計算機監控系統在蚌埠閘水電站的應用

代 波

（蚌埠閘工程管理處 蚌埠 233010）

1 前言

蚌埠閘水電站建于20世紀80年代，設備老化缺陷日益嚴重，機組保護、控制設備運行可靠性低，回路絕緣劣化突出，部分設備已屬淘汰產品，嚴重影響電站的安全。為提高電站設備運行可靠性，降低設備及回路的故障或事故機率，水電站技術人員通過對已進行微機自動化改造的兄弟電站和國內計算機監控及自動化廠家的考察，在明確技改目標和技改項目后，在2008年6月至9月進行微機自動化改造。經過兩年的運行，已顯現出了其優越性。現結合該電站的實際情況，就計算機監控系統在中小型水電站的應用問題作一淺析。

2 電站概況

蚌埠閘位于淮河中游，距蚌埠市約6km，閘上流域面積12.1萬km2，是一座綜合水利樞紐工程，具有灌溉、防洪、航運、發電及旅游等多種功能。電站于1986年4月投產發電，立式軸流定漿式機組，設計水頭4.1m，最大水頭6m，設計流量26.3m3/s，目前總裝機容量4×800+2×1200 kW，由蚌小線、蚌懷線兩條35kV線路連接至蚌埠電網。

3 計算機監控系統結構與配置

3.1 水電站系統結構如圖1所示

3.2 電站控制層

主控機由兩套互為備用的主機/操作員工作站及外圍設備組成，是電站的實時監控中心，負責全廠的自動化功能（開停機自動流程控制、AGC、AVC等），歷史數據處理（事故分析處理、各種運行報表等）及全廠的人機對話（全廠設備的運行監視、事故和故障報警等）。

主機/操作員工作站主要完成全廠的運行自動化及其管理，包括站內AGC、AVC、歷史數據處理，實現實時圖形顯示、發布操作命令、各種報表生成打印、事故故障信號的分析處理等功能。兩套主機/操作員工作站能無擾動切換。

3.3 現地單元控制層（LCU）

現地單元控制層分機組LCU、公共LCU兩部分，由人機界面終端（液晶觸摸屏）、智能I/O控制器、I/O模塊、準同期裝置、輸出繼電器、轉速信號測量裝置、溫度測量裝置、數字式測量儀表和交直流雙供電源等設備組成。

機組LCU監控范圍包括水輪機、發電機及其附屬設備等，實現對各生產對象的監控，各LCU的CPU完成各LCU的管理，實現全開放的分布式數據庫；公用LCU則對開關站及公用設備的運行狀態和參數自動定時采集，并作必要預處理，按一定格式存入數據庫，并根據需要上送主控機。

現地單元控制層負責對水輪發電機組、電氣設備及公用設備等實時監控，通過工業以太網絡實現各現地控制層與全站控制層連接交換信息，實現現地設備的監控及數據共享。當它與主機系統脫離后仍能在當地實現對有關設備的監視和控制功能，當其與主機恢復聯系后又能自動地服從上位機系統的控制和管理。

微機保護裝置、測溫控制屏上轉速和多路溫度巡檢等設備均通過采用國內外公認的標準規范及接口方式（如Modbus Plus、RS232、RS485等）將溫度數據及報警信息上傳，通過現地LCU與以太網聯接，實現相應參數的監視和控制。

3.4 通訊網絡

電站控制中心與現地單元控制級之間的通信采用交換式以太網。網絡介質采用超五類雙絞線。網絡系統完成電站控制層各工作站之間和來自現地控制層（LCU）的全部數據的傳輸和各種訪問請求。其網絡協議符合國際標準化組織OSI模型，具有良好的開放性。計算機監控系統不會因任何一個元器件發生故障而引起系統的誤操作。網絡成熟可靠，符合國際標準。

3.5 監控系統軟件

監控系統軟件是采用長沙華自開發的MTC－3計算機監控系統軟件，它適合在開放環境下運行。整個系統采用分布式數據庫，操作系統采用運行經驗成熟、運行穩定可靠，抗病毒功能強的實時多任務開放式操作系統。接口支持多窗口操作，具有友善的用戶界面。系統軟件功能如圖2所示。

4 計算機監控系統功能

4.1 監控畫面功能

4.1.1 電氣接線狀態畫面。顯示電氣主接線所有開關的狀態，發電機出口的電氣和勵磁參數，主變壓器高、低壓側的電氣參數，35kV線路出口的電氣參數，6kV和35kV母線的電氣參數，廠用變壓器的電氣參數，電氣主接線上所有開關的分、合閘操作按鈕狀態。主接線的運行狀態和操作均可在該畫面上進行。

