水電站群遠程集中控制系統的“五防”功能拓展研究

一、引言

當前很多的水力發電站都普遍的實施了計算機監控，但是大部分的都是采取的監控系統與五防系統分列開來進行運行的，其根本的原因就是在于監控系統上位機軟件與微機五防軟件分別屬于不同的公司進行來發的。但是目前很多的水電站都要求將微機的五防技術進行計算機監控系統的嵌入，所以從運行的角度來看的話，這樣的設計的可靠性超過了分列的運行方式。

二、監控系統與微機五防系統的數據關系

微機的防誤閉閉鎖設置能夠在技術的層面有效的防治物種電氣惡性失誤性操作的惡性失誤操作的事故發生。五防系統的主機系統主要是通過RS485的串口與監控的上位機器進行通訊。實時接收相關的能量數據。當斷路器或者是電動的閘刀的位置與監控后臺機器的后知信息不符合的時候，系統的報警系統能夠啟動，并且能夠實現實時的自動對位設置。

監控系統的上位機器的遙控操作的實施必須要強制性的閉合控制后臺機器的遙控操作系統的命令，這樣的命令必須要經過微機的五防系統的主機系統進行主機上的判定。不能夠違反五防的實際程序邏輯結構，并且同時要對事物的命令自動的切斷并且能夠有效的反饋信號給監控的系統。

五防的系統與實際的監控系統的結構不能夠影響相互之間的各自獨立運行，兩個系統在數據之間的相互交流的過程中僅僅是作為送或者是接受的單元，而不能夠作為相互之間的制約的單元。監控系統在操作失靈了之后，不能夠影響五防系統的功能上的完善性，更加的不會影響五防系統上的正常的使用功能。五防系統如果出現了故障，也會在一定程度上影響監控系統的正常運行。

三、監控系統與微機五防系統的通信實現

隨著監控系統功能的不斷的完善，各個水電廠之間的各個系統都逐漸的通過遙控的往事與監控系統進行通信，其中的微機的五防系統主要的就是作為水電廠的預防人身和設備的傷害，防治失誤操作的引起。本文將以Modbus TCP/IP的通信協議為例進行監控系統和微機五防系統之間的遙控功能的方案設計。

1.Modbus通信協議

Modbus是全球的工業領域中間最為流行的一種通信協議，這個通信協議主要采取的就是主從方式的通信，每一個站點設備必須要有唯一確定的地址，通信的過程中首先就要從主戰發出數據進行報文的請求，從站在接收到了請求之后在發送相關的數據到主站，在主站方面也可以直接的將數據進行修改，實現雙向的讀寫功能。

從傳統的協議來講，Modbus協議采用的是串行通信，主要的包括ASCII和RTU的模式，隨著以太網技術在當今技術發展的過程中不斷的發展，出現了Modbus TCP/IP的技術。其充分的利用了以太網交換數據中的速度和精準度優勢，此案去了類似的RTU的數據傳輸格式，在控制器的主機之間實現了實時的通信。由于TCP/IP是一個面向連接的可靠性的協議，所以就不需要進行一定的驗證的過程，所以本文中的微機的五防與監控系統之間的通信就能夠采取Modbus TCP/IP的形式進行實現。

2.Modbus功能碼

對于Modbus協議來講，可以支持將近200多種固定的功能碼作為功能的實現。每一個功能碼的實現都是要以唯一的固定功能進行。在本方案的設計中需要采取03功能碼，這種功能碼主要的是用于讀取一個或者是多個的保持寄存器中的數值功能的實現。

3.通信參數的配置設置

由于本文采取的是Modbus TCP/IP的協議，所以在微機的五防主機中需要對于從站的IP和Modbus功能碼進行通訊參數作為配置。微機五防主機的通信參數配置設置主要如圖1所示。

4.通訊數據的配置

微機的五防主機的讀取是針對監控通信技術的服務器數據的報文，報文的主要形式就是對寄存器上的數據進行保存，而保存的形式就是采取一個16位的二進制的數據，這個二進制的數據每一個位置上的0和1的狀態實際上對應的就是遙控的遙信表中的各個電壓等級之間的開關道閘之間的分合狀態進行配置。這就在分別的配置的五防系統和監控系統的遙信點的表時之間設置設備的排序的完全一致性，一旦錯位了，五防所受到的信息可能會產生比較嚴重的后果。

5.通信報文的解析

微機的五防主機系統和監控通信的服務器之間的報文數據主要的就是各個等級的開關以及刀閘的狀態，其中的微機五防主機的發送和接受的報文如圖2所示。

同時，監控通信服務器的發送以及接受的報文如圖3所示。

總之，Modbus通信協議不斷的推向成熟的階段，在具備了TCP/IP連接的設備之間使用Modbus TCP/IP通信協議的時候其方式相對比較簡單，本方案的使用也能夠充分的滿足微機五防系統對于實時的通信的需求，而且具有相對的經濟性和靈活性，程序也能夠隨時的實現移動和增植，對于水電站的項目有相對比較高的借鑒意義。

