站對時信號[2]。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信規(guī)約采用TCP/IP協(xié)議，通信介質采用光纖，電站控制級設備和各LCU采用冗余交換式以太網通信，系統(tǒng)各節(jié)點通過光纖電纜連接到LAN上[2]。局域網支持全開放的分布式結構并按IEEE802.3標準設計，電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據傳輸速率不小于1000Mbps，泄水閘壩計算機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據傳輸速率不小于100Mbps。

該電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)由相互連接成網的如下設備組成：2套主機/操作員工作站，1套工程師工作站，2套遠動通信裝置，1套通信處理站，1套文件報表語音服務器，1套GPS時鐘裝置，5套機組現(xiàn)地控制單元（LCU），1 套升壓站現(xiàn)地控制單元（LCU），1套公用現(xiàn)地控制單元（LCU），1套400 V廠用電現(xiàn)地控制單元（LCU），1 臺便攜式 MMI，1 套大屏幕顯示系統(tǒng)，1套二次系統(tǒng)安全防護設備，1臺A3激光網絡打印機，1臺A3彩色噴墨打印機，整套冗余光纖以太網網絡及配件，1套計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

壩頂變電所控制級工作站能實現(xiàn)數(shù)據采集和處理，控制調節(jié)，安全運行監(jiān)視，事件順序記錄，打印記錄，畫面顯示，可編程運行要求及參數(shù)計算，事故處理指導和恢復操作指導，數(shù)據通信，監(jiān)控系統(tǒng)時鐘同步，監(jiān)控系統(tǒng)自診斷，系統(tǒng)維護等功能。泄水閘壩壩頂公用 LCU 作為分布式系統(tǒng)的一個節(jié)點，負責泄水閘壩變電所變壓器、0.4 kV低壓進線柜、母聯(lián)柜和低壓出線主要回路斷路器，0.4 kV柴油發(fā)電機系統(tǒng)等各主要電氣設備的自動監(jiān)視和控制，同時是泄水閘壩現(xiàn)地控制單元與泄水閘壩、電站監(jiān)控系統(tǒng)的輸入/輸出接口，負責泄水閘壩現(xiàn)地控制單元與電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信。具有數(shù)據采集，控 制、操作和調整，通信，人機聯(lián)系，時鐘同步，自診斷等功能。

泄水閘壩計算機監(jiān)控系統(tǒng)由集中監(jiān)控單元和現(xiàn)地控制單元構成，包括1臺壩頂變電所控制級工作站、1套壩頂公用現(xiàn)地控制單元（LCU）、13套閘門現(xiàn)地控制單元（LCU）、整套冗余光纖以太網網絡配件，1套計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件等。

泄水閘壩閘門LCU布置于相應的啟閉機房內，負責泄水閘壩工作閘門啟閉全過程的控制以及工作液壓泵與備用泵的切換、監(jiān)視和控制。能完成閘門運行監(jiān)視、操作、控制及調整，實現(xiàn)與泄水閘壩計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機的通信，實現(xiàn)人機聯(lián)系，完成自檢及自診斷等。

3水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

3.1無人值班（少人值守）

隨著水電廠“無人值班”（少人值守）工作的推廣和無人值班工作的開展，國內大中型計算機監(jiān)控系統(tǒng)市場已步入成熟期。設備選型方面，主流上位機硬件平臺多采用國際知名品牌的計算機產品，現(xiàn)地控制單元（LCU）多采用國際或國內知名品牌的 PLC（或智能控制設備）產品;主流軟件平臺主要包括 UNIX、LINUX 操作系統(tǒng)，C、JAVA 等編程語言以及 ORACLE、MYSQL 數(shù)據庫等 。

目前大中型水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)基于已成熟應用分層分布式開放冗余結構，在傳統(tǒng)現(xiàn)地控制層和電站控制層的基礎上，將非實時控制信息（如歷史數(shù)據庫查詢信息等）分離出來由生產管理層處理，同時增設電站信息層處理 WEB 信息發(fā)布等業(yè)務。這些設計提高了整個系統(tǒng)的實時性、安全性、可靠性和可維護性[3]。

新型水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構集成了傳統(tǒng)的客戶 / 服務器（C/S）模式和基于 J2EE 的瀏覽器/ 服務器（B/S）模式，具有良好的可移植性、可擴展性和易用性?，F(xiàn)場總線網、控制網采用高效的通信協(xié)議，實時數(shù)據流和非實時數(shù)據流分層處理，提高了系統(tǒng)實時性。硬件濾波采集技術、智能測控儀表、開關保護器和各種冗余技術（包括電源、網絡、服務器、數(shù)據庫等方面）已成熟應用，提高了系統(tǒng)的可靠性。電廠運行方式無擾動切換策略、AGC/AVC 與一次調頻/PSS 的協(xié)調控制策略和安全閉鎖策略、各種電力二次系統(tǒng)安全防護設備和防誤操作閉鎖策略（如雙用戶登錄、語音畫面提示等）已逐步推廣應用，提高了系統(tǒng)的安全性。智能報警技術、智能事故分析技術、面向對象技術和 LCU 的遠程分布和智能分布技術已逐步推廣，使用運行和維護更高效。

智能水電廠的體系管理結構為縱向分層、橫向分區(qū)，基礎支撐為一體化管控平臺，并圍繞水電廠智能生產和智能管理 2 個中心，實現(xiàn)智能監(jiān)控、智能安全、智能管理 3 個智能功能，以信息數(shù)字標準化、管理決策智能化、資源運行最優(yōu)化、數(shù)據標準開放化為4 個智能特征，達到友好互動、安全可靠、綠色環(huán)保、經濟高效、集成開放 5 個智能目的，依靠數(shù)據傳輸層、基礎支撐層、應用服務層、信息發(fā)布層、現(xiàn)地自動化層、智能決策層 6 個系統(tǒng)層次，通過解決一體化管控支撐技術、全景可視化安全預警技術、安全經濟優(yōu)化運行技術、智能調度管理技術、狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修決策支持技術、多系統(tǒng)聯(lián)動技術、專家與智能決策系統(tǒng) 7 個關鍵技術問題，為發(fā)電企業(yè)帶來更高的設備安全可靠性與利用率、更高的經濟運行與水能資源利用水平、更高的流域安全保障與管理決策能力、更高的集約化管理與源網協(xié)調能力八大應用目標。

4結束語

綜上所述，本文對水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行簡單的敘述，對開放系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)組成做出介紹。基于現(xiàn)有技術發(fā)展現(xiàn)狀對未來發(fā)展趨勢進行分析，旨在促進智能水電廠建設，提高運行質量。在未來發(fā)展中，應基于一體化管控系統(tǒng)平臺，整合水電廠各項系統(tǒng)，實現(xiàn)水電廠智能設備、應用等運行狀態(tài)跟蹤監(jiān)測，保證水電廠生產系統(tǒng)運行堅強可靠和經濟高效，滿足智能電網對水電廠的應用要求。

參考文獻

[1]王德寬，張毅，劉曉波，何飛躍，余江城，段振國.智能水電廠自動化系統(tǒng)總體構想[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2011，35（01）：5-9.

[2]劉寅，常玉紅，姜濤，楊維永，朱世順.水電廠監(jiān)控系統(tǒng)信息安全防護優(yōu)化研究[J].水電與抽水蓄能，2016，2（06）：31-34+84.