4.1.2 機組工藝系統狀態畫面。顯示機組及其氣、水、油等主要設備的狀態參數，主要設備的操作按鈕。

4.1.3 監控系統運行狀態畫面。顯示監控系統繼電保護、PLC和測量裝置的工作狀態和參數。

4.1.4 電站所有需要監測的各種參數的實時和歷史曲線圖畫面、管理報表畫面、電站平面圖等。

4.2 數據采集和處理功能

4.2.1 電站控制層。自動周期性地實時采集水電站主要電氣量、非電氣量及有關過程參數，包括溫度、模擬量、狀態量、報警量、SOE量和電度量等。系統對采集的數據進行必要的處理計算，存入實時數據庫，并用于畫面顯示、刷新、控制調節、記錄檢索、統計、操作、管理指導等。

4.2.2 現地單元控制層LCU。自動定時采集機組主要設備的運行狀態和參數，并作必要的預處理，按一定格式存入數據庫，對各類信息進行數據封裝后存放在現地控制單元的存儲單元中，并上傳電站控制層。

4.3 安全運行監視及事件報警功能

計算機監控系統可以使運行人員通過主機/操作員工作站顯示器屏幕對全廠主要設備運行狀態和運行參數進行實時監視，包括狀態變化監視、越限檢查、過程監視、歷史趨勢分析和監控系統異常監視等。當電站發生事故或故障時，系統能用準確、清晰的語言發出警報，同時對有關故障報警和參數越線、復限報警都作相應的記錄，且能對事故發生前后的某些重要參數進行追憶記錄，以供運行人員對事故進行分析。對事件發生的先后次序進行排列，形成事件記錄并存入數據，可按設備進行搜索記錄。

4.4 控制、操作與調節功能

4.4.1 電站主接線圖上的斷路器和開關的控制。

4.4.2 機組順序控制。

4.4.3 機組開、停機過程及有功、無功功率的調節控制。

4.4.4 公共系統的控制（高、低壓壓縮空氣，供水泵、碟閥的打開、關閉，調速器油壓力高低，冷卻水壓力等信號）。

4.4.5 發電機勵磁系統的控制（滅磁開關的跳、合閘及勵磁電壓、電流調節工作等）。

4.4.6 AGC和AVC調節。

4.5 數據通信功能

完成與本單元機組控制PLC設備、微機溫度巡檢裝置、微機調速器、微機勵磁裝置及保護設備之間數據變換。

4.6 人機的聯系和界面功能

4.7 定值管理、系統診斷、生產報表、時鐘同步等功能

5 電站微機監控系統的特點

一是電站微機監控系統采用分布開放式網絡結構，系統的軟、硬件均采用模塊化、結構化的設計。

二是監控軟件采用面向對象、全模塊化、結構化編程，采用關系型數據庫結構，采用堆疊式模塊組成，各模塊獨立完成相應功能，編程擴展方便，易組態、全開放。

三是操作系統采用運行經驗成熟、運行穩定可靠、抗病毒功能強的實時多任務開放式操作系統。用戶接口支持多窗口操作，具有友善的用戶界面。

四是機組控制采用模塊式歐姆龍可編程控制（PLC），監控界面采用菜單型式，并具有強大的實時圖形界面顯示，可方便地進行機組控制和參數設置。

五是采用國際標準的模塊化結構，模塊互換能力強。

六是不同監控層的設備相互獨立，局部故障不影響整個監控系統的運行。現地控制層在監控系統退出后仍能對機組進行正常控制操作。

七是系統主要設備都具備自檢功能，對通訊網絡和所有軟、硬件具有巡檢功能，極大地提高了系統的可靠性。

八是可以多主方式工作，網絡上任一個節點均可任一時刻主動向網絡上其他節點發送信息，可以不分主從，方便地構成多主系統。

九是主機、輔機監控設備和公用開關站的保護設備均相對獨立，僅通過通信網絡互聯，整體可靠性不受局部影響，具備高度的靈活性和擴展性，便于系統維護。

6 結語

蚌埠閘計算機監控系統設計時根據水電站的實際情況，并充分借鑒其他站的經驗教訓，設計理念符合微機監控的發展趨勢。蚌埠閘水電站技改后，計算機監控系統實現了電站運行管理、安全檢測、自動控制的計算機化，在電站的安全運行、節水發電、降低人員勞動強度等方面取得了良好的效果，極大地提高了經濟效益，保障了自動化系統長期穩定的工作