四、集控中心計算機的監控系統中五防功能的具體實施

在集控中心的操作人員的操作過程中，操作員在工作站以及階梯的各國電站的操作工作中能夠充分的實現完全的相同功能，但是不同的是疾控中心的操作人員在工作的網站上因為所具備的電站以及設備的編號存在相同的情況相對的比價多，這就極易可能造成比較大的事物操作的可能性。所以，為了能夠防止失誤操作的產生，電力系統就提出了五防的要求。其中的五防主要包括防止帶負荷拉合隔開開關，防止誤分合斷路器，防止帶點合接地開關，防止帶接地線合斷路器以及防止誤入帶電間隔。這就是五防的主要內容。為了能夠充分的加強遠程控制的安全性，并且為了能夠充分的保證操作指令下達的正確性，防止失誤操作造成的操作事故，充分的確保梯級電站的正常運行工作，集控中心在電力系統的五防的要求基礎上對其思路進行了一定的擴展，對于集控中心的計算機監控系統實施的五防功能的實現，其具體的應用主要為以下幾個方面：

圖1 微機五防主機的通信參數配置設置

圖2 微機五防主機的發送和接受的報文

圖3 監控通信服務器的發送以及接受的報文如

1.遠程操作實行雙登陸操作

首先，為了能夠徹底的貫徹執行操作監護制度，同時為了防止無人監控系統造成的失誤操作引起的失誤，在進行遠程的操作的時候要實行操作人員以及監護人員的雙向登陸操作。

其次，只要有一個操作人員或者是一個監護人員在登陸的時候，在各個電廠的控制以及公路的調節的層面操作都被禁止，并且要有操作提示警報。

第三，操作人員以及監護的人員在實行同時登陸的時候，在各個電廠的控制和功率的調節的層面其操作是被允許的。

第四，當操作人員以及監護人員在實施同時登陸操作的時候，在各個電廠的控制和功率調節的操作是被允許的。

最后，當操作人員以及監護人員在實施同時登陸操作的時候，在各個電廠的控制以及功率的調節操作是被禁止的，并且同時要有操作提示警報。

2.防止操作錯電廠

如上文所示，集控中心對于電站進行實施的監視和控制的過程中，在多個電站并存的情況下，如果要實現對于操作以及控制和發生操作錯電站的可能性的產生，要采取以下的獨特的防范措施：

首先，集控中心對于電站群組的某一個電站進行遠程的操作和控制的過程中期控制的操作當點擊這個網站的設備的時候，會自動的彈出具有這個電站設備標識的背景性質的圖案以及比較醒目的電站的名稱對話框。

其次，在確認了操作人員的對于某一個電站的操作之后，可以進一個的進行下一步的操作。

最后，在否認了這個電站的操作之后，其操作要終止，并且要退出原有的操作界面。

3.控制權的分級處理

為了能夠防止失誤操作引起的管理范圍外的設備的處理，同時為了能夠有效地避免控制權之間頻繁的轉換，對于設備的控制權需要實行不同的分級管理。

分級管理的實施對于水電站的設備按照系統的劃分實行不同的控制權的管理。比如在集中控制中心和不同的電廠之間的設置的電站設備的控制權和管理的專門的畫面有專門的設置。這個畫面中將針對電站的設備按照LCU劃分為不同的機組和開關站、輔助設備等等的部分，這個部分可以分別的畫出各個LCU的控制權之間的不同控制，同時能夠增加全選和取消的全選的控制權的功能設置。集中控制中心或者是電站僅僅能夠對于已經勾選上的選項具有相對應的控制權和相對應的設備進行一定的操作。如果沒有相對應的控制權或者是沒有對于相對應的控制設備權進行命令的下達，將閉鎖控制命令的下達，并且提示沒有相對應的控制權選項。

4.設備檢修以及人工搭建的接地處掛牌的提示

為了能夠充分的保證水電站的設備的檢修的順利進行，同時為了能夠更加完善設備的檢修安全措施，對于水電站的檢修設備的集中控制中心的操作人員的工作站要實行掛牌的現顯示，一般的掛牌是標底為黃色的內三角形加紅色的“檢”字顯示。另外還有相對應的接地標志的顯示。當一個畫面掛牌之后，所有與這個設備相對應的畫面都要進行掛牌處理，當一個畫面拆除了掛牌之后，所有與這個設備有關系的畫面都應該進行拆除掛牌處理。

五、結束語

本設計在Modbus TCP/IP通信協議的基礎上，巧妙的進行了構思，其著力點就是系統的實用性，使得電力系統的防誤操作得到了很大的擴展和延伸，也充分的保證了電力安全的生產。在未來的應用過程中，將為今后的計算機的監控系統的完善提供一定的基礎，同時還能夠為其余的流域梯級水電站的遠程集控防誤操作起到更好的借鑒意義。

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